黑龙江省孙吴县第一中学高中物理 质点 坐标系课件 新人教版必修1.ppt

第一章运动的描述 1 质点参考系和坐标系 一 机械运动1 定义 物体的 随时间的变化 它是自然界中最简单 最基本的运动形式 2 力学 在物理学中研究物体做 规律的分支 二 物体和质点1 实际物体 都有一定的 和形状 并物体上各部分的 情况一般情况下并不相同 2 质点 用来代替物体的具有 的点 3 把物体看做质点的条件如果忽略物体的 和 等因素 不影响问题的研究时 就可以把物体看做是质点 特别提醒 质点是一个理想化的物理模型 实际中并不存在 三 参考系1 运动与静止自然界中的一切物体都处于永恒的运动中 即运动是 的 静止是 的 但我们在研究具体物体的运动时 可以说运动是 的 2 参考系 1 定义 在描述物体的运动时 被选定做参考 假定为 的其他物体 2 意义 观察被研究的物体相对于参考系的位置是否随 变化以及如何变化 四 坐标系1 目的 定量地描述物体的 及位置的 2 方法 当物体做直线运动时 可以选取某一点为坐标原点建立坐标轴 坐标轴的方向表示规定的 坐标轴上的数值表示物体的位置 3 全球定位系统它是由若干个绕地球运行的人造卫星和地面接收装置组成的 能够很精确的确定物体的位置的系统 通常简称 gps 一 对质点的理解1 质点是用来代替物体的有质量的点 其突出的特点是 具有质量 和 占有位置 但没有大小 形状 体积 与几何中的 点 有本质的区别 2 质点是实际物体的一种高度抽象 实际中并不存在 是一种 理想化模型 3 能否把一个物体看做质点 关键是看物体的大小 形状在所研究的问题中是否为次要因素 例如 研究火车从北京到上海的运动时可以把火车视为质点 但研究火车过桥的时间时就不能把火车看成质点了 4 在中学物理中所研究的物体 一般情况下都可以把它们当做质点 因此 在物理习题中 对于 物体 和 质点 两个词一般不加区分 特别提醒 1 物体的大小并不是判断物体能否看做质点的根据 2 对同一物体 能否将其看做质点要视研究的问题而定 下列说法正确的是 a 运动中的地球不能看成质点 而原子核可以看成质点b 研究火车通过路旁一根电线杆的时间时 火车可看成质点c 研究奥运会乒乓球女单冠军张怡宁打出的乒乓球时 能把乒乓球看成质点d 研究在平直的高速公路上飞驰的汽车的速度时 可以将汽车看成质点 解析 当研究地球的公转时 由于地球直径 约1 3 107m 比地球与太阳之间的距离 约1 5 1011m 要小得多 可以忽略不计 可以把地球看成质点 忽略地球的自转 当研究地球的自转引起的昼夜交替等现象时 就不能忽略地球的大小和形状 当然就不能把地球看成质点了 当研究电子绕原子核的运动情况时 因为原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一 所以可以把原子核看成质点 但若研究有关原子核结构的问题时 就不能把原子核看成质点 选项a错 研究火车通过路旁的一根电线杆的时间时 因电线杆的粗细比火车的长度小得多 故电线杆可看成质点 而火车不能看成质点 选项b错 奥运冠军张怡宁打出的乒乓球虽小 但飞旋多变 不能看成质点 c错误 在平直的高速公路上飞驰的汽车 尽管车轮在转动 但我们研究的是汽车的速度 对整个车的运动来讲 车轮的转动不是研究的主要问题 可将车看成质点 d正确 答案 d 二 对参考系的进一步理解1 参考系 的四性 1 标准性 用来选作参考系的物体都是假定不动的 被研究的物体是运动还是静止 都是相对于参考系而言的 2 任意性 参考系的选取具有任意性 但应以观察方便和使运动的描述尽可能简洁为原则 研究地面上物体的运动时 常选地面为参考系 3 统一性 比较物体的运动时 应该选择同一参考系 4 差异性 同一运动选择不同的参考系 观察结果一般不同 例如 坐在行驶的车中的乘客 以地面为参考系 乘客是运动的 但如果以车为参考系 则乘客是静止的 2 选取参考系的原则 1 选取参考系一般应根据研究对象和研究对象所在的系统来决定 例如 研究火车上物体的运动情况 一般选取火车作为参考系 研究地面上物体的运动时 常选取地面或相对地面静止的物体作为参考系 选择地面为参考系时 参考系常可以略去不提 如 汽车运动了 就不必说成 汽车相对地面运动了 2 参考系的选取可以是任意的 在实际问题中 参考系的选取以研究问题方便 对运动的描述尽可能简单为基本原则 某校高一的新同学分别乘两辆汽车去市公园游玩 当两辆汽车在平直公路上运动时 甲车内一同学看见乙车没有运动 而乙车内一同学看见路旁的树木向西移动 如果以地面为参考系 那么 根据上述观察到的现象可说明 a 甲车不动 乙车向东运动b 乙车不动 甲车向东运动c 甲车向西运动 乙车向东运动d 甲 乙两车以相同的速度都向东运动 解析 正确分析 乙车内一同学看见路旁的树木向西移动 是解决本题的关键 树木相对地面本是静止的 由此判断乙车 相对地面 一定是向东运动 甲车内一同学看见乙车没有运动 则说明甲 乙两车相对静止 速度一定是相同的 答案 d 三 建立坐标系的意义及方法1 意义 1 物体做机械运动时 其位置会随时间发生变化 为了定量地描述物体的位置及位置的变化 需要在参考系上建立适当的坐标系 2 物体的位置可认为是质点在某时刻所在空间的一点 2 方法 1 直线坐标系 如果物体沿直线运动 即做一维运动时 可以以这条直线为x轴 在直线上规定原点 正方向和标度 建立直线坐标系 2 二维坐标系 当物体在某一平面内做曲线运动 即做二维运动时 需用两个相互垂直的坐标确定它的位置 即二维坐标 平面坐标 3 三维坐标系 当物体在空间内运动时 需采用三个坐标确定它的位置 即三维坐标 空间坐标 3 原则建立坐标系的原则是确定物体的位置方便 简洁 特别提醒 1 建立何种坐标系要针对物体是在直线上 平面内 还是空间中运动而定 2 建立坐标系应明确坐标原点 正方向及单位长度 标明坐标单位 如下图所示 冰场上的花样滑冰运动员 要描述他们的位置 你认为应该怎样建立坐标系 如要描述空中飞机的位置 又应怎样建立坐标系 解析 可以以冰场中央为坐标原点 向东为x轴正方向 向北为y轴正方向 建立水平面内的直角坐标系 这样就可以准确地描述运动员的位置了 例如 某时刻运动员的坐标为 4m 6m 说明他在冰场中央东侧4m 偏南6m的地方 如右图所示 如果要确定飞机的位置 则需要确定一点 如观察者所在的位置 为坐标原点 建立三维直角坐标系来描述 说一说 对于在平面上运动的物体 例如冰场上的花样滑冰运动员 要描述它们的位置 你认为应该怎样建立坐标系 点拨 花样滑冰运动员在冰场中滑行的轨迹是无规则的曲线 而且经常做一些有难度的跳跃 旋转动作 因此要准确地描述它们的位置 应建立三维的空间立体坐标系 下图中 你认为哪些对象可以看做质点 解析 1 研究地球绕太阳的公转周期时 尽管地球直径约为1 3 104km 而且本身也在自转 但由于地球和太阳之间的距离约为1 5 108km 是地球直径的104倍 因而就地球相对太阳公转来说 地球的大小和自转可以忽略不计 这时我们就可以把地球视为一个质点 2 自行车运动员的成绩决定于他的骑车速度 我们关注的是他到达终点的名次 不关注身体各部位的动作 故可以把自行车运动员看成一个质点 3 地球绕太阳公转时 地球上不同地区季节的变化 昼夜的变化是不同的 这时地球的大小和形状是不能被忽略的 所以地球在此研究问题中不能看成一个质点 答案 甲 乙可以看成质点丙不可以看成质点 反思总结 物体能否看成质点 关键要看所研究问题的性质 例如在研究某宝塔的位置时 可以把塔看成质点 但研究塔的结构时 就不能把塔看成质点 跟踪发散 1 1 下列情况中的物体可以看做质点的是 a 地面上放一只木箱 在上面的箱角处用水平力推它 在研究它是先滑动还是先翻转时b 上述木箱 在外力作用下在水平面上沿直线运动时c 对于汽车的后轮 在研究车牵引力的来源时d 人造地球卫星 在研究其绕地球运动时 解析 木箱在水平力作用下是否翻转与力的作用点有关 在这种情况下木箱是不能看做质点的 当研究木箱在水平方向上的平动的时候 木箱各点的运动情况是一致的 这时可以把木箱看做质点 汽车牵引力的来源与后轮的转动有关 在研究牵引力的来源时 不能把后轮看做质点 卫星绕地球转动时 自身的形状和大小可以忽略不计 因此可以把它看做质点 故正确选项为b d 答案 bd 如右图所示 甲 乙 丙3人各乘不同的热气球 甲看到楼房匀速上升 乙看到甲匀速上升 甲看到丙匀速上升 丙看到乙匀速下降 那么 从地面上看甲 乙 丙的运动可能是 解析 甲看到楼房匀速上升 则甲相对楼房是向下运动的 以地面为参考系 甲是向下运动的 乙看到甲匀速上升 说明乙相对甲向下运动 以地面为参考系 乙是向下运动的 而且速度比甲大 甲看到丙匀速上升 丙看到乙匀速下降 则丙的情况稍微复杂些 以地面为参考系可能是向下运动 但速度比甲和乙都要小 也可能是静止的 也可能是向上运动的 答案 abc 反思总结 判断物体运动或静止的方法 1 确定研究对象 2 根据题意确定参考系 并假定参考系是不动的 3 分析被研究的物体相对于参考系有没有发生位置的变化 易错警示 物体是静止还是运动 都是相对于参考系而言的 选定参考系后 某物体相对参考系位置发生了改变 则该物体就是运动的 某物体相对参考系位置没有发生改变 则该物体是静止的 跟踪发散 2 1 下图中站在公路旁边的人 看到汽车向前运动 那么他可能以什么为参考系 a 自己b 与汽车同向 同速度运动的汽车c 地面d 与汽车同向 但运动速度更大的汽车解析 选取假定不动的物体为参考系 再进行分析比较 答案 ac 运动员从距地面4m高处落下 被蹦床弹到距地面5m高处 蹦床离地面1m 坐标原点定在蹦床处 向上为坐标轴的正方向 则开始下落点 地面 弹到的最高点的位置坐标分别是 a 4m 0 5mb 3m 1m 4mc 0 4m 1md 4m 1m 5m 解析 在平面直角坐标系中 要想准确描述某物体的位置 必须找准其横坐标与纵坐标 答案 a 2m 3m 坐标值的含义为a点在坐标原点东2m 偏北3m处 1 在下列各运动物体中 可当做 质点 的有 a 研究花样滑冰运动员的动作是否优美b 确定远洋航行中的巨轮的位置c 研究运行中的人造卫星的公转轨迹d 比较转动着的砂轮上各点的运动情况 解析 花样滑冰运动员的成绩取决于运动员肢体动作的优美程度 所以不能看做质点 故a错 研究砂轮的转动时 其大小形状也不能忽略 故d错 远洋航行的巨轮及运行中的卫星 研究其运动轨迹时 大小 形状均可忽略 故b c正确 答案 bc 2 诗句 满眼风波多闪灼 看山恰似走来迎 仔细看山山不动 是船行 中 看山恰似走来迎 和 是船行 所选的参考系分别是 a 船和山b 山和船c 地面和山d 河岸和流水 解析 看山恰似走来迎 是以人或船为参考系 人看到远处的山向人靠近 是船行 是以山为参考系 山是静止的 而船是运动的 答案 a 3 下列有关参考系的说法中 正确的是 a 只有静止的物体才能被选作参考系b 对物体运动的描述与参考系的选择无关c 描述一个物体的运动 一定要选择参考系d 做曲线运动的物体 无论选哪个物体作参考系 其运动轨迹不可能是直线 解析 因为物体的运动具有相对性 所以描述一个物体的运动时 必须选择另外的物体作参考系 故选项c正确 对参考系的选择是任意的 只要能清楚而又简单地描述出物体的运动情况就行 因此 选项a错误 对同一物体的运动 选择不同的参考系 对其运动情况的描述一般不同 所以选项b错误 选项d也是错误的 例如 从水平方向匀速飞行的飞机上丢下的炸弹 地面上的观察者看它作的是抛物线运动 而在飞机上观察 则是竖直向下的直线运动 本题正确答案是c 答案 c 4 为了实现全球快速 简捷的通信 人类发射了地球同步通信卫星 同步通信卫星位于距地面大约36000km的高空 则 a 以地面为参考系同步卫星静止b 以太阳为参考系同步卫星静止c 同步卫星在高空静止不动d 同步卫星相对地面上静止的物体是运动的 解析 地球同步卫星相对地面是静止的 a正确 d错误 若以太阳为参考系 地球同步卫星则是运动的 b错误 c选项没有选定参考系 不能确定其运动情况 答案 a 5 在下述问题中 能够把研究对象当作质点的是 a 研究地球绕太阳公转一周所需的时间是多少b 研究地球绕太阳公转一周地球上不同区域季节和昼夜长短的变化c 将一枚硬币用力上抛 猜测它落地时正面朝上还是反面朝上d 正在进行