2021-2022高中物理第一章运动的描述第1节质点参考系和坐标系2课件新人教版必修1202203152253

第一章

运动的描述第1节质点参考系和坐标系学习目标1.理解质点的概念,知道物体可看成质点的条件。2.理解参考系的概念,知道运动具有相对性。3.理解坐标系的概念,会用一维坐标系定量描述物体的位置以及位置的变化。4.体会物理模型在探究自然规律中的作用。一、物体和质点1.机械运动：物体的_________随时间的变化。2.质点：某些情况下,忽略物体的_____和_____,突出“物体具有质量”,把它简化成_______的物质点。3.把物体看成质点的条件：物体的_____和_____可以忽略或物体上任意一点的运动可代替_________的运动。空间位置大小形状有质量大小形状整个物体【自我思悟】1.形状规则的物体一定能看成质点吗?提示：形状规则的物体有时其大小和形状不能忽略,也不能看成质点。例如,研究“香蕉球”的成因时,形状规则的足球不能看成质点。2.做直线运动的物体一定能看成质点吗?提示：做直线运动的物体有时其大小和形状也不能忽略,也不能看成质点。例如,研究火车过桥的时间时,做直线运动的火车不能看成质点。二、参考系1.运动与静止的关系：(1)自然界中一切物体都处于永恒的运动中,绝对静止的物体是不存在的——运动是__(A.绝对B.相对)的。(2)描述某一个物体的位置及其随时间的变化,总是相对于其他物体而言的——运动是__(A.绝对B.相对)的。AB2.参考系：(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)选取原则：参考系的选取是__(A.唯一的B.任意的)。(3)参考系对观察结果的影响：选择不同的参考系观察同一个物体的运动,观察结果_____________。不动B可能是不同的【自我思悟】1.宇宙飞船是目前重要的航天载人工具,当宇宙飞船绕地球飞行时,以地球为参考系,坐在宇宙飞船中的宇航员如何运动?以宇航舱为参考系呢?提示：以地球为参考系,宇航员在绕地球做近似圆周的运动。以宇航舱为参考系,宇航员处于静止状态。2.有同学认为“只能选择静止的物体作为参考系”对吗?为什么?提示：不对。因为参考系的选取具有任意性,可以选任意物体作为参考系。三、坐标系1.建立目的：定量描述物体的位置及___________。2.直线运动的描述：建立直线坐标系,在直线上规定_____、正方向和_________。位置的变化原点单位长度【自我思悟】1.在直线坐标系中,物体的坐标值有正值、0值,也有负值,这表示物体的位置有何不同?提示：坐标值为正值表示物体在原点正方向一侧,坐标值为0表示物体在坐标原点,坐标值为负值表示物体在原点负方向一侧。2.北京时间2012年8月6日,伦敦奥运会上牙买加飞人博尔特在100米决赛中以9.63秒的惊人成绩成功卫冕。为准确描述他在百米跑道上不同时刻的位置和位置变化,应建立怎样的坐标系?提示：以赛道起点为原点,选择博尔特跑动方向为正方向,取一米为单位长度建立直线坐标系。【盲区扫描】1.质点是对实际物体的理想化处理,这种突出主要因素忽略次要因素的理想化处理方法,以后我们还会学习到。2.质点是代替物体的有质量的点。3.运动是物体相对于参考系的空间位置随时间的变化,因此参考系的选取不同,观察同一物体的运动时,结果往往不同。4.坐标表示物体的位置,如x1、x2,坐标量的变化表示物体位置的变化,如Δx=x2-x1。一、对质点的理解深化理解1.质点的特点：(1)质点不同于几何“点”：质点是用来代替物体的有质量的点,其特点是具有质量,没有大小、体积、形状,它与几何“点”有本质的区别。(2)质点是一种“物理模型”。①物理模型是在物理研究中,突出问题的主要方面,忽略次要因素而建立的理想化模型,是物理学经常采用的一种科学研究方法,质点就是典型的物理模型之一。②物理模型作为一种理想模型,是为了研究问题方便而对实际问题的科学抽象,实际中并不存在。2.物体能否看成质点的判断：(1)在研究物体的运动时,当物体的形状和大小对于所研究的问题可以忽略不计时,物体就可以看成质点。(2)以下几种情况,物体通常可以看作质点。①物体的大小、形状可以忽略。②物体的转动不起主要作用。③研究平动物体的运动情况。④题目中有特殊说明的物体。【微思考】(1)质点是没有体积的,体积很大的物体一定不能看成质点吗?提示：不一定,研究物体运动时,若其大小对运动的影响可以忽略,即使物体再大也可以看成质点。如研究地球的公转时,可以把地球看成质点。(2)物体做某一运动时可以看成质点,同一物体做其他运动也一定能看成质点吗?提示：不一定,物体做其他运动时,其大小和形状可能对运动产生明显的影响,如研究地球上不同的点随地球自转的运动时,地球不能看成质点。【题组通关】【示范题】(2014·苏州高一检测)在研究物体的运动时,下列物体可看作质点的是(

)A.研究校运动会上跳高运动员的过杆动作B.研究火车全部通过长江大桥所需的时间C.研究“嫦娥二号”卫星的运动轨迹D.研究跳水运动员的入水动作【解题探究】(1)各选项研究的问题分别是什么?提示：A选项研究运动员过杆动作;B选项研究火车(有长度)过桥(有长度)时间;C选项研究卫星轨迹;D选项研究运动员入水动作。(2)各选项中物体的长度和形状对所研究的问题产生的影响能否忽略?提示：运动员的肢体对过杆、入水动作的影响不能忽略;火车的长度影响到了过桥时间;卫星的大小对研究轨迹无影响。【规范解答】选C。研究运动员的过杆动作,主要看运动员的肢体动作、过杆技巧,不能看作质点,A错误;火车过桥时间需要考虑火车的长度,不能看作质点,B错误;研究“嫦娥二号”卫星的运动轨迹时,卫星的大小、形状可以忽略,能看作质点,C正确;研究跳水比赛,主要看运动员的肢体动作、跳水技巧,不能看作质点,D错误。【通关1+1】1.下列关于质点的说法中,正确的是(

)A.质点是一个理想化模型,实际上并不存在,所以,引入这个概念没有多大意义B.体积很小的物体更容易看作质点C.凡轻小的物体,皆可看作质点D.当物体的形状和大小对所研究的问题属于无关或次要因素时,即可把物体看作质点【解析】选D。建立理想化模型是物理中重要的研究方法,对于复杂问题的研究有重大的意义,A错误;一个物体能否看作质点不应看其大小,关键是看其大小对于研究的问题的影响能否忽略,体积很小的物体有时可以看成质点,有时不能看成质点,B错误;一个物体能否看作质点不以轻重而论,C错误;物体能否看成质点取决于其大小和形状对所研究的问题是否属于次要因素,若是就可以看成质点,D正确。2.下列关于质点的说法中正确的是(

)A.只要是体积很小的球体就可以视为质点B.研究一汽车从淮阴到南京的运动时间时可以将其视为质点C.因为太阳的体积太大了,所以任何情况下都不可以将其视为质点D.质量很大的物体无论在任何情况下都不能看成质点【解析】选B。物体能否被视为质点,不能只看其大小,而是看其大小、形状对所研究的问题的影响是否可以忽略,故A、C错。研究汽车从淮阴到南京的时间可以忽略汽车的大小、形状,可以将汽车看成质点,B对。质量很大的物体,当其大小、形状不影响所研究的问题时,可以将其看成质点,D错。【变式训练】1.(多选)下列关于质点的说法,正确的是(

)A.质点就是指很小的物体B.在平直的高速公路上飞驰的汽车,可以当作质点来研究它运动的快慢C.远洋航行中的巨轮在海面上的某一位置时,用GPS测定巨轮的位置,就把它看作质点D.我们看到的杂技演员在做空翻动作时,就可以把演员看作质点【解析】选B、C。质点是代表物体并具有物体全部质量的点,质点可大可小,A错。研究汽车的运动快慢时,不用考虑它的大小或形状,可以将其视为质点,B对。远洋航行中的巨轮,其大小远小于海面,研究它的位置时可以将其视为质点,C对。观看杂技表演主要看其肢体动作及效果,故不能将杂技演员视为质点,D错。2.(多选)在2012年伦敦奥运会上,中国代表团以38金,总奖牌88枚的骄人战绩名列第二。下列几种奥运比赛项目中的研究对象可视为质点的是(

)A.在撑杆跳高比赛中研究运动员手中的支撑杆在支撑地面过程中的转动情况时B.帆船比赛中确定帆船在大海中的位置时C.跆拳道比赛中研究运动员的动作时D.铅球比赛中研究铅球被掷出后在空中的飞行时间时【解析】选B、D。支撑杆从插在地面某点到把运动员送过横杆过程中,其长度、形状是至关重要的因素,A错误;帆船的大小相对于大海是次要因素,B正确;跆拳道运动员的肢体动作及形状是不能忽略的,C错误;铅球的形状、大小不影响D选项所研究的问题,D正确。【素养升华】

物体的大小与轻重对能否看成质点有无影响一个物体能否看作质点不是以其大小而论,更不能看其轻重,而是看物体的大小和形状对所研究的问题有无影响。因此,(1)很小很轻的物体有时也不能看成质点,很小的物体的大小也可能对运动产生明显的影响。(2)很大很重的物体有时也能看成质点,很大的物体的大小对运动的影响也可能很小,可以忽略不计。二、对参考系的理解深化理解1.选取参考系的意义：要描述一个物体的运动,首先必须选好参考系,只有选定参考系后,才能确定物体的位置、研究物体的运动。2.参考系的选取：(1)参考系的选取应该使运动的描述尽可能简单。(2)一般地,根据研究对象和研究对象所在的系统来选取,在研究地面上物体的运动时,常选地面或相对于地面静止的物体作为参考系。3.参考系的四性：(1)标准性：被选为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：参考系的选取是任意的,任何物体都可以作为参考系。(3)统一性：比较不同物体的运动应选择同一个参考系。(4)差异性：对于同一个物体,选择不同的参考系,观察结果一般不同。例如,站在向上运动的观光电梯内的客人,以地面为参考系是运动的,以电梯为参考系是静止的。【微思考】(1)参考系一定是相对地面静止的物体吗?提示：不一定,参考系可以是相对于地面静止的物体,也可以是相对于地面运动的物体。(2)在描述物体运动的过程中,参考系可以更换吗?提示：不可以,在描述同一物体的同一运动过程时,参考系必须是同一物体。【题组通关】【示范题】如图所示,由于风,河岸上的旗帜向右飘,在河面上的两条船上的旗帜分别向右和向左飘,两条船的运动状态是(

)A.A船肯定是向左运动的B.A船肯定是静止的C.B船肯定是向右运动的D.B船可能是静止的【解题探究】(1)河岸上的旗帜向右飘,说明风向哪个方向吹?提示：风吹的方向决定静止的旗帜飘动的方向,所以风向右吹。(2)该问题除了考虑船的运动方向,还需要考虑什么因素?提示：由于运动具有相对性,该问题除了考虑船的运动方向外,还需要考虑船的运动速度与风速的大小关系。【规范解答】选C。该题可以按以下思路求解：(1)A船运动情况的确定：由题图知A船与河岸的旗帜均向右飘,则相对于风,A船、河岸都具有向左的运动速度,所以A船可能相对河岸静止,也可能以任意速度向左运动,还有可能以比风速小的速度向右运动。A、B错误。(2)B船运动情况的确定：B船中旗帜向左飘,表明B船只能向右运动,且速度大于风速,C对,D错。【通关1+1】1.(2013·天水高一检测)关于参考系,下列说法正确的是(

)A.参考系必须是静止不动的物体B.参考系必须是静止不动或正在做直线运动的物体C.研究物体的运动,可选择不同的参考系,但选择不同的参考系观察结果是一样的D.研究物体的运动,可选择不同的参考系,但选择不同的参考系对于研究同一物体的运动而言,一般会出现不同的结果【解析】选D。参考系的选取是任意的,A、B错误;选择不同的参考系,对同一物体运动的描述一般是不同的,C错误、D正确。2.(2014·济南高一检测)第一次世界大战期间,一名法国飞行员在2000m高空飞行时,发现脸旁有一个小东西,他以为是一只小昆虫,敏捷地把它一把抓过来,令他吃惊的是,抓到的竟是一颗子弹。飞行员能抓到子弹,是因为(

)A.飞行员的反应快B.子弹相对于飞行员是静止的C.子弹已经飞得没有劲了,快要停止运动了D.飞行员的手有劲【解析】选B。在日常生活中,我们经常去拾起掉在地上的物品,或者去拿放在桌子上的物品,其实,地面上静止的物体(包括人)都在永不停息地随地球自转而运动,在地球赤道处,其速度大约为465m/s。正因为相对地面静止的物体都具有相同的速度,相互间保持相对静止状态,才使人们没有觉察到这一速度的存在。当飞行员的飞行速度与子弹飞行的速度相同时,子弹相对于飞行员是静止的,因此飞行员去抓子弹,就和我们去拿放在桌上的物品的感觉和道理一样,故B正确。【变式训练】1.(多选)如图所示,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(

)A.甲、乙匀速下降,且v乙>v甲,丙停在空中B.甲、乙匀速下降,且v乙>v甲,丙匀速上升C.甲、乙匀速下降,且v乙>v甲,丙匀速下降,且v丙<v甲D.甲、乙匀速下降,且v乙>v甲,丙匀速下降,且v丙>v甲【解析】选A、B、C。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。2.(2014·徐州高一检测)甲物体以乙物体为参考系是静止的,甲物体以丙物体为参考系是运动的,那么,以乙物体为参考系,丙物体(

)A.一定是静止的B.一定是运动的C.可能是静止的,也可能是运动的D.无法判断【解析】选B。甲物体以乙物体为参考系是静止的,说明两个物体都静止或运动情况完全一样,甲物体以丙物体为参考系又是运动的,说明丙物体与甲物体的运动不一样,所以以乙物体为参考系,丙物体一定是运动的,B正确。【素养升华】判断参考系的方法对于观察到的运动现象,判断观察时所选取的参考系,有两种方法：(1)静物法：明确观察到的现象中,什么物体是运动的,什么物体是静止的,静止的物体可能就是参考系。(2)假设法：假设以某物体为参考系,看对物体运动的描述是否与观察到的结果一致。若一致,该物体可能就是参考系。三、三种常见坐标系拓展延伸1.建立坐标系的物理意义：借助适当的坐标系可以定量地描述物体的位置及位置变化。2.三种坐标系的比较：分类项目直线坐标系平面坐标系空间坐标系适用运动物体沿直线运动时物体在某平面内做曲线运动时物体在空间内做曲线运动时分类项目直线坐标系平面坐标系空间坐标系建立方法在直线上规定原点、正方向和标度,就建立了直线坐标系在平面内画相互垂直的x轴与y轴,即可组成平面直角坐标系。物体的位置由一对坐标值确定在空间画三个相互垂直的x轴、y轴和z轴,即可组成三维坐标系。物体的位置由三个坐标值来确定应用实例M点位置坐标：x=2mN点位置坐标：x=3m,y=4mP点位置坐标：x=3m,y=4m,z=2m【微思考】(1)在坐标系中物体位置的变化与坐标原点的位置有关吗?提示：无关,物体位置的变化用末位置与初位置的坐标差表示,与坐标原点的位置无关。(2)坐标系建立的三要素是什么?提示：原点、正方向、单位长度。【题组通关】【示范题】(2013·成都高一检测)一质点在x轴上运动,各个时刻的位置坐标如表：(1)请在图中的x轴上标出质点在各时刻的位置。(2)哪个时刻离开坐标原点最远?有多远?t/s012345x/m05-4-1-71【解题探究】(1)用坐标系描述物体的运动时,位置坐标的含义是什么?提示：位置坐标表示该时刻物体的位置,即到坐标原点的方位和距离。(2)位置坐标差值的含义是什么?如何求解到原点的距离?提示：坐标差值表示物体位置的变化,到原点距离的远近由坐标与0的差的绝对值决定。【规范解答】(1)以运动路径所在的直线为x轴,标出各时刻质点的位置坐标如图所示。(2)由图可知第4s末质点离开坐标原点最远,有7m。答案：(1)见规范解答图(2)4s末7m【通关1+1】1.湖中O点有一观察站,一小船从O点出发向东行驶4km,又向北行驶3km,则O点的观察员对小船位置的报告最为精确的是(

)A.小船的位置变化了7kmB.小船向东北方向运动了7kmC.小船向东北方向运动了5kmD.小船的位置在东偏北37°方向距O点5km处【解析】选D。如果取O点为坐标原点,向东为x轴正方向,向北为y轴正方向,则小船的位置坐标为(4km,3km)或x=4km,y=3km,小船虽然运动了7km,但在O点的观察员看来,它离自己的距离是km=5km,方向要用角度表示,sinθ==0.6,因此θ=37°表示东偏北的角度。2.在60周年国庆盛典上,游行的队伍和彩车依次从天安门前经过,以北京长安街为坐标轴x,向西为正方向,以天安门中心所对的长安街中心为坐标原点O,建立一维坐标系。一辆彩车最初在原点以东3km处,一段时间后行驶到原点以西2km处。这辆彩车最初位置坐标和最终位置坐标分别是(

)A.3km,2km

B.-3km,2kmC.3km,-2kmD.-3km,-2km【解析】选B。初位置距原点负方向3km,故坐标为-3km;末位置距原点正方向2km,故坐标为2km,B正确。【变式训练】1.有一个皮球停在水平面上某处,轻轻踢它一脚,使它向东做直线运动,经5m时与墙相碰后又向西做直线运动,经7m而停下。以皮球与墙壁的接触点为坐标原点,向西为正方向,建立直线坐标系,则上述过程中皮球的末位置坐标和位置变化分别是(

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

C.-5m;2mD.5m;2m【解析】选A。皮球的初位置坐标为5m,末位置坐标为7m,位置变化为Δx=7m-5m=2m,A正确。2.若某同学在操场上从A点开始先向南走了15m到B点,接着又向东走了20m到C点,请你建立合适的坐标系描述该同学的位置及位置的变化。【解析】建立如图所示的坐标系。设A点为坐标原点,则B点坐标为(0,15),C点坐标为(20,15)。根据几何知识lAC=m=25m,设AC与y轴夹角为θ,则tanθ=得θ=53°。答案：见解析【素养升华】位置坐标的“相对性”和位置变化的“绝对性”(1)相对性：物体的位置坐标与坐标系原点的选取、坐标轴正方向的规定有关。同一位置,建立某种坐标系时所选的原点不同,或选定的正方向不同,物体的位置坐标不同。(2)绝对性：物体的位置变化与坐标系原点的选取、坐标轴正方向的规定无关。【资源平台】备选角度：参考系对运动描述的影响【示范题】A、B两辆汽车在一条东西方向的直路上向东行驶,A车的速度为6m/s,B车的速度为10m/s。(1)上述对A、B车运动情况的描述是以什么为参考系?(2)若以A车为参考系,B车的速度多大?方向如何?(3)若以B车为参考系,A车的速度多大?方向如何?【标准解答】(1)题中对A、B车运动情况的描述是相对地面而言的,是以地面为参考系。(2)以A车为参考系,B车的速度大小为4m/s,方向向东。(3)以B车为参考系,A车的速度大小也为4m/s,方向向西。答案：(1)地面(2)4m/s向东(3)4m/s向西物体能否看作质点的判断方法【案例剖析】(2013·廊坊高一检测)下列情况中的运动物体,不能被看成质点的是(

)A.研究绕地球飞行时航天飞机的轨道B.研究飞行中直升机上的螺旋桨的转动情况C.计算从北京开往广州的一列火车的运行时间D.计算在传送带上输送的工件数量【精讲精析】选B。研究绕地球飞行时航天飞机的轨道不用考虑航天飞机的大小、形状,可以将航天飞机看成质点;研究直升机的螺旋桨的转动情况需要考虑螺旋桨叶片的大小及不同部分的转动情况,此时直升机不能被看作质点;火车长度相对北京离广州的距离可以忽略不计,计算从北京开往广州的运行时间时可以将其视为质点;计算在传送带上输送的工件数量时不用考