人教版高中物理必修1第一章运动的描述第1节《质点参考系和坐标系》(44张ppt)教材

1、运动是运动是绝对绝对的的物体的空间位置随时间的变化，叫物体的空间位置随时间的变化，叫机械运动机械运动机械运动机械运动是自然界最简单最基本的运动形式。是自然界最简单最基本的运动形式。在物理学中，研究物体做机械运动的分支叫在物理学中，研究物体做机械运动的分支叫力学力学。问题问题1 1：该如何描述物体的运动呢？：该如何描述物体的运动呢？ 诗人用气势磅礴来描述大河中的水流，用矫捷如燕来描述运动员轻盈的舞姿，画家用汽车后面的线条来表示风，来描述车辆的飞驰。科学家呢科学家呢？ 难道我们真的无法描述物体的运动？ 飞机以某速度从南京飞向北京, 研究火车在城市之间运行一、质点：一、质点：用来代替物体的有质量的点

2、用来代替物体的有质量的点。1、特点：、特点：A、它没有大小和形状。、它没有大小和形状。B、它具有物体的全部的质量。、它具有物体的全部的质量。C、它是一种理想化的模型。、它是一种理想化的模型。问题一问题一: :地球可不可以看成质点地球可不可以看成质点. .问题导航问题导航问题二问题二: :乒乓球可不可以看成质点？乒乓球可不可以看成质点？问题导航问题导航1. 研究乒乓球的运动轨迹时研究乒乓球的运动轨迹时;2.在研究上旋球或下旋球对接球的影响时；在研究上旋球或下旋球对接球的影响时；物体能物体能否看成否看成质点与质点与物体本物体本身的大身的大小和形小和形状无关状无关（3） 一列沿京沪铁路运动的火车，若

3、研究它从上海到北京的运动能一列沿京沪铁路运动的火车，若研究它从上海到北京的运动能否把它简化为一个质点？否把它简化为一个质点？（4） 研究火车通过南京长江大桥的运动时，能否把它简化为一个质研究火车通过南京长江大桥的运动时，能否把它简化为一个质点呢？点呢？ （5）我们在欣赏跳水运动时我们看的是什么）我们在欣赏跳水运动时我们看的是什么? 二、哪些物体可以看成质点二、哪些物体可以看成质点 当物体的大小与形状在研究的问题当物体的大小与形状在研究的问题中中影响很小影响很小, ,可忽略不计时可忽略不计时, ,可看成质点可看成质点. .几点说明几点说明: :1 1、物理各点的运动情况相同（平动）时，可以看作质

4、点，一般研、物理各点的运动情况相同（平动）时，可以看作质点，一般研究物体的转动时不能把物体看作质点。究物体的转动时不能把物体看作质点。2 2、物体有转动，但物体的转动不是我们所研究的主要问题时，物、物体有转动，但物体的转动不是我们所研究的主要问题时，物体的本身大小和形状已变成了次要因素，物体可以看作质点。体的本身大小和形状已变成了次要因素，物体可以看作质点。3 3、物体能否看作质点，取决于它的形状和大小在所研究的问题中、物体能否看作质点，取决于它的形状和大小在所研究的问题中是否可以忽略不计，而跟物体自身体积的大小，质量的多少和运是否可以忽略不计，而跟物体自身体积的大小，质量的多少和运动速度的大

5、小无关。动速度的大小无关。 1、关于质点的以下说法正确的是（、关于质点的以下说法正确的是（ ） A只有体积很小或质量很小的物体才能看作只有体积很小或质量很小的物体才能看作 质点质点 B只要物体运动不是很快，就可以把物体看只要物体运动不是很快，就可以把物体看 作质点作质点 C物体的大小和形状可以忽略时，可将物体物体的大小和形状可以忽略时，可将物体 看作质点看作质点 D质点是客观存在的质点是客观存在的 C2 2、在下列各物体的运动中，可视作质点、在下列各物体的运动中，可视作质点的物体有（）的物体有（） A A从北京开往广州的一列火车从北京开往广州的一列火车 B B研究转动的汽车轮胎研究转动的汽车轮

6、胎 C C研究绕地球运动时的航天飞机研究绕地球运动时的航天飞机 D D表现精彩的芭蕾舞演员表现精彩的芭蕾舞演员 E E参加百米跑竞赛的运动员参加百米跑竞赛的运动员ACBD2 2 关于质点，下列说法正确的是关于质点，下列说法正确的是 （ ） A A质点就是一个体积很小的小球质点就是一个体积很小的小球 B B只有很小的物体才能被视为质点只有很小的物体才能被视为质点 C C质点不是实际存在的物体，只是一质点不是实际存在的物体，只是一种理想模型种理想模型 DD大的物体有时也可以被视为质点大的物体有时也可以被视为质点解析解析 质点不是实际存在的物体，更不是小球，是实际物体的近似，质点不是实际存在的物体，

7、更不是小球，是实际物体的近似，是理想模型；不一定小的物体才可以被视为质点，如地球很大，但是理想模型；不一定小的物体才可以被视为质点，如地球很大，但在研究地球公转时可将其视为质点在研究地球公转时可将其视为质点 答案答案 C D质点和几何中的点是一回事吗？1、相同点：都是没有形状和大小的点。、相同点：都是没有形状和大小的点。2、不同点：质点是实际物体的抽象，它具有、不同点：质点是实际物体的抽象，它具有一定的物理内涵，不仅具有物体的全部质量，一定的物理内涵，不仅具有物体的全部质量，而且是一相对的物理概念；几何中的点没有质而且是一相对的物理概念；几何中的点没有质量，仅表示位置，而且应该绝对的小。量，仅

8、表示位置，而且应该绝对的小。 质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型。质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型。是实际物体的一种是实际物体的一种近似近似. 一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研究问题中是否可以忽略不计，而跟自身小在所研究问题中是否可以忽略不计，而跟自身体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关。体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关。用来代替物体的有质量的点用来代替物体的有质量的点。新知探究新知探究第一次世界大战期间，一名法国飞行员在第一次世界大战期间，一名法国飞行员在2000米的高空飞行米的高空飞行时，发现旁边有一个小东西

9、，他以为是一只小飞虫，敏捷地时，发现旁边有一个小东西，他以为是一只小飞虫，敏捷地把它抓过来，令他吃惊的是，抓到的竟是一颗子弹。把它抓过来，令他吃惊的是，抓到的竟是一颗子弹。思考：思考：同样的物体，运动为什么会不同？ 描述物体的位置及其变化时，又总是相对描述物体的位置及其变化时，又总是相对其它物体而言，即运动和静止的相对性其它物体而言，即运动和静止的相对性 参考系：描述物体运动时参考系：描述物体运动时, ,用来作参考用来作参考( (假假定为不动定为不动) )的另外的物体的另外的物体新知探究新知探究 选择参考系的原则是什么？选择参考系的原则是什么？1、原则上参考系可以任意选取。但实际上、原则上参考

10、系可以任意选取。但实际上总是总是本着观测方便和使运动的描述尽可本着观测方便和使运动的描述尽可能简单的原则选取。能简单的原则选取。2、一般研究地面上运动的物体时选取地面、一般研究地面上运动的物体时选取地面为参考系。为参考系。新知探究新知探究1 1、关于参考系的选取，下列说法正确的是、关于参考系的选取，下列说法正确的是（ ）A A、参考系必须选取静止不动的物体、参考系必须选取静止不动的物体 B B、参考系必须是和地面联系在一起的、参考系必须是和地面联系在一起的C C、在空中运动的物体不能作为参考系、在空中运动的物体不能作为参考系 D D、任何物体都可以作为参考系、任何物体都可以作为参考系D跟踪导练

11、跟踪导练2.在公路上向左匀速运动的汽车，经过一棵在公路上向左匀速运动的汽车，经过一棵果树时，恰有树上一个果子从上面自由落下，果树时，恰有树上一个果子从上面自由落下，下图为运动的轨迹，在地面上观察到的运动下图为运动的轨迹，在地面上观察到的运动轨迹是轨迹是_车中人以车为参考系观察到果车中人以车为参考系观察到果子的运动轨迹是子的运动轨迹是_ABCDAD跟踪导练跟踪导练体会诗境中的相对体会诗境中的相对运动运动1 1 、以下说法正确的是（、以下说法正确的是（ ） A.A.参考系就是不动的物体参考系就是不动的物体 B.B.任何情况下，只有地球才是最理想的参考系任何情况下，只有地球才是最理想的参考系 C.C

12、.不选定参考系，就无法研究某一个物体是怎不选定参考系，就无法研究某一个物体是怎么运动的么运动的 D.D.同一物体的运动，对不同的参考系可能有不同一物体的运动，对不同的参考系可能有不同的观察结果同的观察结果CD2 2、列车、列车A A和和B B并排停在某站，当并排停在某站，当A A启动后启动后B B还未启动，此时列车还未启动，此时列车B B内的一乘客看到自内的一乘客看到自己所乘的列车运动了，他选的参考系是（己所乘的列车运动了，他选的参考系是（） A A列车列车A A B B列车列车B B C C站台站台 D D铁轨铁轨 A4 4 观察图中的烟和小旗，关于甲、乙两车相对于房子观察图中的烟和小旗，关

13、于甲、乙两车相对于房子的运动情况，下列说法正确的是（的运动情况，下列说法正确的是（ ） A A甲、乙两车一定向左运动甲、乙两车一定向左运动 B B甲、乙两车一定向右运动甲、乙两车一定向右运动 C C甲车可能运动，乙车向右运动甲车可能运动，乙车向右运动 DD甲车可能静止，乙车向左运动甲车可能静止，乙车向左运动解析解析 图中房子相对地面是静止的，由烟囱冒出的烟向左飘，可知此时风图中房子相对地面是静止的，由烟囱冒出的烟向左飘，可知此时风向向左（相对于地球而言）甲车上的旗子也向左，则有三种可能情况：向向左（相对于地球而言）甲车上的旗子也向左，则有三种可能情况：一是甲车不动，风把小旗向左刮；二是甲车向右

14、运动，风相对甲向左，一是甲车不动，风把小旗向左刮；二是甲车向右运动，风相对甲向左，风把小旗向左刮；三是甲车向左运动但小于风速，因此风仍能把小旗向风把小旗向左刮；三是甲车向左运动但小于风速，因此风仍能把小旗向左刮对于乙车，则只有乙车向左运动并大于风速，此时风把小旗向右左刮对于乙车，则只有乙车向左运动并大于风速，此时风把小旗向右刮故选项刮故选项D正确正确 答案答案 D我们曾说过运动是绝对的，现在又说运动是相对的，矛盾么？1、运动的相对性： 描述运动要寻找参考物体2、参考系（reference frame）定义：选来作为参考的物体1）选择的任意性（一般选择地球和相对于地球静止的物体）2）对不同参考系

15、，运动可能不同注意：比较两个物体的运动情况，必须选择同一个参考系才有意义。 文字描述方便吗？能精确吗？ 有没有简便又准确的方法？ 若物体只在一条直线上运动，如何描述位置变化？若在某平面（操场）上呢？ 如 何 确 定 物 体 的 位 置思考为了定量地描述物体的位置及位置的变化，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。需要在参考系上建立适当的坐标系。4.坐标系坐标系如果物体沿直线运动，可以以这条直线为如果物体沿直线运动，可以以这条直线为x轴，轴，在直线上规定原点，正方向和单位长度，建立在直线上规定原点，正方向和单位长度，建立直线坐标系。直线坐标系。XO5m练习练习A点

16、坐标点坐标XA=-3mX/mO如图所示，汽车沿如图所示，汽车沿X轴做直线运动，从轴做直线运动，从A点点运动到运动到B点，由图判断点，由图判断A点坐标、点坐标、B点坐标和点坐标和走过的路程。走过的路程。1-1234-2-3-4ABB点坐标点坐标XB=2m走过的路程走过的路程B=m喷水抛物线喷水抛物线平面直角坐标系X1y1y0 x知识归纳知识归纳 坐标系坐标系 （1）定义：）定义：为了定量地描述物体的位置及位置的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变化，需要在参考系上建立适当的坐标系 （2）一维坐标系：）一维坐标系：选某一位置为坐标原点，以某选某一位置为坐标原点，以

17、某个方向为正方向，选择适当的标度建立一个坐标轴，个方向为正方向，选择适当的标度建立一个坐标轴，就构成了一维坐标系，适用于描述物体在一维空间就构成了一维坐标系，适用于描述物体在一维空间运动（即物体沿一条直线运动）时物体的位置运动（即物体沿一条直线运动）时物体的位置 （3）二维坐标系：）二维坐标系：由两个互相垂直的坐标轴组成，由两个互相垂直的坐标轴组成，适用于物体在二维空间（即在同一平面）内运动时，适用于物体在二维空间（即在同一平面）内运动时，又称为平面直角坐标系又称为平面直角坐标系 （4）三维直角坐标系：）三维直角坐标系：由三个互相垂直的坐标轴由三个互相垂直的坐标轴组成，又称为立体直角坐标系适用

18、于描述物体在组成，又称为立体直角坐标系适用于描述物体在三维空间中的具体位置三维空间中的具体位置 5 5 、从高出地面、从高出地面3m3m的位置竖直向上抛出一个小球，它上升的位置竖直向上抛出一个小球，它上升5m5m后回落，最后回落，最后到达地面，如图所示，分别以地面和抛出点为原点建立坐标系，方向均后到达地面，如图所示，分别以地面和抛出点为原点建立坐标系，方向均以向上为正，填写以下表格：以向上为正，填写以下表格：坐标原点的设置坐标原点的设置出发点的坐标出发点的坐标最高点的坐标最高点的坐标 落地点的坐标落地点的坐标以地面为原点以地面为原点 以抛出点为原点以抛出点为原点 解析：解析：本题中的物体沿直线

19、运动，可以在该直线上建立直角坐本题中的物体沿直线运动，可以在该直线上建立直角坐标系，来定量描述物体的位置，若以地面为原点，则出发点、标系，来定量描述物体的位置，若以地面为原点，则出发点、最高点、落地点的坐标分别为最高点、落地点的坐标分别为x13m，x28m，x30；若以抛；若以抛出点为原点，则出点为原点，则x1 0 ，x2 5m ，x3 3m归纳总结：归纳总结： 定量描述沿直线运动的物体的位置及变化，只需建立直线坐标定量描述沿直线运动的物体的位置及变化，只需建立直线坐标系（一维坐标系）；但当物体在同一平面内运动时要用平面直系（一维坐标系）；但当物体在同一平面内运动时要用平面直角坐标系（二维坐标

20、系）才能定量描述出物体的位置及位置的变角坐标系（二维坐标系）才能定量描述出物体的位置及位置的变化化 *典型例题 1.在下列物体的运动中，可视作质点的物体有 ( ) A.从北京开往广州的一列火车 B.研究转动的汽车轮胎 C.研究绕地球运动时的航天飞机 D.表演精彩芭蕾舞演员 E.参加一百米跑竞赛的运动员在冲刺过程中 F.在斜下推力的作用下，沿水平面滑动的箱子 G.计算子弹从枪口到靶心的飞行时间 H.测量子弹船过一张薄纸的时间。 2、描述物体地运动，必须选择参考系，关于参考系，下列说法中正确地是（ ）（A）早晨太阳从东方升起，参考系是地面（B）地球绕太阳近似做圆周运动，参考系是太阳（C）研究地面上

21、物体的运动只能取地面为参考系（D）在不同参考系中描述物体的运动，简繁程度会不同 ABD手持式手持式GPSGPS科学漫步：全球卫星定位系统（科学漫步：全球卫星定位系统（GPSGPS）GPSGPS显示屏信息显示屏信息放大图放大图24颗颗GPS卫星在离地面卫星在离地面1万万2千公里的高空上，以千公里的高空上，以12小时的周期环绕地小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以颗以上的卫星。上的卫星。由于卫星的位置精确可知，在由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机观测中，我们可得到卫星到

22、接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成颗卫星，就可以组成3个方程个方程式，解出观测点的位置式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有差，实际上有4个未知数，个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形颗卫星，形成成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。事实上，接收机往往可以锁住事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫颗以上的卫星，这时，接收机

23、可按卫星的星座分布分成若干组，每组星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。组用作定位，从而提高精度。由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用保护政策，使得民用GPS的定位精度只有的定位精度只有100米。米。为提高定位精度，普遍采用差分为提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技术，建立基准站技术，建立基准站(差分台差分台)进行进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观

24、测值进行比较，从而得观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到，定位精度可提高到5米。米。全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定上发展起来的

25、，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。该系统的空间位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。该系统的空间部分使用部分使用 24 颗高度约颗高度约 2.02 万千米的卫星组成卫星星座。万千米的卫星组成卫星星座。 21+3 颗卫星均为近颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为圆形轨道，运行周期约为 11 小时小时 58 分，分布在六个轨道面上（每轨道面四分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为颗），轨道倾角为 55 度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间

26、都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（ DOP ）。）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 GPS 卫星已发展至卫星已发展至 Block II 型式的定位卫星，型式的定位卫星， 由由 Rockwell International 制造，在轨道上重量约制造，在轨道上重量约 1,900 磅，太阳能接收板长度约磅，太阳能接收板长度约 17 呎，呎，于于 1994 年完成第年完成第 24 颗卫星的发射。因此目前太空中有颗卫星的发射。因此目前太空中有 24 颗颗 GPS 卫星可供卫

27、星可供定位运用，绕行地球一周需定位运用，绕行地球一周需 12 恒星时，每日可绕行地球恒星时，每日可绕行地球 2 周，这也就是说，周，这也就是说，不论任何时间，任何地点，至少有不论任何时间，任何地点，至少有 4 颗以上的卫星出现在我们的上空。颗以上的卫星出现在我们的上空。 目前全球有五个地面卫星监控站，分布于夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加西目前全球有五个地面卫星监控站，分布于夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加西亚、瓜加林岛、科罗拉多泉，这些卫星地面控制站，同时监控亚、瓜加林岛、科罗拉多泉，这些卫星地面控制站，同时监控 GPS 卫星的运卫星的运作状态及它们在太空中的精确位置，主地面控制站更负责传送卫星瞬时常数

28、作状态及它们在太空中的精确位置，主地面控制站更负责传送卫星瞬时常数 (Ephemeras Constant) 及时脉偏差及时脉偏差 (Clock Offsets) 的修正量，再由卫星将的修正量，再由卫星将这些修正量提供给这些修正量提供给 GPS 接收器做为定位运用。接收器做为定位运用。 GPS的定位是利用卫星基本三角定位原理，的定位是利用卫星基本三角定位原理，GPS接收装置以测量无线电信号接收装置以测量无线电信号的传输时间来量测距离，以距离来判定卫星在太空中的位置，这是一种高轨的传输时间来量测距离，以距离来判定卫星在太空中的位置，这是一种高轨道与精密定位的道与精密定位的 观测方式。假设卫星在观

29、测方式。假设卫星在11,000英哩高处，测量我们的距离，英哩高处，测量我们的距离，首先以首先以11,000英哩为半径，以此卫星为圆心画一圆，而我们位置正处于球面英哩为半径，以此卫星为圆心画一圆，而我们位置正处于球面上。再假设第二颗卫星距离我们上。再假设第二颗卫星距离我们12,000英哩，而我们正处于这二颗球所交集英哩，而我们正处于这二颗球所交集的圆周上。现在我们再以第三颗卫星做精密定位，假设高度的圆周上。现在我们再以第三颗卫星做精密定位，假设高度13,000 英哩，我英哩，我们即可进一步缩小范围到二点位置上，但其中一点为非我们所在的位置极有们即可进一步缩小范围到二点位置上，但其中一点为非我们所在的位置极有可能在太空中的某一点，因此，我们舍弃这一点参考点，选择另一点为位置可能在太空中的某一点，因此，我们舍弃这一点参考点，选择另一点为位置参考点。参考点。 如果要获得更精确