2021-2022高中物理第一章運動的描述第1節(jié)質點參考系和坐標系2課件新人教版必修1202203152253

第一章

運動的描述第1節(jié)質點參考系和坐標系學習目標1.理解質點的概念,知道物體可看成質點的條件。2.理解參考系的概念,知道運動具有相對性。3.理解坐標系的概念,會用一維坐標系定量描述物體的位置以及位置的變化。4.體會物理模型在探究自然規(guī)律中的作用。一、物體和質點1.機械運動：物體的_________隨時間的變化。2.質點：某些情況下,忽略物體的_____和_____,突出“物體具有質量”,把它簡化成_______的物質點。3.把物體看成質點的條件：物體的_____和_____可以忽略或物體上任意一點的運動可代替_________的運動?？臻g位置大小形狀有質量大小形狀整個物體【自我思悟】1.形狀規(guī)則的物體一定能看成質點嗎?提示：形狀規(guī)則的物體有時其大小和形狀不能忽略,也不能看成質點。例如,研究“香蕉球”的成因時,形狀規(guī)則的足球不能看成質點。2.做直線運動的物體一定能看成質點嗎?提示：做直線運動的物體有時其大小和形狀也不能忽略,也不能看成質點。例如,研究火車過橋的時間時,做直線運動的火車不能看成質點。二、參考系1.運動與靜止的關系：(1)自然界中一切物體都處于永恒的運動中,絕對靜止的物體是不存在的——運動是__(A.絕對B.相對)的。(2)描述某一個物體的位置及其隨時間的變化,總是相對于其他物體而言的——運動是__(A.絕對B.相對)的。AB2.參考系：(1)定義：在描述物體的運動時,被選定做參考、假定為_____的其他物體。(2)選取原則：參考系的選取是__(A.唯一的B.任意的)。(3)參考系對觀察結果的影響：選擇不同的參考系觀察同一個物體的運動,觀察結果_____________。不動B可能是不同的【自我思悟】1.宇宙飛船是目前重要的航天載人工具,當宇宙飛船繞地球飛行時,以地球為參考系,坐在宇宙飛船中的宇航員如何運動?以宇航艙為參考系呢?提示：以地球為參考系,宇航員在繞地球做近似圓周的運動。以宇航艙為參考系,宇航員處于靜止狀態(tài)。2.有同學認為“只能選擇靜止的物體作為參考系”對嗎?為什么?提示：不對。因為參考系的選取具有任意性,可以選任意物體作為參考系。三、坐標系1.建立目的：定量描述物體的位置及___________。2.直線運動的描述：建立直線坐標系,在直線上規(guī)定_____、正方向和_________。位置的變化原點單位長度【自我思悟】1.在直線坐標系中,物體的坐標值有正值、0值,也有負值,這表示物體的位置有何不同?提示：坐標值為正值表示物體在原點正方向一側,坐標值為0表示物體在坐標原點,坐標值為負值表示物體在原點負方向一側。2.北京時間2012年8月6日,倫敦奧運會上牙買加飛人博爾特在100米決賽中以9.63秒的驚人成績成功衛(wèi)冕。為準確描述他在百米跑道上不同時刻的位置和位置變化,應建立怎樣的坐標系?提示：以賽道起點為原點,選擇博爾特跑動方向為正方向,取一米為單位長度建立直線坐標系。【盲區(qū)掃描】1.質點是對實際物體的理想化處理,這種突出主要因素忽略次要因素的理想化處理方法,以后我們還會學習到。2.質點是代替物體的有質量的點。3.運動是物體相對于參考系的空間位置隨時間的變化,因此參考系的選取不同,觀察同一物體的運動時,結果往往不同。4.坐標表示物體的位置,如x1、x2,坐標量的變化表示物體位置的變化,如Δx=x2-x1。一、對質點的理解深化理解1.質點的特點：(1)質點不同于幾何“點”：質點是用來代替物體的有質量的點,其特點是具有質量,沒有大小、體積、形狀,它與幾何“點”有本質的區(qū)別。(2)質點是一種“物理模型”。①物理模型是在物理研究中,突出問題的主要方面,忽略次要因素而建立的理想化模型,是物理學經(jīng)常采用的一種科學研究方法,質點就是典型的物理模型之一。②物理模型作為一種理想模型,是為了研究問題方便而對實際問題的科學抽象,實際中并不存在。2.物體能否看成質點的判斷：(1)在研究物體的運動時,當物體的形狀和大小對于所研究的問題可以忽略不計時,物體就可以看成質點。(2)以下幾種情況,物體通?？梢钥醋髻|點。①物體的大小、形狀可以忽略。②物體的轉動不起主要作用。③研究平動物體的運動情況。④題目中有特殊說明的物體。【微思考】(1)質點是沒有體積的,體積很大的物體一定不能看成質點嗎?提示：不一定,研究物體運動時,若其大小對運動的影響可以忽略,即使物體再大也可以看成質點。如研究地球的公轉時,可以把地球看成質點。(2)物體做某一運動時可以看成質點,同一物體做其他運動也一定能看成質點嗎?提示：不一定,物體做其他運動時,其大小和形狀可能對運動產生明顯的影響,如研究地球上不同的點隨地球自轉的運動時,地球不能看成質點。【題組通關】【示范題】(2014·蘇州高一檢測)在研究物體的運動時,下列物體可看作質點的是(

)A.研究校運動會上跳高運動員的過桿動作B.研究火車全部通過長江大橋所需的時間C.研究“嫦娥二號”衛(wèi)星的運動軌跡D.研究跳水運動員的入水動作【解題探究】(1)各選項研究的問題分別是什么?提示：A選項研究運動員過桿動作;B選項研究火車(有長度)過橋(有長度)時間;C選項研究衛(wèi)星軌跡;D選項研究運動員入水動作。(2)各選項中物體的長度和形狀對所研究的問題產生的影響能否忽略?提示：運動員的肢體對過桿、入水動作的影響不能忽略;火車的長度影響到了過橋時間;衛(wèi)星的大小對研究軌跡無影響?！疽?guī)范解答】選C。研究運動員的過桿動作,主要看運動員的肢體動作、過桿技巧,不能看作質點,A錯誤;火車過橋時間需要考慮火車的長度,不能看作質點,B錯誤;研究“嫦娥二號”衛(wèi)星的運動軌跡時,衛(wèi)星的大小、形狀可以忽略,能看作質點,C正確;研究跳水比賽,主要看運動員的肢體動作、跳水技巧,不能看作質點,D錯誤。【通關1+1】1.下列關于質點的說法中,正確的是(

)A.質點是一個理想化模型,實際上并不存在,所以,引入這個概念沒有多大意義B.體積很小的物體更容易看作質點C.凡輕小的物體,皆可看作質點D.當物體的形狀和大小對所研究的問題屬于無關或次要因素時,即可把物體看作質點【解析】選D。建立理想化模型是物理中重要的研究方法,對于復雜問題的研究有重大的意義,A錯誤;一個物體能否看作質點不應看其大小,關鍵是看其大小對于研究的問題的影響能否忽略,體積很小的物體有時可以看成質點,有時不能看成質點,B錯誤;一個物體能否看作質點不以輕重而論,C錯誤;物體能否看成質點取決于其大小和形狀對所研究的問題是否屬于次要因素,若是就可以看成質點,D正確。2.下列關于質點的說法中正確的是(

)A.只要是體積很小的球體就可以視為質點B.研究一汽車從淮陰到南京的運動時間時可以將其視為質點C.因為太陽的體積太大了,所以任何情況下都不可以將其視為質點D.質量很大的物體無論在任何情況下都不能看成質點【解析】選B。物體能否被視為質點,不能只看其大小,而是看其大小、形狀對所研究的問題的影響是否可以忽略,故A、C錯。研究汽車從淮陰到南京的時間可以忽略汽車的大小、形狀,可以將汽車看成質點,B對。質量很大的物體,當其大小、形狀不影響所研究的問題時,可以將其看成質點,D錯。【變式訓練】1.(多選)下列關于質點的說法,正確的是(

)A.質點就是指很小的物體B.在平直的高速公路上飛馳的汽車,可以當作質點來研究它運動的快慢C.遠洋航行中的巨輪在海面上的某一位置時,用GPS測定巨輪的位置,就把它看作質點D.我們看到的雜技演員在做空翻動作時,就可以把演員看作質點【解析】選B、C。質點是代表物體并具有物體全部質量的點,質點可大可小,A錯。研究汽車的運動快慢時,不用考慮它的大小或形狀,可以將其視為質點,B對。遠洋航行中的巨輪,其大小遠小于海面,研究它的位置時可以將其視為質點,C對。觀看雜技表演主要看其肢體動作及效果,故不能將雜技演員視為質點,D錯。2.(多選)在2012年倫敦奧運會上,中國代表團以38金,總獎牌88枚的驕人戰(zhàn)績名列第二。下列幾種奧運比賽項目中的研究對象可視為質點的是(

)A.在撐桿跳高比賽中研究運動員手中的支撐桿在支撐地面過程中的轉動情況時B.帆船比賽中確定帆船在大海中的位置時C.跆拳道比賽中研究運動員的動作時D.鉛球比賽中研究鉛球被擲出后在空中的飛行時間時【解析】選B、D。支撐桿從插在地面某點到把運動員送過橫桿過程中,其長度、形狀是至關重要的因素,A錯誤;帆船的大小相對于大海是次要因素,B正確;跆拳道運動員的肢體動作及形狀是不能忽略的,C錯誤;鉛球的形狀、大小不影響D選項所研究的問題,D正確?！舅仞B(yǎng)升華】

物體的大小與輕重對能否看成質點有無影響一個物體能否看作質點不是以其大小而論,更不能看其輕重,而是看物體的大小和形狀對所研究的問題有無影響。因此,(1)很小很輕的物體有時也不能看成質點,很小的物體的大小也可能對運動產生明顯的影響。(2)很大很重的物體有時也能看成質點,很大的物體的大小對運動的影響也可能很小,可以忽略不計。二、對參考系的理解深化理解1.選取參考系的意義：要描述一個物體的運動,首先必須選好參考系,只有選定參考系后,才能確定物體的位置、研究物體的運動。2.參考系的選?。?1)參考系的選取應該使運動的描述盡可能簡單。(2)一般地,根據(jù)研究對象和研究對象所在的系統(tǒng)來選取,在研究地面上物體的運動時,常選地面或相對于地面靜止的物體作為參考系。3.參考系的四性：(1)標準性：被選為參考系的物體都是假定不動的,被研究的物體是運動還是靜止,都是相對于參考系而言的。(2)任意性：參考系的選取是任意的,任何物體都可以作為參考系。(3)統(tǒng)一性：比較不同物體的運動應選擇同一個參考系。(4)差異性：對于同一個物體,選擇不同的參考系,觀察結果一般不同。例如,站在向上運動的觀光電梯內的客人,以地面為參考系是運動的,以電梯為參考系是靜止的?！疚⑺伎肌?1)參考系一定是相對地面靜止的物體嗎?提示：不一定,參考系可以是相對于地面靜止的物體,也可以是相對于地面運動的物體。(2)在描述物體運動的過程中,參考系可以更換嗎?提示：不可以,在描述同一物體的同一運動過程時,參考系必須是同一物體。【題組通關】【示范題】如圖所示,由于風,河岸上的旗幟向右飄,在河面上的兩條船上的旗幟分別向右和向左飄,兩條船的運動狀態(tài)是(

)A.A船肯定是向左運動的B.A船肯定是靜止的C.B船肯定是向右運動的D.B船可能是靜止的【解題探究】(1)河岸上的旗幟向右飄,說明風向哪個方向吹?提示：風吹的方向決定靜止的旗幟飄動的方向,所以風向右吹。(2)該問題除了考慮船的運動方向,還需要考慮什么因素?提示：由于運動具有相對性,該問題除了考慮船的運動方向外,還需要考慮船的運動速度與風速的大小關系?！疽?guī)范解答】選C。該題可以按以下思路求解：(1)A船運動情況的確定：由題圖知A船與河岸的旗幟均向右飄,則相對于風,A船、河岸都具有向左的運動速度,所以A船可能相對河岸靜止,也可能以任意速度向左運動,還有可能以比風速小的速度向右運動。A、B錯誤。(2)B船運動情況的確定：B船中旗幟向左飄,表明B船只能向右運動,且速度大于風速,C對,D錯?！就P1+1】1.(2013·天水高一檢測)關于參考系,下列說法正確的是(

)A.參考系必須是靜止不動的物體B.參考系必須是靜止不動或正在做直線運動的物體C.研究物體的運動,可選擇不同的參考系,但選擇不同的參考系觀察結果是一樣的D.研究物體的運動,可選擇不同的參考系,但選擇不同的參考系對于研究同一物體的運動而言,一般會出現(xiàn)不同的結果【解析】選D。參考系的選取是任意的,A、B錯誤;選擇不同的參考系,對同一物體運動的描述一般是不同的,C錯誤、D正確。2.(2014·濟南高一檢測)第一次世界大戰(zhàn)期間,一名法國飛行員在2000m高空飛行時,發(fā)現(xiàn)臉旁有一個小東西,他以為是一只小昆蟲,敏捷地把它一把抓過來,令他吃驚的是,抓到的竟是一顆子彈。飛行員能抓到子彈,是因為(

)A.飛行員的反應快B.子彈相對于飛行員是靜止的C.子彈已經(jīng)飛得沒有勁了,快要停止運動了D.飛行員的手有勁【解析】選B。在日常生活中,我們經(jīng)常去拾起掉在地上的物品,或者去拿放在桌子上的物品,其實,地面上靜止的物體(包括人)都在永不停息地隨地球自轉而運動,在地球赤道處,其速度大約為465m/s。正因為相對地面靜止的物體都具有相同的速度,相互間保持相對靜止狀態(tài),才使人們沒有覺察到這一速度的存在。當飛行員的飛行速度與子彈飛行的速度相同時,子彈相對于飛行員是靜止的,因此飛行員去抓子彈,就和我們去拿放在桌上的物品的感覺和道理一樣,故B正確?！咀兪接柧殹?.(多選)如圖所示,甲、乙、丙3人各乘不同的熱氣球,甲看到樓房勻速上升,乙看到甲勻速上升,甲看到丙勻速上升,丙看到乙勻速下降,那么,從地面上看甲、乙、丙的運動可能是(

)A.甲、乙勻速下降,且v乙>v甲,丙停在空中B.甲、乙勻速下降,且v乙>v甲,丙勻速上升C.甲、乙勻速下降,且v乙>v甲,丙勻速下降,且v丙<v甲D.甲、乙勻速下降,且v乙>v甲,丙勻速下降,且v丙>v甲【解析】選A、B、C。甲看到樓房勻速上升,則甲相對樓房是向下運動的,以地面為參考系,甲是向下運動的;乙看到甲勻速上升,說明乙相對甲向下運動,以地面為參考系,乙是向下運動的,而且速度比甲大;甲看到丙勻速上升,丙看到乙勻速下降,則丙的情況稍微復雜些,以地面為參考系可能是向下運動,但速度比甲和乙都要小,也可能是靜止的,也可能是向上運動的。2.(2014·徐州高一檢測)甲物體以乙物體為參考系是靜止的,甲物體以丙物體為參考系是運動的,那么,以乙物體為參考系,丙物體(

)A.一定是靜止的B.一定是運動的C.可能是靜止的,也可能是運動的D.無法判斷【解析】選B。甲物體以乙物體為參考系是靜止的,說明兩個物體都靜止或運動情況完全一樣,甲物體以丙物體為參考系又是運動的,說明丙物體與甲物體的運動不一樣,所以以乙物體為參考系,丙物體一定是運動的,B正確。【素養(yǎng)升華】判斷參考系的方法對于觀察到的運動現(xiàn)象,判斷觀察時所選取的參考系,有兩種方法：(1)靜物法：明確觀察到的現(xiàn)象中,什么物體是運動的,什么物體是靜止的,靜止的物體可能就是參考系。(2)假設法：假設以某物體為參考系,看對物體運動的描述是否與觀察到的結果一致。若一致,該物體可能就是參考系。三、三種常見坐標系拓展延伸1.建立坐標系的物理意義：借助適當?shù)淖鴺讼悼梢远康孛枋鑫矬w的位置及位置變化。2.三種坐標系的比較：分類項目直線坐標系平面坐標系空間坐標系適用運動物體沿直線運動時物體在某平面內做曲線運動時物體在空間內做曲線運動時分類項目直線坐標系平面坐標系空間坐標系建立方法在直線上規(guī)定原點、正方向和標度,就建立了直線坐標系在平面內畫相互垂直的x軸與y軸,即可組成平面直角坐標系。物體的位置由一對坐標值確定在空間畫三個相互垂直的x軸、y軸和z軸,即可組成三維坐標系。物體的位置由三個坐標值來確定應用實例M點位置坐標：x=2mN點位置坐標：x=3m,y=4mP點位置坐標：x=3m,y=4m,z=2m【微思考】(1)在坐標系中物體位置的變化與坐標原點的位置有關嗎?提示：無關,物體位置的變化用末位置與初位置的坐標差表示,與坐標原點的位置無關。(2)坐標系建立的三要素是什么?提示：原點、正方向、單位長度?！绢}組通關】【示范題】(2013·成都高一檢測)一質點在x軸上運動,各個時刻的位置坐標如表：(1)請在圖中的x軸上標出質點在各時刻的位置。(2)哪個時刻離開坐標原點最遠?有多遠?t/s012345x/m05-4-1-71【解題探究】(1)用坐標系描述物體的運動時,位置坐標的含義是什么?提示：位置坐標表示該時刻物體的位置,即到坐標原點的方位和距離。(2)位置坐標差值的含義是什么?如何求解到原點的距離?提示：坐標差值表示物體位置的變化,到原點距離的遠近由坐標與0的差的絕對值決定?！疽?guī)范解答】(1)以運動路徑所在的直線為x軸,標出各時刻質點的位置坐標如圖所示。(2)由圖可知第4s末質點離開坐標原點最遠,有7m。答案：(1)見規(guī)范解答圖(2)4s末7m【通關1+1】1.湖中O點有一觀察站,一小船從O點出發(fā)向東行駛4km,又向北行駛3km,則O點的觀察員對小船位置的報告最為精確的是(

)A.小船的位置變化了7kmB.小船向東北方向運動了7kmC.小船向東北方向運動了5kmD.小船的位置在東偏北37°方向距O點5km處【解析】選D。如果取O點為坐標原點,向東為x軸正方向,向北為y軸正方向,則小船的位置坐標為(4km,3km)或x=4km,y=3km,小船雖然運動了7km,但在O點的觀察員看來,它離自己的距離是km=5km,方向要用角度表示,sinθ==0.6,因此θ=37°表示東偏北的角度。2.在60周年國慶盛典上,游行的隊伍和彩車依次從天安門前經(jīng)過,以北京長安街為坐標軸x,向西為正方向,以天安門中心所對的長安街中心為坐標原點O,建立一維坐標系。一輛彩車最初在原點以東3km處,一段時間后行駛到原點以西2km處。這輛彩車最初位置坐標和最終位置坐標分別是(

)A.3km,2km

B.-3km,2kmC.3km,-2kmD.-3km,-2km【解析】選B。初位置距原點負方向3km,故坐標為-3km;末位置距原點正方向2km,故坐標為2km,B正確。【變式訓練】1.有一個皮球停在水平面上某處,輕輕踢它一腳,使它向東做直線運動,經(jīng)5m時與墻相碰后又向西做直線運動,經(jīng)7m而停下。以皮球與墻壁的接觸點為坐標原點,向西為正方向,建立直線坐標系,則上述過程中皮球的末位置坐標和位置變化分別是(

)A.7m;2mB.7m;-2m

C.-5m;2mD.5m;2m【解析】選A。皮球的初位置坐標為5m,末位置坐標為7m,位置變化為Δx=7m-5m=2m,A正確。2.若某同學在操場上從A點開始先向南走了15m到B點,接著又向東走了20m到C點,請你建立合適的坐標系描述該同學的位置及位置的變化?！窘馕觥拷⑷鐖D所示的坐標系。設A點為坐標原點,則B點坐標為(0,15),C點坐標為(20,15)。根據(jù)幾何知識lAC=m=25m,設AC與y軸夾角為θ,則tanθ=得θ=53°。答案：見解析【素養(yǎng)升華】位置坐標的“相對性”和位置變化的“絕對性”(1)相對性：物體的位置坐標與坐標系原點的選取、坐標軸正方向的規(guī)定有關。同一位置,建立某種坐標系時所選的原點不同,或選定的正方向不同,物體的位置坐標不同。(2)絕對性：物體的位置變化與坐標系原點的選取、坐標軸正方向的規(guī)定無關?！举Y源平臺】備選角度：參考系對運動描述的影響【示范題】A、B兩輛汽車在一條東西方向的直路上向東行駛,A車的速度為6m/s,B車的速度為10m/s。(1)上述對A、B車運動情況的描述是以什么為參考系?(2)若以A車為參考系,B車的速度多大?方向如何?(3)若以B車為參考系,A車的速度多大?方向如何?【標準解答】(1)題中對A、B車運動情況的描述是相對地面而言的,是以地面為參考系。(2)以A車為參考系,B車的速度大小為4m/s,方向向東。(3)以B車為參考系,A車的速度大小也為4m/s,方向向西。答案：(1)地面(2)4m/s向東(3)4m/s向西物體能否看作質點的判斷方法【案例剖析】(2013·廊坊高一檢測)下列情況中的運動物體,不能被看成質點的是(

)A.研究繞地球飛行時航天飛機的軌道B.研究飛行中直升機上的螺旋槳的轉動情況C.計算從北京開往廣州的一列火車的運行時間D.計算在傳送帶上輸送的工件數(shù)量【精講精析】選B。研究繞地球飛行時航天飛機的軌道不用考慮航天飛機的大小、形狀,可以將航天飛機看成質點;研究直升機的螺旋槳的轉動情況需要考慮螺旋槳葉片的大小及不同部分的轉動情況,此時直升機不能被看作質點;火車長度相對北京離廣州的距離可以忽略不計,計算從北京開往廣州的運行時間時可以將其視為質點;計算在傳送帶上輸送的工件數(shù)量時不用考