人教版高中物理必修第一册第一章 运动的描述 质点、参考系和坐标 导学案

1 质点 参考系和坐标系[学习目标] 1.[物理观念]理解质点的概念，知道质点是一种理想化模型，并可以判断物体是否可以看作质点．(重点)2．[科学思维]理解参考系的概念，知道运动具有相对性．(难点) 3.[科学方法]知道坐标系和坐标系的种类．一、机械运动1．定义：物体的空间位置随时间的变化．2．运动与静止的关系(1)自然界中的一切物体都处于永恒的运动中，即运动是绝对的．(2)描述某一个物体的运动时，总是相对于其他物体而言的，这便是运动的相对性．二、物体和质点1．质点的定义：忽略物体的形状和体积，把物体简化为一个有质量的物质点，这样的点称为质点．2．将物体看成质点的条件：在研究物体的运动时，当物体的形状和大小对所研究问题的影响可忽略不计时，物体可视为质点．3．质点是一种理想化模型，实际并不存在．三、参考系1．定义：在描述物体的运动时，被选定做参考、假定为不动的其他物体．2．选取原则：参考系可以任意选取，一般以地面为参考系．但在具体问题中，要考虑研究问题的方便性．3．运动和静止的相对性：选择不同的参考系观察同一个物体的运动，观察结果会有所不同．四、坐标系1．建立目的定量描述物体的位置及位置的变化．2．直线运动的描述建立直线坐标系，在直线上规定原点、正方向和单位长度．-9- 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)很小的物体一定能看成质点．(×)(2)做直线运动的物体一定能看成质点．(×)(3)自然界中没有绝对静止的物体．(√)(4)只能选择静止的物体作为参考系．(×)(5)描述直线运动，一般建立直线坐标系．(√)2．(多选)如图所示为正在航拍的四旋翼无人飞机．下列过程中不能将无人飞机看作质点的是(  )A．调节飞机旋翼的转速B．调整飞机在空中的姿态C．观察飞机在空中的位置D．调整飞机上摄像机镜头的方向ABD [调节飞机旋翼的转速时，飞机旋翼的大小和形状不能忽略不计，不能看作质点；调整飞机在空中的姿态，飞机部分运动不同，不可以将飞机看作质点；观察飞机在空中的位置，飞机的大小可以忽略；调整飞机上摄像机镜头的方向时，飞机的大小不能忽略．故选A、B、D.]3．下列物体的运动所选择的参考系正确的是(  )A．“一江春水向东流”是以“江水”为参考系B．“地球公转”是以“太阳”为参考系C．“钟表的指针在转动”是以“指针”为参考系D．“太阳东升西落”是以“太阳”为参考系B [“一江春水向东流”是以河岸为参考系，“地球公转”是以太阳为参考系，“钟表的指针在转动”是以表盘为参考系，“太阳东升西落”是以地面为参考系，故B正确．]物体和质点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，其特点是只有质量，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”．-9- 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．实际物体视为质点的常见情况【例1】 如图所示，下列几种情况下的物体，哪些可将物体当作质点来处理(  )甲   乙   丙    丁A．甲：研究正在吊起货物的起重机的运动时B．乙：研究正在旋转的硬币的运动时C．丙：研究太空中宇宙飞船的位置时D．丁：研究门的运动时C [A、B、D选项中的研究对象的大小、形状忽略后，起重机、硬币、门的运动将无法研究，故A、B、D选项中的研究对象不能被当作质点．C选项中宇宙飞船的大小、形状忽略后，对于确定宇宙飞船的位置无影响，故C项中的宇宙飞船可以被当作质点．]假设法判断物体能否当作质点(1)确定问题的性质，即研究目的、观察的重点是什么．(2)假设物体的形状、大小被忽略，成了一个有质量的“点”．(3)思考所要研究的问题，所进行的观察是否受影响．若受影响，物体不能被当作质点；若不受影响，物体就能被当作质点．[跟进训练]1．如图是利用无人飞机进行航拍的情景，下列情况中能把无人机看成质点的是(  )-9- A．观察飞机飞行姿势B．观察飞机翻滚动作C．改变飞机摄像头拍摄角度D．改变飞机离被拍摄物的高度D [无人飞机航拍时，研究飞行姿势和翻滚的动作时不能忽略飞机的形状，不能看作质点，改变拍摄角度时不能忽略飞机的大小和形状．飞机的形状对改变拍摄高度没有影响，所以D正确．]参考系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．2．参考系的选取原则(1)参考系的选取是任意的，在实际问题中，参考系的选择原则应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为基本原则．(2)研究地面上物体的运动时，一般情况下选择地面或地面上静止不动的物体为参考系，此时参考系可以省略不写．(3)要比较不同物体的运动情况时，必须选择同一个参考系．3．参考系的四性-9- 【例2】 为纪念世界反法西斯战争暨抗日战争胜利70周年，我国举行盛大的阅兵仪式，如图所示，空中编队排出“70”队形，飞过天安门观礼台上空，下列关于飞机的运动情况的说法不正确的是(  )A．地面上的人看到飞机飞过，是以地面为参考系B．飞行员看到观礼台向后掠过，是以飞机为参考系C．以编队中某一飞机为参考系，其他飞机是运动的D．以编队中某一飞机为参考系，其他飞机是静止的思路点拨：①选择不同的参考系时，对物体运动的描述一般是不同的．②物体的运动具有相对性．C [飞机相对地面及地面上的建筑物向前飞行，而地面上的建筑物相对飞机向后运动．可见，地面上的人看到飞机飞过是以地面为参考系，飞行员看到观礼台向后掠过是以飞机为参考系，A、B正确；由于飞机编队队形保持不变，所以以编队中某一飞机为参考系，其他飞机均是静止的，C错误，D正确．]判定参考系的两种方法(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．[跟进训练]2．(多选)在平直公路上，甲以10m/s的速度运动，乙以5m/s的速度运动，甲、乙从同一点出发，则(  )A．同向运动时，甲观察到乙以5m/s的速度远离B．同向运动时，乙观察到甲以5m/s的速度靠近C．反向运动时，甲观察到乙以15m/s的速度远离D．反向运动时，乙观察到甲以15m/s的速度靠近AC [同向运动时，甲观察到乙时是以甲为参考系，此时乙以5m/s的速度远离，故A正确；同向运动时，乙观察到甲时是以乙为参考系，此时甲以5m/s的速度远离，故B不正确；反向运动时，甲观察到乙时是以甲为参考系，此时乙以15m/s的速度远离，故C正确；反向运动时，乙观察到甲时是以乙为参考系，此时甲以15m/s的速度远离，故D不正确．]-9- 坐标系1．建立坐标系的物理意义(1)利用坐标可以定量描述物体的位置．(2)利用坐标差可以定量描述物体的位置变化．2．三种坐标系的比较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【例3】 一个小球从距地面4m高处落下，被地面弹回，在距地面1m高处被接住．坐标原点定在抛出点正下方2m处，向下方向为坐标轴的正方向．小球的抛出点、落地点、接住点的位置坐标分别是(  )A．2m，－2m，－1mB．－2m,2m,1mC．4m,0,1mD．－4m,0，－1m思路点拨：①4m和1m都是小球到地面的距离．②抛出点在坐标原点上方2m处．③注意所选坐标轴的正方向及坐标的正负．-9- B [根据题意建立如图所示的坐标系，A点为抛出点，坐标为－2m，B点为坐标原点，D点为地面，坐标为2m，C点为接住点，坐标为1m，所以选项B正确．](1)上例中，若选择抛出点为坐标原点，向下的方向为坐标轴的正方向，则抛出点、落地点、接住点的位置坐标分别是多少？(2)抛出点与接住点之间的距离是多少？此距离与坐标原点的位置有无关系？提示：(1)改变坐标原点后三点的位置坐标分别是0，4m，3m.(2)抛出点与接住点之间的距离为x＝3m－0＝3m．此距离与坐标原点的位置无关．坐标系的建立及坐标值的正负判断(1)建立何种坐标系由物体的运动特点确定，建立坐标系的原则是能够方便、准确地描述物体的位置及位置变化．(2)物体在坐标系中的坐标值是正值还是负值，与正方向的规定和原点的位置有关．[跟进训练]3．如图所示，某人从学校的门口A处开始散步，先向南走了50m到达B处，再向东走了100m到达C处，最后又向北走了150m到达D处，则A、B、C、D各点位置如何表示？[解析] 选取A点为坐标原点建立平面直角坐标系，以正东方向为x轴正向，以正北方向为y轴正向，则各点坐标分别为：A(0,0)、B(0，－50m)、C(100m，－50m)、D(100m,100m)．[答案] A(0,0)，B(0，－50m)，C(100m，－50m)，D(100m，100m)-9- 1．[物理观念]质点、参考系的概念．2．[科学思维]质点模型的建立，运动和静止的相对性．3．[科学方法]抽象法建立质点模型，坐标法表示物体位置．1．物理学中引入“质点”概念，从科学方法说，是属于(  )A．观察、实验的方法 B．逻辑推理的方法C．类比的方法D．建立理想模型的方法D [“质点”是为了研究问题简单而引入的理想化的物理模型，所以从科学方法上来说属于理想物理模型，选项D正确，A、B、C错误．]2．甲、乙两辆汽车以相同的恒定速度直线前进，甲车在前，乙车在后．甲车上的人A和乙车上的人B各用石子瞄准对方，以相对自身为v0的初速度同时水平射击对方，若不考虑石子的竖直下落，则(  )A．A先被击中B．B先被击中C．同时被击中D．可以击中B而不能击中AC [两车速度相同、同向行驶，两车相对静止，若以车为参考系，两人相对静止．两人以相对自身为v0的初速度水平射击对方，两人同时被击中．故选C.]3．如果操场上国旗平台离地面的高度是0.5m，将坐标系的原点定在平台上，取旗杆所在直线向上方向为坐标轴的正方向，旗杆上固定国旗的A、B两点离地面的距离分别为10.9m和9.4m，那么A、B两点的坐标分别是(  )A．10.9m,9.4mB．11.4m,9.9mC．10.4m,8.9mD．10.9m，－9.4mC [A、B两点离平台的距离分别为10.9m－0.5m＝10.4m和9.4m－0.5m＝8.9m，以平台为坐标轴原点，向上方向为正方向，则A、B两点坐标值为10.4m和8.9m，选项C正确．]4．一质点在x轴上运动，各个时刻的位置坐标如表：t/s012345x/m05－4－1－71(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？[解析] (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．-9- (2)由图可知第4s末质点离开坐标原点最远，有7m.[答案] (1)见解析图 (2)4s末 7m-9-