高中数学《高中全程学习方略》2025版必修第一册必修第一册第四章　运动和力的关系含答案

高中数学《高中全程学习方略》2025版必修第一册必修第一册第四章运动和力的关系含答案第四章运动和力的关系大单元·初高衔接木箱会动吗?木箱怎么动?你能求出木箱的加速度吗?运动和力初中只介绍了牛顿第一定律,没有定量给出力和运动的关系,在初中侧重于定性解决问题,高中侧重于定性分析问题。对于这部分内容,高中物理更侧重:(1)物理情景或过程的分析:就是要了解物理事件的发生过程,分清在这个过程中哪些物理量不变,哪些物理量发生了变化。特别是针对两个以上的物理过程更应该分析清楚。若不分析清楚过程及物理量的变化,就容易出错。(2)运用图像:对物理规律的表述,不仅可以用公式表述,也可用图像表述。图像法是一种分析问题的新方法,它的最大特点是直观,对我们处理问题有很好的帮助。(3)实验能力和实验技能的培养:高中物理实验分演示实验和学生实验,它对于我们学习知识和巩固知识都起到重要的作用。因此,要求同学们要认真观察演示实验,切实做好学生实验,加强动手能力的锻炼,注意对实验过程中出现的问题进行分析。大单元·结构预览1.质点参考系【课程标准】1.经历质点模型的建构过程,了解质点的含义。2.知道将物体抽象为质点的条件,能将特定实际情景中的物体抽象成质点。3.体会建构物理模型的思维方式,认识物理模型在探索自然规律中的作用。【知识导图】情境引入九百多年前,宋代诗人陈与义乘着小船在风和日丽的春日出游时曾经写了一首诗——“飞花两岸照船红,百里榆堤半日风。卧看满天云不动,不知云与我俱东。”在这首诗中,诗人艺术性地表达了他对运动相对性的理解。诗中描述了什么物体的运动?它是以什么物体为参考系的?你对诗人关于“榆堤”“云”“我”的运动与静止的说法有没有不同的认识?让我们带着上述问题进入本节课的学习吧。必备知识·认知导学一、物体和质点1.质点:忽略物体的大小和形状,把它简化成一个具有质量的点,这样的点叫作质点。2.将物体视为质点的条件:(1)物体的形状和大小对所研究问题的影响可以忽略不计;(2)物体上各点的运动情况完全相同时,可以用其上某一点的运动代替整个物体的运动,如平动物体。3.质点是忽略了物体的大小和形状这种次要因素,突出了物体的质量这种主要因素,它是对实际物体的一种科学抽象,实际中并不存在(选填“存在”或“并不存在”)。二、参考系1.运动与静止(1)自然界的一切物体都处于永恒的运动中,运动是绝对的。(2)描述某个物体的位置随时间的变化,总是相对于其他物体而言的,这便是运动的相对性。2.参考系:要描述一个物体的运动,首先要选定某个其他物体作为参考,这种用来作为参考的物体叫作参考系。对号入座下列四种现象(或运动)中分别是说什么物体相对什么参考系在运动?项目研究对象参考系一江春水向东流春水地面地球的公转地球太阳钟表的时针在转动时针表盘太阳东升西落太阳地球明辨是非(1)很小的物体一定能看成质点。(×)提示:物体能否看成质点和自身的大小无关。(2)同一物体有时可看成质点,有时则不能。 (√)(3)由于运动是绝对的,描述物体的运动时,可以不选定参考系。 (×)提示:运动是绝对的,但运动有相对性,描述物体运动时,必须首先选定参考系。(4)必须选择地面为参考系。(×)提示:参考系的选择是任意的,在没有特别指明参考系时,通常是以地面为参考系。关键能力·探究导思“抛锚式教学”是使学生在真实的问题情境中,通过师生互动,让学生主动学习,亲身体验达到目标的全过程。“锚”就是提出的情境问题,学生在老师的引导下通过探锚、解锚、起锚一步步解决情境问题的过程为“抛锚”。学习任务一对质点的理解探锚——情境创设启发设问人类居住的地球绕太阳公转,同时又在自转。地球到太阳的距离约1.5×108km,而地球的直径只有约1.3×104km。(1)研究地球自转时,能否将地球看成质点?为什么?提示:不能;研究地球自转时,地球的大小、形状不能忽略。(2)研究地球公转时,能否将地球看成质点?为什么?提示: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。(3)一个物体能否看成质点是由物体本身决定的,还是由研究的问题决定的?同一物体能否看成质点的依据是什么?提示:由研究的问题决定;每一点的运动能否代替整体的运动。解锚——要点归纳规律概括1.对物体可以看成质点的条件的两点理解(1)物体的大小和形状对所研究的问题无影响,或者有影响但可以忽略不计时,可将物体看成质点。(2)当物体上各部分的运动情况完全相同时,物体上任何一点的运动情况都能反映该物体的运动,一般可以将该物体看成质点,但不一定总是能看成质点。2.质点的研究方法——“物理模型”(1)物理模型是指在物理研究中,突出问题的主要因素,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化模型,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。起锚——典题突破学以致用【典例1】(2024·浙江1月选考)杭州亚运会顺利举行,如图所示为运动会中的四个比赛场景。在下列研究中可将运动员视为质点的是 ()A.研究甲图运动员的入水动作B.研究乙图运动员的空中转体姿态C.研究丙图运动员在百米比赛中的平均速度D.研究丁图运动员通过某个攀岩支点的动作【解析】选C。研究甲图运动员的入水动作时,运动员的形状和体积对所研究问题的影响不能够忽略,此时运动员不能够看为质点,故A错误;研究乙图运动员的空中转体姿态时,运动员的形状和体积对所研究问题的影响不能够忽略,此时运动员不能够看为质点,故B错误;研究丙图运动员在百米比赛中的平均速度时,运动员的形状和体积对所研究问题的影响能够忽略,此时运动员能够看为质点,故C正确;研究丁图运动员通过某个攀岩支点的动作时,运动员的形状和体积对所研究问题的影响不能够忽略,此时运动员不能够看为质点,故D错误。【补偿训练】如图所示,四轮马达纳米车是用纳米技术制造的一种新型药物输送系统,它可以在血管中穿行而不会受到人体免疫系统的攻击。下列情况中可以把纳米车看作质点的是 ()A.研究纳米车的组成时B.研究纳米车运动的快慢时C.研究纳米车如何治疗疾病时D.研究纳米车马达的工作时【解析】选B。研究纳米车的组成时,要研究纳米车的结构、形状与大小,所以不能将纳米车看作质点,A错误;研究纳米车运动的快慢时,可以忽略纳米车的形状和大小,可将纳米车看作质点,B正确;研究纳米车如何治疗疾病时,要考虑纳米车的动作,不能用一个点代替,C错误;研究纳米车马达的工作时,马达的形状不能忽略,故不能将纳米车看作质点,D错误。学习任务二参考系探锚——情境创设启发设问空中加油机是给飞行中的战机及直升机补加燃料的飞机,其作用可使受油机增大航程,延长续航时间,增加有效载重,以提高航空兵的作战能力。(1)在空中加油机看来,战机的运动情况是怎样的?提示:静止的,加油时需要保持相对静止。(2)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?提示:高速飞行。(3)通过上面的例子说明,对于同一个运动的物体,如果选取不同的参考系,所得结果怎样?提示:结果可能不同也可能相同。解锚——要点归纳规律概括参考系的四个特性标准性用来作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任意性参考系的选取具有任意性,但应以观察方便和运动的描述尽可能简洁、方便为原则差异性同一运动选择不同的参考系,观察结果一般不同统一性比较不同物体的运动时,应该选择同一参考系。起锚——典题突破学以致用【典例2】(2024·郑州高一检测)火炬传递是各种重大体育赛事的重要环节。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.甲火炬手可能静止,乙火炬手一定向左运动【解析】选D。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,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,表明乙火炬手一定相对于旗杆向左运动,且运动速度比风速大,D正确。【补偿训练】古代文人给我们留下了大量优美的诗篇,在这些诗篇中,不乏描述物理现象、揭示物理规律的诗句。下列诗词所描绘的情景中,包含以流水为参考系的是 ()A.长江一帆远,落日五湖春B.天门中断楚江开,碧水东流至此回C.人从桥上过,桥流水不流D.飞流直下三千尺,疑是银河落九天【解析】选C。“长江一帆远,落日五湖春”是以地面作为参考系,A错误;“天门中断楚江开,碧水东流至此回”是以地面作为参考系,B错误;“人从桥上过”是以地面作为参考系,“桥流水不流”是以流水作为参考系,C正确;“飞流直下三千尺,疑是银河落九天”是以大地作为参考系,D错误。随堂检测·自我诊断1.(对质点的理解)关于质点,下列说法正确的是 ()A.只有体积很小的物体才能看作质点B.在太空中进行飞船对接的航天员观察该飞船,可把飞船看作质点C.从地球上的控制中心跟踪观察在太空中飞行的宇宙飞船,可把飞船看作质点D.质点是一个理想化的模型,实际并不存在,所以引入这个概念没有多大意义【解析】选C。当物体的体积和形状对所研究问题的影响可以忽略不计时,物体可以看为质点,物体能否看为质点与体积的大小无关,故A错误;在太空中进行飞船对接的航天员观察该飞船时,飞船的形状和体积对所研究问题的影响不可以忽略不计,此时不能将飞船看为质点,故B错误;从地球上的控制中心跟踪观察在太空中飞行的宇宙飞船时,飞船的形状和体积能够忽略不计,此时飞船能够看为质点,故C正确;质点是一个理想化的模型,实际并不存在,但是引入质点这一概念能够简化所研究的问题,即引入质点这一概念有很大的意义,故D错误。2.(对质点的理解)杭州第19届亚运会上,中国女排以3比0战胜日本队获得冠军。下列关于女排比赛中的研究对象,可以视为质点的是 ()A.研究女排比赛中运动员扣球的动作时B.确定运动员在球场上的位置时C.研究运动员比赛中发出的旋转球时D.确定排球是否落在边界线内时【解析】选B。能够作为质点的条件是物体的大小和形状相对于研究问题而言可以忽略不计,所以关于女排比赛中的研究对象,确定运动员在球场上的位置时可以视为质点。故选B。3.(参考系的选取)(多选)下列有关运动的描述中,参考系的选取符合描述的是 ()A.诗句“明月松间照,清泉石上流”是以“清泉”作为参考系的B.“钱塘观潮时,观众只觉得潮水扑面而来”,是以“潮水”为参考系的C.“两岸猿声啼不住,轻舟已过万重山”是以“万重山”为参考系的D.升国旗时,观察到国旗冉冉升起,观察者是以“旗杆”为参考系的【解析】选C、D。诗句“明月松间照,清泉石上流”,研究对象是“清泉”,参考系不是“清泉”本身,故A错误;“钱塘观潮时,观众只觉得潮水扑面而来”,研究对象是“潮水”,参考系不是“潮水”本身,而是以观众自己为参考系,故B错误;“两岸猿声啼不住,轻舟已过万重山”,研究对象是“轻舟”,参考系是“万重山”,故C正确;升国旗时,观察到国旗冉冉升起,研究对象是“国旗”,由于旗杆和上升的国旗二者相对位置发生改变,则观察者可以以“旗杆”为参考系,故D正确。【补偿训练】(参考系的选取)小梅乘汽车去姥姥家度假,汽车行驶在平直公路上,小梅透过车窗看去感觉电线杆