质点 参考系 学案- 高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第一章运动的描述第一节质点参考系课程标准1.发现准确描述物体运动的困难．2.建构质点模型，领会理想化方法．3.通过实例理解能看成质点的条件．4.知道描述运动的相对性，建立参考系的概念．5.学会合理选择参考系.学习过程问题情境:沿弧线飞向球门的足球(图1)，拍打翅膀在空中翱翔的雄鹰(图2)，飞车特技表演(图3)，飞驰的汽车(图4)．问题1.图1至图4是运动物体的照片，你有什么办法让大家相信物体是运动的？2.图1、3让我们相信足球和运动员在运动，这种运动叫机械运动，请给机械运动下个定义?图1中的足球向前运动时，还伴随着旋转，你认为足球上各个点的运动轨迹、速度完全相同吗?4.图2、3、4中物体上每一点的运动相同吗？5.我们能否穷尽上述物体每一部分的运动情况?穷尽物体每一部分的运动情况对我们分析解决问题是否都是必要的?【答案】1.连拍照片的方式2.拍视频的方式3.物体的空间位置随时间的变化4.不相同5.我们研究整体的运动情况时，可以穷尽每一点的运动情况。我们研究每一部分的运动时，不能穷尽各部分的运动。问题情境：2018年国际田联钻石联赛，在男子100米的比赛中，中国飞人苏炳添以9秒90的成绩获得第四名，这个成绩打破了卡塔尔归化选手奥古诺德创造的9秒91的亚洲纪录，下图为某次比赛的视频截图。问题1.如果你是一个普通观众，观看苏炳添100米比赛时，你关心什么问题?这时他身体的形状、大小对所研究的问题影响大吗?2.如果你是苏炳添的教练，观看苏炳添100米比赛时，你是否会关心苏炳添身体各部分的位置和运动情况?3.作为一名物理学习者，如果要计算苏炳添跑完全程的速度，苏炳添的形状、大小重要吗?为什么?4.如果物体的形状、大小对所研究的问题没有影响，或者影响很小，是否可以忽略形状大小将它看成一个有质量的点?5.一个物体能否看成质点是由物体本身决定的，还是由研究问题的性质决定的?同一物体能否看成质点的依据是什么？6.质点是实际存在的吗?将物体看做质点运用了什么方法?这种方法的功能是什么?【答案】比赛用的时间不大关心，各部分的动作影响成绩的发挥不重要，只关心时间即可以算出全程的速度可以由研究的问题决定；每一点的运动能否代替整体的运动不是实际存在的；理想化模型的方法，可以抓住主要因素，忽略次要因素问题情境:太阳系中地球的运动，一列向前运动的火车，石墨和金刚石中的碳原子问题1.如图，研究地球自转时，能否将地球看成质点?为什么?研究地球公转时，能否将地球看成质点?为什么?3.如图，研究火车的运动时，关注哪些问题时可以将火车看成质点，关注哪些问题时不可以看成质点?4.如图，在研究碳原子结合成石墨分子或金刚石分子时，能否将碳原子看成质点?5.能否总结将物体看成质点的条件?【答案】不能，看成质点就没法研究了可以；关注整体的运动，地球大小相比地球到太阳的距离小得多研究从北京到上海的时间可以看作质点；研究火车车轮的转动时，不可以看成质点关注化学键位置的不同。考虑原子的大小不由大小决定，与研究的问题有关，任意一点的运动可以代替整体的运动时可以看作质点【归纳总结】一质点的理解与理想化模型1.将物体看成质点的条件物体的大小、形状对所研究的问题的影响可以忽略不计时，可视物体为质点。2.物体可视为质点的情况有以下几种(１)物体的大小与形状与物体运动的空间相比微不足道，对研究问题的精度影响很小，这时可将物体视为质点。(2)各点运动的差异不小，但是所研究的问题并不关注物体的细节变化，而是考虑物体整体的变化，可把物体视为质点。(3)不能忽略物体的大小和形状，但物体上各点运动情况完全相同，物体上任意一点的运动可以代表整个物体的运动，整个物体也可以当成质点来处理。3.物体能否看成质点的常见示例研究对象可以看做质点的情景不能看做质点的情景火车研究从北京到上海的运行时间研究火车车轮的运动汽车、自行车①研究车的速度；②确定车的位置研究车轮的转动地球研究地球的公转研究地球的自转球足球比赛中，研究队员踢出球的速度研究乒乓球的旋转运动员①研究马拉松赛跑运动员的成绩；②奥运会110

m栏决赛中，测算运动员飞奔时的速度①花样滑冰的运动员；②跳水比赛中的运动员；③体操比赛中的运动员（关键看技术动作的均不能看做质点）宇宙飞船研究绕地球一周的时间①与其他航天器进行对接时②调整飞行姿态时轮船确定轮船在大海中的位置确定直升飞机在轮船上的降落位置直升机、无人机从甲地到乙地的时间①螺旋桨的转动情况②无人机的飞行姿势及翻滚动作4.理想化模型的三个要点(1)实际并不存在“理想化模型”是为了使研究的问题得以简化或研究问题方便而进行的一种科学抽象。(2)突出主要因素的结果“理想化模型”是以研究目的为出发点，突出问题的主要因素，忽略次要因素而建立的“物理模型”。(3)客观存在事物的部分特点反映“理想化模型”是在一定程度和范围内对客观存在的复杂事物的一种近似反映，是物理学中经常采用的一种研究方法。【例】下列说法中正确的是（）A.战斗机飞行员可以把正在甲板上用手势指挥的引导员看成一个质点B.在战斗机飞行训练中，研究战斗机的空中有动作翻滚动作时，可以把战斗机看成质点C.研究“辽宁舰”在大海中运动轨迹时，可以把“辽宁舰”看成质点D.由于“辽宁舰”体形巨大，故任何情包括远洋航行况下都不能将其看成质点【点拨】物体能看成质点的条件是：物体的大小、形状对所研究的问题不会产生影响，物体的大小、形状能忽略，与其他因素无关。A错，飞行员要按照引导员的指挥手势操作驾驶B错，将战斗机视为质点后，就不可能研究战斗机的空中翻滚动作了C对D错，“辽宁舰”虽大，但分析其在辽阔的大海中的航行轨迹时，“辽宁舰”的大小可以忽略不计问题情境：空中加油机给战机加油，竹排在江中游荡的画面问题1.请列举生活中的例子，谈谈有没有绝对静止的物体?2.如图是空中加油机通过油管给战机加油的情景，在空中加油机看来，战机的运动情况是怎样的?3.从地面上的人看来，空中加油机和战机的运动情况是怎样的?4.要描述战机的运动情况，首先必须选择一个作为参考的物体，这个物体叫做什么?5.歌词中“小小竹排江中游”和“巍巍青山两岸走”分别是以什么物体为参考系的?【答案】没有，坐地日行八万里静止的，加油时需要保持相对静止高速飞行参照物（参考系）青山；竹排问题情景:飞机投弹照片，模拟飞机投弹问题1.飞机投弹时，你认为飞机是静止还是运动的?你做此判断时是以什么物体为参考系的?2.如果以飞机为参考系，炸弹的飞行轨迹是怎样的?3.通过实验，我们观察到炸弹的运动轨迹是一条曲线，如图所示，这和问题2的分析结果产生了矛盾，你认为原因是什么呢?4.如果要描述炸弹在空中的相对位置时，选择哪个物体为参考系会比较简单?【答案】1.运动的；以地面为参考系2.竖直向下的运动3.选择的参考系不同4.选择飞机为参考系【归纳总结】二参考系的理解相对性用来做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单为原则。研究地面上物体的运动时，常选地面为参考系统一性在同一个问题中，若要研究多个物体的运动或同一个物体在不同阶段的运动，必须选择同一参考系差异性同一运动选择不同的参考系，观察结果一般不同【注意】（1）物体一旦被选为参考系，就认为它是静止的。（2）由于运动的相对性，凡是提到物体的运动，都应该明确它是相对于哪个参考系而言的。（3）不做特别说明的情况下，一般选取地面为参考系。【拓展】参照物与参考系是一回事吗，有什么区别与联系？（1）判断一个物体究竟是运动还是静止，都要选择另外的物体作为参照。选择参照的物体不同，结论可能不同。被选为参照的物体叫做参照物。有了参照物，可以判定物理动还是不动，但不能定量描述动的快慢、运动的方向等等。（2）为了确切地或定量地说明一个物体的运动，仅选择一个参考物还不行，还必须在参考物上建立一套坐标系，例如笛卡尔直角坐标系等。有了坐标系，就可以定量地确定物体在空间的位置。但描述物体的运动还需指明另一要素，即它在什么时刻经过什么位置，也就是说要说明位置随时间变化的情况。因此，从原则上说，坐标系的各处都应该配置一个钟，而且同一坐标系各处的钟都必须是“同步”的，即走得快慢一样。（3）一个依托参照物建立的“标示空间位置的坐标系”和配置在此坐标系内各点的“一套指示时间的同步的钟”就组成一个参考系。（4）参考系是确定的一个空间，它与参照物相联系，但在绝对时空观中，有时可能只有参考系，而不一定有真实的参考物件。故在今后的研究中，往往用坐标系代替参考系来确定物体的位置、一段时间内的位移等，从而实现对物体运动的定量研究。【说明】通常情况下，一般不区分“参考物”和“参考系”，而强调“坐标系是参考系的数学抽象”。在讨论一般性问题时，往往只给出坐标系而不必具体地指明它所参照的物体或参考系。【例】在某次运动会火炬传递中，观察到同一地点的旗帜和甲、乙两火炬手所传递的圣火火焰是移动的如图所示。关于甲、乙两火炬手相对于静止旗杆的运动情况，下列说法中正确的是（）A.甲、乙两火炬手一定都在向右运动B.甲、乙两火炬手一定都在向左运动C.甲火炬手一定向右运动，乙火炬手一定向左运动D.甲火炬手可能停止了运动，乙火炬手一定向左运动【思路点拨】根据题目中所述情景正确判定风的方向。【解析】根据旗帜的飘动情况可知风向左吹。甲火炬手所传递的圣火火焰向左飘动，由于旗杆是静止的，所以甲火炬手可能相对于旗杆静止，也可能向右运动，还可能向左运动，但此时的运动速度比风速小；乙火炬手所传递的圣火火焰向右飘动，表明乙火炬手一定向左运动，且运动速度比风速大。选项D正确。【解题通法】（1）只有选定参考系后，才能确定物体是否运动，运动得快还是慢。（2）选择的参考系不同，对同一物体运动的描述所作出的结论也可能不同。（3）巧妙选取参考系，能使我们更方便地处理相对运动问题。（4）虽然参考系的选取是任意的，但是一定要以能方便、简洁地描述物体的运动为准则。练一练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.只有体积很小、质量也很小的物体才能看成质点C.调整人造卫星的姿态，使卫星的照相窗口对准地面时人造卫星可以看成质点D.如果物体的形状和大小对所研究的问题没有影响或影响可以忽略不计时，物体可以视为质点2.［多选］在以下情况中可将物体看做质点的是（）A.研究一列火车从北京到上海所需的时间B.对某学生的骑车姿势进行分析C.研究“天舟一号”从地球发射升空时的飞行轨迹D.研究“嫦娥五号”降落到月球表面后如何获取月球土壤3.［刻舟求剑的故事家喻户晓，如图所示，“舟已行矣，而剑不行”这句话所选用的参考系是（）A.舟 B.地面C.舟上的人 D.流动的水4.2021年4月29日11时22分，新一代运载火箭长征五号B将中国航天器“天和”号核心舱送入预定轨道，标志着中国空间站时代即将开启。在地球发射场发射阶段通过运载火箭上的摄像头观察到地面正在向下运动，此时选取的参考系是（）A.地面 B.运载火箭C.发射架 D.发射场内的树木【答案】DAC提示：物体的大小和形状对问题的研究有无影响，不是由物体的大小决定的，而是由研究的问题决定的；同一物体在不同的运动情景中，有时可视为质点，有时