人教版高中物理必修第一册第一章 运动的描述 第一节 质点、参考系和坐标 导学案

第1节 质点 参考系 空间 时间学习目标核心提炼1.理解质点的概念，知道物体可看成质点的条件。1个条件——质点的简化条件1种方法——建立物理模型的方法4个概念——质点、参考系、时间、时刻2.理解参考系的概念，知道物体的运动具有相对性。3.知道空间的概念，能区分时刻和时间，会在坐标轴上表示时间和时刻。4.体会科学研究中物理模型研究方法。一、机械运动阅读教材第2页“机械运动”部分，了解机械运动的概念。物理运动有多种形式，其中最简单的一种是一个物体相对于另一个物体位置的改变，叫做机械运动。二、质点阅读教材第2～3页“质点”部分，了解质点的概念，初步知道物体在什么情况下可以看做质点。1.在研究一个物体的运动时，如果被研究物体的形状和大小在所讨论的问题中可以忽略，就可把整个物体简化为一个有质量的点，这个用来代替物体的有质量的点称为质点。质点是一个理想化的物理模型。2.一个物体能否看做质点，完全取决于所研究问题的性质，而不是看物体实际体积的大小。思维拓展如图1所示为撑竿跳高运动的几个阶段：助跑、撑竿起跳、越横竿。讨论并回答下列问题，体会质点模型的建立过程。图1 (1)教练针对训练录像纠正运动员的错误动作时，能否将运动员看成质点？(2)分析运动员的助跑速度时，能否将运动员看成质点？(3)测量运动员所跳高度(判定运动员是否打破世界纪录)时，能否将运动员看成质点？答案 (1)不能，纠正错误动作时不能忽略运动员的姿势及动作(即运动员的形状及大小)；(2)能，分析运动员的助跑速度时，可以忽略运动员的姿势及动作(即运动员的形状及大小)；(3)能，理由同(2)。三、参考系阅读教材第3～4页“参考系”部分，初步了解参考系的概念。1.物体的运动和静止是相对的，要确定一个物体的位置并描述它的运动情况，就要选定某个其他物体做参考，这个被选作参考的物体叫做参照物，也称为参考系。2.选择的参考系不同，对同一研究对象运动情况的描述就可能不同。在研究地面上物体的运动时，通常取地面或相对于地面静止的物体为参考系。思考判断(1)参考系一定要选静止不动的物体。(×)(2)一个物体的运动情况与参考系的选择无关。(×)(3)“抬头望明月，月在云中行”，诗句中描述的运动选取的参考系是月。(×)四、空间 时间 时刻阅读教材第4页“空间、时间、时刻”部分，能区分时刻与时间间隔。1.任何物体的运动都是在空间和时间中进行的。2.时刻：指某一瞬时。3.时间：指两个时刻之间的间隔。4.时刻和时间可以在表示时间的时间轴上表示出来，时间轴上的点表示时刻；时间轴上的一段距离表示的是时间。如果t1、t2分别对应于时间轴上的两个点，则两个时刻之间的时间Δt＝t2－t1。思维拓展如图2甲、乙所示：“上午8时上课、8时45分下课”、“每节课45分钟”、“第2s初”、“第5s末”、“第6s内”…… 图2(1)以上说法中，哪些表示时刻？哪些表示时间间隔？(2)“第2s初”、“第5s末”、“第6s内”分别对应时间轴上的哪一点或哪一段？在图乙上标明。答案 (1)时刻有“8时”、“8时45分”、“第2s初”、“第5s末”；时间间隔有“45分钟”、“第6s内”。(2)预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2 质点及物体看做质点的条件[要点归纳] 1.理解质点应注意以下几点(1)一个物体能否被看成质点是由所研究问题的性质决定的，要视具体情况而定。同一个物体，在某种情形下可以看成质点，但在另外一种情形下就不一定能看成质点。(2)物体能否被看成质点，与物体的大小和形状没有必然联系。(3)质点就是没有形状和大小，只具有质量的物质点。 (4)质点不同于几何中的“点”，因为质点具有质量而几何中的点无质量；也不同于微观粒子(如电子、质子等)，因为微观粒子是实际存在的，而质点是“理想化模型”，实际是不存在的。2.可将物体看成质点的几种情况[精典示例][例1](多选)下列说法中正确的是(  )A.研究飞机从成都开往北京所用的时间时，飞机可视为质点B.研究飞机螺旋桨的转动情况时，可将飞机视为质点C.研究火车过长江大桥所用的时间时，可将火车视为质点D.研究汽车过长江大桥所用的时间时，可将汽车视为质点解析 A中飞机的大小对所研究的问题无影响，故可视为质点；B中的飞机螺旋桨只是飞机的一部分，飞机的大小不能忽略不计，因此飞机不能视为质点；C中火车过桥时，火车的长度会影响火车过桥的时间，故火车不能视为质点；D中汽车过桥时，汽车的长度远远小于桥的长度，汽车的长度对汽车过桥的时间的影响非常小，故汽车可视为质点。A、D正确。答案 AD判断一个物体能否看成质点的思路(1)判断研究问题的性质，即题中关注的要素是什么，分析、求解的物理量是什么。(2)假设物体的形状、大小被忽略，思考要求解的物理量、关注的要素是否受影响。(3)若要求解的物理量不受影响，物体就能被看成质点；若受影响，则物体不能被看成质点。      [针对训练1]2016年第31届夏季奥运会在巴西的里约热内卢举行。下列比赛中可把研究对象看成质点的是(  )A.研究苏炳添在百米跑比赛时的起跑动作B.研究乒乓球男子单打冠军马龙的发球动作C.研究女子3米板冠军施廷懋的跳水动作D.研究女子50米步枪三姿比赛中杜丽射出的子弹轨迹 解析 质点是理想化的物理模型，当物体的大小和形状对研究的问题没有影响或影响很小可忽略不计时，物体可以看做质点。研究苏炳添在百米比赛时的起跑动作、马龙的发球动作、施廷懋的跳水动作，他们的形状不能忽略，故不能看成质点；而研究杜丽射出的子弹轨迹时，子弹的大小、形状可以忽略，所以D正确。答案 D 参考系[要点归纳] 1.选取原则：以观测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，常选地面或相对于地面静止的物体作为参考系。2.对参考系的理解(1)标准性：选做参考系的物体都假定不动，被研究的物体都以参考系为标准。(2)任意性：参考系的选择具有任意性，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。(3)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时，必须选择同一参考系。(4)相对性：同一运动选择不同的参考系，观察结果可能不同。例如，坐在行驶的车中的乘客，若以地面为参考系，则乘客是运动的；若以车为参考系，则乘客是静止的。[精典示例][例2]如图3所示，由于有风，河岸上的旗帜向右飘，在河面上的A、B两船上的旗帜分别向右、向左飘，则两条船的运动状态是(  )图3A.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船可能是静止的思路探究(1)河岸上的旗帜向右飘，说明什么问题？ (2)船上旗帜的飘动方向只和船的运动方向有关吗？解析 从河岸上的旗帜的飘动方向，可以判断风向右吹，由此可以判断B船一定向右运动且比风速快；A船可能静止，也可能向左运动，还有可能向右运动，但是比风速慢。答案 C判断物体是否运动的一般思路(1)根据参考系的选取原则选取参考系。(2)看物体与所选参考系之间的位置是否发生变化。(3)若变，则物体是运动的；若不变，则物体是静止的。      [针对训练2]中国是掌握空中加油技术的少数国家之一。如图4所示是我国自行研制的第三代战斗机“歼－10”在空中加油的情景，以下列的哪个物体为参照物，可以认为加油机是运动的(  )                 图4A.“歼－10”战斗机B.地面上的房屋C.加油机中的飞行员D.“歼－10”战斗机里的飞行员解析 加油机相对于“歼－10”战斗机位置不变，以“歼－10”战斗机为参照物，加油机是静止的，故A错误；加油机相对于地面上的房屋位置不断变化，以地面上的房屋为参照物，加油机是运动的，故B正确；加油机相对于加油机中的飞行员位置不变，以加油机中的飞行员为参照物，加油机是静止的，故C错误；加油机相对于“歼－10”战斗机里的飞行员位置不变，以“歼－10”战斗机里的飞行员为参照物，加油机是静止的，故D错误。答案 B 时刻和时间间隔[要点归纳] 1.时刻和时间间隔的表示方法的不同在表示时间的数轴上，时刻用点表示，时间间隔用线段表示。如图所示，0～3s表示3s的时间间隔，即前3s；4～5s表示第5s内，是 1s的时间间隔。坐标“1”所对应的刻度线记为第1s末，也为第2s初，是时刻。2.时间间隔与时刻的区别和联系时间间隔时刻区别物理意义两时刻间的间隔某一瞬时时间轴上的表示方法时间轴上的一段线段表示一段时间时间轴上的点表示一个时刻表述方法“3s内”、“前3s内”、“后3s内”、“第1s内”、“第1s到第3s”等均指时间间隔“3s末”、“第3s末”、“第4s初”、“8点半”等均指时刻联系两个时刻的间隔即为时间间隔，即Δt＝t2－t1[精典示例][例3](多选)关于时间间隔和时刻，下列说法正确的是(  )A.物体在5s时指的是物体在5s末时，指的是时刻B.物体在5s内指的是物体在4s末到5s末这1s的时间间隔C.物体在第5s内指的是物体在4s末到5s末这1s的时间间隔D.第4s末就是第5s初，指的是时刻解析 画出时间轴从坐标轴上分析，选项A、C、D正确。答案 ACD 区分时刻和时间间隔的方法(1)利用上下文判断：分析所给的说法，根据题意体会。(2)利用时间轴判断：画出时间轴，把所给的时刻或时间间隔标出来，时刻对应一个点，时间间隔对应一条线段。      [针对训练3](多选)“北京时间6月13日凌晨2点15分，第20届国际足联世界杯开幕式在圣保罗的科林蒂安竞技场举行，此次开幕式耗时仅仅25分钟……”下列说法正确的是(  )A.6月13日凌晨2点15分表示时间间隔B.25分钟表示时间间隔C.6月13日凌晨2点15分表示时刻D.25分钟表示时刻解析 A项表示时刻，D项表示时间间隔，故选B、C。答案 BC1.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做质点C.凡轻小的物体，皆可看做质点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，即可把物体看做质点解析 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，选项A错误；一个物体能否看做质点不应看其大小，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；一个物体能否看做质点不以轻重而论，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无关或次要因素，若是就可以看成质点，D正确。答案 D2.在评判下列运动员的比赛成绩时，运动员可视为质点的是(  ) 解析 马拉松比赛时，由于路程长，运动员的体积可以忽略，可以将其视为质点，故A正确；跳水时，评委要关注运动员的动作，所以不能将运动员视为质点，故B错误；击剑时评委需要观察运动员的肢体动作，不能将其视为质点，故C错误；评委主要根据体操运动员的肢体动作进行评分，所以不能将其视为质点，故D错误。答案 A3.我们描述某个物体的运动时，总是相对一定的参考系而言的，下列说法正确的是(  )A.“小小船儿江中游”是以地球看作参考系的，“巍巍青山两岸走”是以小船为参考系的B.我们说“地球围绕太阳转”，是以地球为参考系的C.我们说“同步卫星在高空静止不动”，是以太阳为参考系的D.坐在火车上的乘客看到铁路旁的树木、电线杆迎面向他飞奔而来，乘客是以地面为参考系的解析 “小小船儿江中游”是以地球为参考系；“巍巍青山两岸走”是以船为参考系，A正确；“地球围绕太阳转”是以太阳为参考系的，所以B错误；“同步卫星在高空静止不动”是相对于地球而言的，是以地球为参考系的，所以C错误；火车上的乘客看到铁路旁的树木、电线杆迎面向他飞奔而来，是以火车或他自己为参考系的，所以D错误。答案 A4.为庆祝元旦，某校高一和高二学生组织了一场足球比赛，下列关于比赛的表述中涉及的计时数据，指时间间隔的是(  )A.比赛于2016年1月1日下午2点30分开始B.开场20s时，红队率先进球C.比赛第30min，蓝队换人D.整场比赛共踢了90min解析 在时间轴上，A、B、C中的计时数据都是对应一个点，所以指的是时刻，90min对应一条线段，指的是时间间隔，所以D正确。答案 D5.2015年9月3日 ，纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年阅兵式在天安门广场举行。如图5所示，九架战机保持“固定队列”在天安门广场上空飞过。下列说法正确的是(  )图5A.以某飞机为参考系，其他飞机是静止的B.以飞行员为参考系，广场上的观众是静止的C.以某飞行员为参考系，其他飞行员是运动的D.以广场上的观众为参考系，飞机是竖直向上运动的解析 参考系是假定为不动的物体，因此，固定队列中的飞机(或飞机中的人)为参考系时，队列中的其他飞机和其他飞行员是静止的，广场上的观众是运动的；以广场上的人作为参考系时，飞机是水平运动的。故A正确。答案 A基础过关1.下列有关质点的说法正确的是(  )A.质点是指质量和体积都很小的物体B.质点是一个理想化的模型，实际是不存在的，所以这个概念意义不大C.汽车行驶时，因为车轮转动，所以任何情况下汽车都不能看成质点D.研究地球绕太阳运动时，可以把地球看成质点 解析 质点是一个理想化的模型，实际是不存在的，但对研究物体的运动具有重要意义，A、B错误；研究汽车远距离运动所需时间时，汽车可以看成质点，C错误；研究地球绕太阳运动时，可以把地球看成质点，D正确。答案 D2.在下列诗句中，加下划线的字表示的物体可以看成质点的是(  )A.大漠孤烟直，长河落日圆B.两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山C.天接云涛连晓雾，星河欲转千帆舞D.天苍苍，野茫茫，风吹草低见牛羊解析 长河落日圆，描写日圆，太阳大小和形状不能忽略，故不能看做质点，故A错误；两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山，轻舟的大小可以忽略不计，故可以简化为质点，故B正确；星河欲转千帆舞，描写帆的动作，故不能看做质点，故C错误；风吹草低见牛羊，草的大小不能忽略，故不能看做质点，故D错误。答案 B3.关于机械运动和参考系，以下说法正确的是(  )A.研究和描述一个物体的运动时，必须选定参考系B.由于运动是绝对的，描述运动时，无需选定参考系C.一定要选固定不动的物体为参考系D.研究地面上物体的运动时，必须选地球为参考系解析 研究物体的运动时，首先要选择参考系，参考系的选取是任意的。答案 A4.如图1是体育摄影中“追拍法”的成功之作，摄影师眼中清晰的自行车运动员是静止的，而模糊的背景是运动的，摄影师用自己的方式表达了运动的美。摄影师选择的参考系是(  )图1A.自行车运动员B.背景C.大地D.以上说法都不对解析 摄影师选择自行车运动员为参考系，背景是运动的，故选项A正确。 答案 A5.两列火车平行地停在一站台上，过了一会儿，甲车内的乘客发现窗外树木在向西移动，乙车内的乘客发现甲车仍没有动，若以地面为参考系，上述事实说明(  )A.甲车向东运动，乙车不动B.乙车向东运动，甲车不动C.甲车向西运动，乙车向东运动D.甲、乙两车以相同的速度向东运动解析 甲车内的乘客发现窗外树木在向西移动，说明甲车在向东运动，乙车内的乘客发现甲车仍没有动，说明乙车相对甲车静止，由于甲车相对地面向东运动，所以乙车相对地面也向东运动，且与甲车速度相同，故D正确。答案 D6.(多选)下列计时数据指时间的是(  )A.《爸爸去哪儿》每周六晚8点播出B.“嫦娥三号”于北京时间2013年12月2日1点30分在西昌卫星发射中心成功发射C.第六届东亚运动会女子100米自由泳决赛中，中国选手唐奕以54秒66的成绩夺得冠军D.“嫦娥三号”历经13天在月球表面虹湾区实现软着陆解析 每周六晚8点、北京时间2013年12月2日1点30分都是指具体某一时刻，A、B错误；自由泳决赛成绩54秒66指的是一段时间，C正确；13天表示时间轴上的一段，即时间，D正确。答案 CD7.下列关于时间和时刻的两种说法意义相同的是(  )A.第2s末和第3s初B.前3s内和第3s内C.第3s末和第2s初D.第1s内和第1s末解析 同一时刻在时间轴上对应同一个点，所以仅A正确。答案 A能力提升8.(多选)2015年8月29日晚，在北京举行的世界田径锦标赛男子4×100m接力决赛中，中国队以38秒01的成绩获得银牌，取得了历史性突破。以下说法正确的是(  ) A.研究第一棒莫有雪的起跑动作姿势时，可以将其视为质点B.研究第二棒谢震业和第三棒苏炳添的交接棒是否规范，不能将其看做质点C.研究苏炳添跑弯道历时可以将其视为质点D.张培萌冲刺时看到绳向他跑来，他是以自身为参考系的解析 研究起跑姿势不能把运动员看做质点，研究交接棒是否规范也不能把运动员看做质点。研究跑完弯道历时可以将运动员看做质点，冲刺绳在“运动”是运动员以运动的自己为参考系，故正确答案为B、C、D。答案 BCD9.下列关于时间和时刻的说法中正确的是(  )A.一分钟可分成60个时刻B.时间和时刻的区别在于长短不同，长的是时间，短的是时刻C.2015年中央电视台春节联欢晚会于2月18日20时零5分现场直播，20时零5分指的是时间D.火车站的屏幕上显示的是列车的时刻表解析 时间指的是时间间隔，而时刻是指时间点，故选项A、B、C错误，选项D正确。答案 D10.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2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(  )图2A.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，由于旗杆是静止的，所以甲火炬手可能相对于地面静止，也可能向右运动，还可能向左运动，但运动速度比风速慢；乙火炬手所传递的圣火火焰向右飘动，表明乙火炬手只能向左运动，且速度大于风速。答案 D11.(2018·江西高一四校联考)热气球运动起源于18世纪的法国，热气球运动现已成为公众休闲观光和体育旅游项目。在一次观光游览中，甲、乙、丙三人各乘一个热气球，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、丙的运动情况可能是(  )A.甲、乙匀速下降，v乙>v甲；丙停在空中B.甲、丙匀速下降，v丙>v甲；乙匀速上升C.甲、乙匀速下降，v乙>v甲；丙匀速下降，且v丙>v甲D.甲、乙匀速下降，v乙＜v甲；丙匀速下降，且v丙v甲，B、D错误；甲看到丙匀速上升，丙看到乙匀速下降，说明丙可能静止，或者可能匀速上升，或者可能匀速向下运动，且v丙