【講與練】高中物理人教版(2019)必修1：1.1 質點參考系學案

第一章運動的描述情境導入我們生活在一個運動的世界之中，翱翔的雄鷹、呼嘯的飛機、轟鳴的戰(zhàn)車、遠航的巨輪……從浩瀚的宇宙到微小的粒子，自然界中的一切物體，都在不停地運動。在這一章里，我們將初步學習、研究如何描述物體的運動。1.質點參考系課程標準1．經歷質點模型的建構過程，了解質點的含義。2．知道將物體抽象為質點的條件，能將特定實際情境中的物體抽象成質點。3．體會構建模型的思維方式，認識物理模型在探索自然規(guī)律中的作用。素養(yǎng)目標物理觀念知道質點的定義、參考系的概念科學思維理解質點的含義，并能分析不同情境下物體是否能看作質點。理解靜止和運動的相對性，物體的運動和靜止是相對參考系而言的?？茖W態(tài)度與責任結合生活實際，理解準確描述物體運動的方法，并能科學地判斷物體的運動和靜止知識點1物體和質點1．質點的定義：忽略物體的_大小__和_形狀__，把物體簡化為一個具有_質量__的點，這樣的點稱為質點。2．把物體看作質點的條件：物體的_大小__和_形狀__對研究問題的影響可以忽略。3．理想化模型：在物理學中，突出問題的_主要因素__，忽略_次要因素__，建立_理想化__的物理模型，是經常采用的一種科學研究方法。質點就是一種理想化模型，實際并不存在。注意：在高中物理中，我們主要研究那些能夠簡化為質點的物體的運動，所以常常不區(qū)分“物體”和“質點”兩個詞?！何⒂柧殹?．根據預習內容，判斷下列說法正誤：(1)自然界中沒有絕對靜止的物體。(√)(2)很小的物體一定能看作質點，較大的物體有時也能看作質點。(×)(3)質點是為了突出問題的主要因素，忽略次要因素而建立的理想化模型。(√)2．(2023·浙江寧波期中)下列說法正確的是(C)A．研究足球運動員如何才能踢出“香蕉球”時，可以把足球看作質點B．研究火車經過電線桿所用的時間，可以把火車看作質點C．研究運動員參加200m比賽時的平均速度，可以將運動員看成質點D．研究體操運動員在平衡木上做整套動作時，運動員身體各部分的速度可視為相同解析：研究足球運動員如何才能踢出“香蕉球”時，足球的大小不能忽略，不可以把足球看作質點，選項A錯誤；研究火車經過電線桿所用的時間，火車的大小不能忽略，不可以把火車看作質點，選項B錯誤；研究運動員參加200m比賽時的平均速度，運動員的大小可忽略不計，可以將運動員看成質點，選項C正確；研究體操運動員在平衡木上做整套動作時，運動員身體各部分的速度不一定是相同的，選項D錯誤。知識點2參考系1．定義：在描述一個物體的運動時，首先要選定某個其他物體作為參考，這種用來作為_參考__的物體叫作參考系。2．參考系的選取(1)參考系的選取是_任意__的，但選取的參考系不同，結論往往_不同__，通常選_地面__為參考系。(2)參考系既可以是_靜止__的物體，也可以是_運動__的物體。注意：物體被選作參考系后，就認為該物體是靜止的。『微訓練』1．根據預習內容，判斷下列說法正誤：(1)參考系必須選取地面或相對于地面靜止的其他物體。(×)(2)選取的參考系不同，對同一個物體運動的描述也往往不同。(√)(3)“坐地日行八萬里”所對應的參考系是地面。(×)2．跳傘運動員從飛機上跳傘，飛行員觀察到跳傘運動員沿直線下落，而地面上的人觀察跳傘運動員卻沿曲線下落，為什么？答案：飛行員選擇飛機作為參考系，而地面上的人選擇地面作為參考系。探究質點要點提煉1．對質點的理解(1)質點是用來代替物體的有質量的點，其突出的特點是“具有質量”，但是質點沒有大小、體積、形狀，與幾何中的“點”有本質區(qū)別。(2)質點是一種“理想化模型”。2．實際物體可看成質點的常見情況物體能否被視為質點，不是取決于物體的大小，而是看物體的形狀和大小對研究問題的結果的影響是否可忽略。同一物體在不同的問題情景中有的可視為質點，有的則不能視為質點。典例剖析典題1(2023·江蘇連云港高一期中)關于質點的下列說法，正確的是(D)A．甲圖中，仿生學家研究老鷹飛行動作時，把老鷹看作質點B．乙圖中，專家為高鐵列車設計建造站臺時，把高鐵列車看作質點C．丙圖中，足球運動員要踢出旋轉前進的“香蕉球”，把足球看作質點D．丁圖中，科學家研究地球公轉時在軌道上的位置，把地球看作質點解析：仿生學家研究老鷹飛行動作時，老鷹的大小、形態(tài)對研究有影響，不能把老鷹看作質點，故A錯誤；專家為高鐵列車設計建造站臺時，涉及高鐵列車的長、寬、高等因素，不能把高鐵列車看作質點，故B錯誤；足球運動員要踢出旋轉前進的“香蕉球”，需要把握足球的旋轉方向、角度等，不能把足球看作質點，故C錯誤；科學家研究地球公轉時在軌道上的位置，地球的大小和形狀遠小于軌道半徑，可以忽略不計，可以把地球看作質點，故D正確。思維升華：(1)質點要突出“具有質量”和“占有位置”的特點，質點沒有大小和形狀，它的質量就是它所代替的物體的質量。(2)質點沒有大小和形狀，因而質點是不可能轉動的，任何轉動的物體在研究其自轉時都不可簡化為質點。對點訓練?天問二號預計2025年發(fā)射，現(xiàn)在已經進入初樣研制階段，如圖為國家航天局發(fā)布的我國“天問一號”火星探測任務著陸和巡視探測系列實拍影像，圖中所示是WIFI分離相機記錄火星車“祝融號”在著陸平臺附近后退移動和原地轉彎過程中的一幅畫面。下列情況中火星車一定可視為質點的是(C)A．火星車轉彎時B．在火星表面穿越狹窄山谷時C．確定火星車在火星表面相對位置時D．火星車駛離著陸平臺過程中解析：在火星車轉彎時，或者在火星表面穿越狹窄山谷時，或者火星車駛離著陸平臺過程中，火星車的大小不能忽略不計，不能看作質點；而在確定火星車在火星表面相對位置時，火星車的體積形狀可視為次要因素而忽略，因此可視為質點。探究參考系,要點提煉1．選擇參考系的意義：要描述一個物體的運動，必須首先選好參考系。只有選定參考系后，才能研究物體做怎樣的運動。2．選擇參考系的原則：(1)選取參考系一般應根據研究對象和研究對象所在的系統(tǒng)來決定。(2)參考系的選取可以是任意的。在實際問題中，參考系的選取應以觀測方便和使運動的描述盡可能簡單為基本原則。(3)在比較不同物體的運動時，應選擇同一參考系。3．參考系的四個特性相對性用來做參考系的物體都是假定不動的，被研究的物體是運動的還是靜止的，都是相對于參考系而言的。任意性參考系的選擇具有任意性，但應以觀測方便和使運動的描述盡可能簡單為原則。同一性比較不同物體的運動時，應該選擇同一參考系。差異性同一運動選擇不同的參考系，觀察結果可能不同。(1)分析具體的問題時，選擇合適的物體作為參考系，可使問題變得簡單。(2)解題過程中，如果選地面作為參考系可以不指明，但選其他物體作為參考系時必須指明。典例剖析典題2(2023·江蘇海安縣實驗中學高一月考)如圖是某攝形師“追拍法”的成功之作，在該攝影師眼中飛翔的小鳥是靜止的，而模糊的背景是運動的，攝影師用自己的方式表達了運動之美。請問攝影師選擇的參考系是(B)A．靜止的樹木B．飛翔的小鳥C．小河內的流水D．靜止于地面上的人解析：由于小鳥和攝影師以相同的速度運動，故以小鳥作為參考系，記者是靜止的，故小鳥的圖片是清晰的，但由于背景相對于小鳥是運動的所以背景相對于攝像機是運動的，所以拍攝的背景是模糊的。故在“追拍法”中攝影師選擇的參考系是小鳥。對點訓練?(多選)(2023·河南鶴壁高一階段練習)在平直公路上，甲乘汽車以10m/s的速度運動，乙騎自行車以5m/s的速度運動，則甲、乙(CD)A．同向運動時，甲觀察到乙以5m/s的速度遠離B．同向運動時，乙觀察到甲以5m/s的速度靠近C．背離運動時，甲觀察到乙以15m/s的速度遠離D．相向運動時，乙觀察到甲以15m/s的速度靠近解析：同向運動時，若甲在前乙在后，甲觀察到乙以5m/s的速度遠離，乙觀察到甲以5m/s的速度遠離；若乙在前甲在后，甲觀察到乙以5m/s的速度靠近，乙觀察到甲以5m/s的速度靠近，即觀察結果與甲、乙的位置有關，A、B錯誤；背離運動時，兩者相互遠離，相對速度為15m/s，甲觀察到乙以15m/s的速度遠離，C正確；相向運動時，兩者相互靠近，相對速度也為15m/s，乙觀察到甲以15m/s的速度靠近，D正確。質點模型的建立思想在物理學研究中，研究對象受許多因素的影響，如果同時考慮這諸多因素，那就無法使用數(shù)學知識達到定量研究的目的。在一定條件下我們把非本質的次要因素找出來，加以剔除，抓住其主要因素和本質特征并進行抽象概括、研究，這種研究方法被稱為物理學中的理想化方法。用這種方法將研究對象(物體、過程等)簡化成抽象模型，我們稱之為物理學中的理想化模型。除質點外，在學習中還會接觸到許多理想化模型，例如光線、光滑面等，它們在現(xiàn)實中并不存在，都只是理想化模型。理想化模型的要點如下：(1)“理想化模型”是為了使研究的問題簡化方便而進行的一種科學的抽象，實際并不存在。(2)“理想化模型”是以研究目的為出發(fā)點，突出問題的主要因素，忽略次要因素而建立的“物理模型”。(3)“理想化模型”是在一定程度和范圍內對客觀存在的復雜事物的近似反映，是物理學中經常采用的一種科學研究方法。案例(2023·上海寶山高一考試)東方綠舟劃龍舟，可以培養(yǎng)團隊協(xié)作能力。當龍舟靠岸時，細心的同學注意到，一位師傅用細長的鉤子穩(wěn)穩(wěn)地拉住船身不動。我們來分析師傅各部位的受力情況。在分析受力過程中，以下說法正確的是(C)①這位師傅可以看作質點②這位師傅不可以看作質點③這根細長的鉤子的質量可以被忽略④這根細長的鉤子的質量不可以被忽略A．①③ B．①④C．②③ D．②④解析：我們在分析師傅各部位受力過程中，需要考慮到師傅的動作從而找到力的方向，則這位師傅不可以看作質點，①錯誤，②正確；由題知鉤子是細長的且鉤子的重力相對于鉤子對船的拉力很小，則這根細長的鉤子的質量可以被忽略，③正確、④錯誤。故選C。核心素養(yǎng)科學思維引入“理想化模型”的概念，可以使問題的處理大為簡化而又不會發(fā)生大的偏差?，F(xiàn)實生活中，有許多實際的事物與這種“理想化模型”十分接近。因此在一定的場合、條件下，可以把實際事物當作“理想化模型”來處理。一、質點的判定1．(2023·山東濟南高一期末)我國發(fā)射的“嫦娥四號”探測器首次著陸月球表面，“玉兔二號”順利從“嫦娥四號”上登錄到月球表面進行探月工作。下列有關說法正確的是(B)A．研究“嫦娥四號”探測器著陸姿勢時，可以把探測器看作質點B．研究“玉兔二號”在月球的運動軌跡時，可以把“玉兔二號”看作質點C．研究“玉兔二號”在月球的運動軌跡時選擇的參考系是地球D．研究“嫦娥四號”探測器著陸過程的運動軌跡時不可以將探測器看作質點解析：研究“嫦娥四號”探測器著陸姿勢時，不能忽略“嫦娥四號”探測器大小和形狀，不可以把探測器看作質點，故A錯誤；研究“玉兔二號”在月球的運動軌跡時，可以忽略“玉兔二號”的大小和形狀，把“玉兔二號”看作質點，故B正確；研究“玉兔二號”在月球的運動軌跡時選擇的參考系是月球表面，故C錯誤；研究“嫦娥四號”探測器著陸過程的運動軌跡時，能忽略“嫦娥四號”探測器大小和形狀，可以將探測器看作質點，故D錯誤。2．(2023·河南開封高一統(tǒng)考期中)當?shù)貢r間2022年7月12日，美國國家航空航天局(NASA)正式公布了詹姆斯·韋伯空間望遠鏡拍攝的一批全彩色照片。如圖所示是史蒂芬五重星系，它是一個由4個星系組成的星系群，距離地球約3億光年。照片中還包含著銀河系內恒星，更小星點是在上百億光年外的星系。查閱信息知太陽到銀河系中心的距離約為2.6萬光年。下列說法正確的是(B)A．恒星很大，任何情況下都不能把恒星視為質點B．在研究太陽系繞銀河系中心運動時，可以將太陽系視為質點C．在研究星系的內部結構時，可以把星系視為質點D．在研究史蒂芬五重星系的內部結構時，可以將其視為質點解析：能不能看作質點，關鍵看所研究的問題與物體的大小、形狀、體積有沒有關系及影響程度，若有關系就不能看作質點，若沒有關系就可以看作質點，所以要具體問題具體分析，恒星在某些情況下也可以看成質點，故A錯誤；在研究太陽系繞銀河系中心運動時，太陽系的大小可以忽略不計，可以將太陽系視為質點，故B正確；在研究星系的內部結構時，星系的大小、體積、形狀等在研究內部結構時是不能忽略的，所以不可以把星系視為質點，故C錯誤；在研究史蒂芬五重星系的內部結構時，星系的大小、體積、形狀等是不能忽略的，所以不可以將其視為質點，故D錯誤。二、參考系與運動3．(2023·廣東廣州高一期末)我們描述某個物體的運動時，總是相對一定的參考系而言的。下列說法正確的是(B)A．我們說：“太陽東升西落”，是以太陽為參考系的B．我們說：“地球圍繞太陽轉”，是以太陽為參考系的C．我們說：“同步衛(wèi)星在高空靜止不動”，是以太陽為參考系的D．坐在火車上的乘客看到鐵路旁的樹木、電線桿迎面向他飛奔而來，乘客是以地球為參考