第一章 运动的描述 质点、参考系和坐标 导学案-高中物理人教版必修第一册

1．质点参考系和坐标系（一）重点知识回眸要点一、对理想化物理模型和质点的理解1．理想化模型(1)“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的抽象，实际并不存在．(2)“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)“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．2．质点引入质点的意义质点是一个理想化的物理模型，尽管不是实际存在的物体，但它是实际物体的一种近似，是为了研究问题的方便而进行的科学抽象，它突出了事物的主要特征，抓住了主要因素，忽略了次要因素，使所研究的复杂问题得到了简化．要点二、对参考系的理解1．定义要描述某一个物体的位置及其随时间的变化，首先要选定某个其他物体作为参考，假定这个“其他物体”不动，观察研究对象相对于这个“其他物体”的位置是否随时间变化，这个被用来作参考的物体，叫做参考系．2．引入参考系的意义(1)有了参考系，才能确定物体的位置．(2)选定了参考系后，才能知道和研究物体的运动．试设想，在茫茫的大海里，水天一色，如果没有太阳或星辰作参考，水手根本无法确定自己船舰的位置和航向．3．参考系的选取原则(1)选取参考系一般应根据研究对象和研究对象所在的系统来决定．例如研究火车上物体的运动情况，一般选取火车作为参考系；研究地面上物体的运动时，常选取地面或相对地面静止的物体作为参考系．选择地面为参考系时，参考系常可以略去不提，如“汽车运动了”，就不必说成“汽车相对地面运动了”．(2)参考系的选取可以是任意的．在实际问题中，参考系的选取以研究问题方便、对运动的描述尽可能简单为基本原则．4．参考系对运动的影响对于同一个物体的运动，如果选取不同的物体作参考系，所得到的结果可能不同．例如有一辆载有乘客的客车，在京福高速公路上由北向南行驶，若以客车为参考系，乘客是静止的；若以路边 的树木为参考系，乘客向南运动；若以也向南行驶但比客车运动的快的另外一辆轿车为参考系时，客车及乘客又是向北运动的．要点三、建立坐标系的意义和特点1．建立坐标系的意义物体做机械运动时，其位置会随时间发生变化，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．2．坐标系的种类及特点(1)直线坐标系：以某一点为原点，规定单位(有时是长度，有时是时间，也可能是其他物理量)、正方向或变化方向的意义．(2)平面坐标系：物体在某一平面内运动时需建立平面坐标系．如图1－1－1所示：在图甲中，a、b、c三点有相同的横坐标，在图乙中，A、B、C三点有相同的纵坐标，由此可以发现：如果仅仅确定某点的横坐标或纵坐标，该点的位置并不能惟一确定，如果同时确定某点的横坐标和纵坐标，则该点的位置惟一确定．图1－1－1(3)多维坐标系(如三维立体空间坐标系)：物体的运动不在同一平面内时，可以建立多维坐标系．3．建立坐标系的原则要能方便简洁地确定物体的位置（二）精品同步练习第Ⅰ部分选择题一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。1.2018年6月16日凌晨2点俄罗斯世界杯小组赛B组迎来一场焦点之战，第87分钟，C罗前场制造任意球，完美演绎了一个精彩绝伦的电梯球。电梯球跟香蕉球（弧线球）截然不同，球本身没有旋转，初始速度很快，迅速上升且突然下坠，有人形象地比喻为“先将电梯迅速升到6楼，再急速降到1层”，因此得名“电梯球”。以下说法正确的是（） A．分析C罗在球场上跑动轨迹时，可以把他看成质点B．球迷们在观看远角进球时，可以把足球看成质点C．研究电梯球运动是否转动时，可以把足球看成质点D．足球在躲过对方守门员防守时，可以把防守球员看成质点【答案】AB2．南朝梁代僧人傅大士，是中国维摩禅祖师，他有一首很著名的偈诗：“空手把锄头，步行骑水牛；人在桥上走，桥流水不流。”其中“桥流水不流”中的“桥流”所选取的参考系是(  )A．水B．桥C．人D．河岸【答案】A【解析】以地面为参考系，水在流动，桥是静止的，而“桥流水不流”说明桥在运动，流水是静止的，所以是选择流水作为参考系，从而感觉桥在动，只有选项A正确。3．近日，大庆市高中教育资源整合，三所高中撤并，石油高中将搬迁至新址。如果新址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，－9.4m【答案】C 【解析】题中建立的是直线坐标系，A点在地面上方10.9m处，故坐标为10.4m；B点在地面上方9.4m处，故坐标为8.9m，只有选项C正确。4．“水乡过夏至，龙船吃荷饭”。6月20日，广东东莞水乡麻涌的群众欢聚在华阳湖国家湿地公园500亩的荷塘里，有的在划动龙舟，有的在吃龙船饭。有甲、乙两条龙舟在平直的水道上并排行驶，甲舟内的乘客看见远处的树木向东移动，乙舟内的乘客认为甲舟静止。如果以地面为参考系，上述事实表示(  )A．甲舟向西运动，乙舟不动B．乙舟向西运动，甲舟不动 C．甲舟向西运动，乙舟向东运动D．甲、乙两舟以相同的速度都向西运动【答案】D 5．下列关于质点的说法中，正确的是(  )A．质点是一个理想化的模型，实际并不存在B．因为质点没有大小，所以与几何中的点没有区别C．凡是轻小的物体，都可看作质点D．如果物体的形状和大小在所研究的问题中属于次要因素，就可以把物体看作质点【答案】AD【解析】质点是一个理想化的物理模型，实际上不存在．物体能否看成质点要满足D项的条件，A、D正确；质点是有质量的，它是人们为了研究问题的方便而抽象出来的点，与物体大小没有直接关系，B、C项错．6．南北走向的一长直公路经过某广场的中心，如果以广场中心为原点，规定向北为正方向，作出的坐标轴(x轴)如图所示。坐标轴上有两点A和B，A的位置坐标为xA＝4m，B的位置坐标为xB＝－2m。下列说法正确的是(  )A．A点位于广场中心南边4m处B．A点位于广场中心北边4m处C．B点位于广场中心南边2m处D．B点位于广场中心北边2m处【答案】BC【解析】因为以向北为正方向，A点坐标为正值，表示A点位于广场中心北边4m处，选项A错误，B正确；B点坐标为负值，表示B点位于广场中心南边2m处，选项C正确，D错误。7．据新华社消息，6月12日23时30分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功发射了第二十三颗北斗导航卫星，它是地球静止轨道卫星，可以定点在赤道上空的某一点。则关于该颗卫星下列说法正确的是(  )A．以地面为参考系，北斗导航卫星静止 B．以太阳为参考系，北斗导航卫星静止C．北斗导航卫星在高空一定是运动的D．北斗导航卫星相对地面上静止的物体是运动的【答案】A8．北京青年报以《男子花45小时徒步奔跑“刷六环”》报道了四川青年刘中杰的事迹。为了信仰，刘中杰从八通线土桥地铁站旁边出发，沿北京六环，经过45小时10分钟的奔跑，于6月19日晚7点27分到达终点，累计跑步距离222.48公里。下列关于“刷六环”的一些说法正确的是（）A．研究刘中杰长跑时的速度，以他手持的手机为参考系B．分析刘中杰通过紫坞西桥的时间时，可以将其看成质点C．以长安街为轴建立一维坐标系，可以确定刘中杰长跑时各个时刻的位置D．可以用GPS对奔跑中的刘中杰定位，与坐标系无关【答案】B 【解析】研究刘中杰长跑时的速度，应以他身旁相对地球静止的物体为参考系，如护栏、树木等，以他手持的手机为参考系，不能确定其跑步速度，选项A错误；分析刘中杰通过紫坞西桥的时间时，其身体形状的影响可以忽略，可以将其看成质点，选项B正确；刘中杰沿北京六环奔跑，必须建立平面坐标系，建立一维坐标系不能确定他长跑时各个时刻的位置，选项C错误；用GPS对奔跑中的刘中杰定位，其经纬度是在地球表面建立的一种坐标系，不能说与坐标系无关，选项D错误。第Ⅱ部分非选择题二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。9．（1）“太阳从东方升起”，是以地面为参考系；“月亮在白云间穿梭”，是以为参考系。（2）一块较大的玻璃板水平固定，一位同学拿来两个相同的不锈钢小球。他使甲小球在玻璃板上某一点快速旋转，使乙小球在玻璃板上匀速运动。分析甲小球在玻璃板上的位置时（填“能”或“不能”）将其看成质点；分析乙小球在玻璃板上的运动轨迹时（填“能”或“不能” ）将其看成质点；分析乙小球在玻璃板上运动快慢时（填“能”或“不能”）选玻璃板为参考系。【答案】（1）地面白云（2）能能能云10．在某次射击实验中，子弹穿透了厚度为7cm的木板而射出。已知子弹头的平均速度是900m/s，子弹头的长度约2cm。如果要估算子弹头穿过木板的时间，子弹头可看成质点吗？请说出你的理由并估算这个时间。【答案】不能1×10-4s【解析】如果要估算子弹头穿过木板的时间，子弹头不能看成质点。因为子弹头的长度与木板的厚度相比，相差不是很大，不能忽略，子弹头的长度对射穿木板所需的时间有影响。子弹头穿过木板时运动距离为子弹头和木板厚度之和，把子弹头的运动近似看成匀速运动。由题意可知，子弹头穿过木板时运动距离为：x=7cm+2cm=9cm=0.09m则子弹头穿过木板的时间为：t==s=1×10-4s11．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？ 【答案】A(0，0)B(0，－50m)C(100m，－50m)D(100m，100m)【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)。12．一个物体从O点出发，沿东偏北30°的方向运动10m至A点，然后又向正南方向运动5m至B点。(1)建立适当坐标系，大体描述出该物体的运动轨迹；(2)依据建立的坐标系，分别求出A、B两点的坐标。【答案】(1)见解析图示 (2)(5m，5m) (5m，0)