高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 质点 参考系导学案

1．质点　参考系

1．了解机械运动的概念，了解力学研究的问题——物体做机械运动的规律。

2．了解质点的概念，知道物体可看成质点的条件。

3．了解参考系的概念，知道运动具有相对性。

4．体会理想化模型在探究自然规律中的作用。

一、机械运动与力学

1．机械运动：物体的空间位置随时间的变化，是自然界中最简单、最基本的运动形态，叫作机械运动。

2．力学：在物理学中，研究物体做机械运动规律的分支叫作力学。

二、物体和质点

1．质点的定义：在某些情况下，可以忽略物体的大小和形状，把它简化为一个具有质量的点，这样的点叫作质点。

2．物体看成质点的另一种情况：物体上各点的运动情况完全相同，从描述运动的角度看，物体上任意一点的运动完全能反映整个物体的运动。

3．一个物体能否看成质点是由所要研究的问题决定的。

4．理想化模型：在物理学中，突出问题的主要因素，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法。质点就是一种理想化模型。

三、参考系

1．静止与运动：自然界的一切物体都处于永恒的运动中，绝对静止的物体是不存在的，而运动是绝对的。

2．运动的相对性：描述某个物体的位置随时间的变化时，是相对于其他物体而言的。

3．参考系：描述物体的运动时，选定的作为参考的物体。

4．参考系的选取

(1)在描述一个物体的运动时，参考系可以任意选择。

(2)选择不同的参考系来观察同一物体的运动，其结果会有所不同。

(3)通常情况下，在讨论地面上物体的运动时，都以地面为参考系。

判一判

(1)很小的物体一定能看成质点。(　　)

(2)同一物体有时可看成质点，有时则不能。(　　)

(3)质点与几何中心点一样，没有区别。(　　)

提示：(1)×

(2)√　当所研究的问题能够忽略物体的大小、形状时，才能看成质点，能否看成质点与物体本身的大小无关。

(3)×　几何中心点无质量。

想一想

“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”所描述的运动各是以什么为参考系的？

提示：人“坐地”而静止是以地面为参考系；“日行八万里”意思是坐在地上不动也会随地球绕地心转动八万里(地球赤道长约四万公里)，是以地心为参考系；“巡天遥看一千河”是指人在随地球绕太阳公转过程中，巡视宇宙中的万千星河，是以太阳为参考系。

课堂任务　对质点的理解

仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

活动1：如图甲，雄鹰拍打着翅膀在空中翱翔时，你能准确地描述它的运动吗？

提示：雄鹰身体在向前运动，但它的翅膀在向前运动的同时还在上下运动，可知要准确地描述它的运动并不容易，因为雄鹰各部位的运动情况不同。

活动2：如果我们研究雄鹰从北方飞到南方的位置变化情况，雄鹰的大小和形状对所研究的问题有影响吗？如何描述雄鹰的运动？研究雄鹰的翅膀是如何运动的时候，能把翅膀当成一个点吗？

提示：它的大小和形状对所研究问题的影响可以忽略；可以把它看成一个点来描述它的运动；研究雄鹰的翅膀是如何运动时，不能把翅膀当成一个点，雄鹰的翅膀在运动过程中各点的运动情况不同，若把翅膀当成一个点，我们无法研究翅膀的运动情况。

活动3：如图乙，一列火车在平直轨道上行驶，什么时候可以把它看作一个点，什么时候不可以？

提示：当研究火车整体的运动情况时，可以用一个点的运动代替整列火车的运动，即可以把它看作一个点；但研究它的一部分如传动机构及车轮的运动时，不可以把它看作一个点。

活动4：讨论、交流、展示，得出结论。

1．质点的特点

(1)它没有大小和形状。

(2)它具有物体的全部质量。

(3)它是一种理想化的模型。

(4)实际中是不存在的。可看成质点的物体不一定很小，不能把它和微观粒子如电子等混同起来。

2．物体被看作质点的条件

(1)物体能否被看成质点，视具体情况而定，与物体的大小无必然关系，关键是看物体的大小和形状在所研究的问题中是否可以忽略。当物体的大小和形状对所研究的问题没有影响或影响可以忽略时，可以把物体看作质点。

(2)做平动的物体一般可以被看作质点。物体有转动，但转动对所研究的问题没有影响或影响可以忽略时，物体也可以被看作质点。

例1　以下情景中，画横线的人或物体可看成质点的是(　　)

A．研究一列火车过桥所需的时间

B．乒乓球比赛中，应对比赛对手发出的旋转球

C．研究航天员翟志刚在太空挥动国旗的动作

D．用GPS确定打击海盗的“武汉”舰在大海中的位置

(1)一个物体能否看成质点与物体的大小有关吗？

提示：无关。

(2)一个物体可以看成质点的条件是什么？

提示：物体的大小和形状对所研究的问题没有影响，或者对所研究问题的影响可以忽略时，物体就可以看成质点。

[规范解答]　火车与桥的尺寸相比，长度不能忽略，研究火车过桥的时间不能忽略火车自身的长度，不能把火车看成质点，A错误；要接住“旋转球”，必须研究乒乓球的转动状态，不能把乒乓球看成质点，B错误；如果把翟志刚看作质点，便不能研究他挥动国旗的动作，故不能把翟志刚看成质点，C错误；“武汉”舰相对大海太小，它的大小、形状对所研究的问题没有影响，可以把“武汉”舰看成质点，D正确。

[完美答案]　D

判断一个物体能否看成质点，不是看物体自身的大小，而是看物体自身的大小和形状对所研究问题的影响是否可以忽略。同一个物体，由于所要研究的问题不同，有时能够看成质点，有时不能看成质点。

　图示为正在航拍的四旋翼无人飞机。下列过程中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

答案　C

解析　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，不能将飞机看作质点，A错误；调整飞机在空中的姿态，飞机各部分的运动不同，不可以将飞机看作质点，B错误；观察飞机在空中的位置，飞机的大小和形状可忽略，可以看作质点，C正确；调整飞机上摄像机镜头的方向时，镜头及飞机的大小和形状不能忽略，不能看作质点，D错误。

理想化模型

在物理学研究中，研究对象受许多因素的影响，如果同时考虑这诸多因素，那就无法使用数学知识达到定量研究的目的。在一定条件下我们把非本质的次要因素找出来，加以剔除，抓住其主要因素和本质特征并进行抽象概括、研究，这种研究方法称之为物理学中的理想化方法。用这种方法将研究对象(物体、过程等)简化成抽象模型，我们称之为物理学中的理想化模型。

质点模型：忽略物体的大小和形状(无关或次要因素)，突出质量(主要因素)，建立有质量的点——质点这种模型(理想化模型)，并将质点作为研究对象，将对实际物体运动的描述转化为对质点运动的描述。质点是没有形状、大小，具有物体全部质量的点的理想化模型。

除质点外，在学习中还会接触到很多的理想化模型，像光线、光滑面在现实中并不存在，它们都只是一种理想化的模型。

总结：理想化模型要点如下：

(1)“理想化模型”是为了使研究的问题简化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近似反映，是物理学中经常采用的一种科学研究方法。

课堂任务　参考系与相对运动

仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

活动1：坐在火车里的乘客为什么说火车没有动呢？

提示：火车相对于乘客没有发生位置的变动，所以乘客以自己为参考说火车没有动。

活动2：站在站台上的小朋友为什么说火车好快呢？

提示：火车相对于站台及站台上的小朋友的位置在快速变化，所以小朋友以站台为参考说火车速度好快。

活动3：怎样描述物体的运动情况呢？

提示：由上面的分析可知，要描述一个物体的运动情况，需要先选择某个其他物体作为参考，观察物体的位置相对于这个“其他物体”是否随时间变化，以及怎样变化。

活动4：讨论、交流、展示，得出结论。

1．参考系

描述一个物体的运动时，用来作为参考的其他物体叫作参考系。

2．运动的相对性

(1)描述一个物体的运动情况，取决于所选的参考系，选取的参考系不同，对同一个物体运动的描述可能不同。

(2)相对静止：如果两个物体运动的快慢相同，方向相同，我们就说这两个物体是相对静止的。

(3)平时人们所说的静止的物体，都是指相对静止，绝对静止的物体是不存在的。

3．参考系的四个性质

(1)标准性：被选作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，都是相对于所选定的参考系而言的。

(2)任意性：任何物体都可以作为参考系。

(3)统一性：比较多个物体的运动或研究同一物体在不同阶段的运动时应选择同一个参考系。

(4)差异性：对于同一个物体，选择不同的参考系，观察结果可能不同。

4．参考系的选取原则

(1)参考系的选取一般以观察方便和使运动的描述尽可能简单为原则。

(2)通常在研究地面上物体的运动时，如果不加说明，则默认以地面为参考系。

　(1)具体的问题分析中，选择合适的参考系，可使问题的分析变得简单。所以分析具体问题时，不一定总以地面或相对地面静止的物体作为参考系，可根据情况灵活选择。

(2)解题过程中，如果选地面作为参考系可以不指明，但选其他物体作为参考系时必须指明。

例2　如图所示，由于风，河岸上的旗帜向右飘，在河面上的两条船上的旗帜分别向右和向左飘，两条船的运动状态是(　　)

A．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

(1)河岸上的旗帜向右飘，说明风向哪个方向吹？

提示：向右吹。

(2)该题除了考虑船的运动方向，还需要考虑什么？

提示：还需要考虑船与风的速度大小关系。

[规范解答]　由题图知A船与河岸上的旗帜均向右飘，所以A船可能相对河岸静止，也可能以任意速度向左运动，还有可能以比风速小的速度向右运动，A、B错误；B船上的旗帜向左飘，表明B船只能向右运动，且速度大于风速，C正确，D错误。

[完美答案]　C

1．分析物体运动情况的步骤

2．判断参考系的两种方法

(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。

　坐在火车里的王同学观察相邻轨道上的另一列火车时，感到自己乘坐的火车在后退，实际上他乘坐的火车并未开动，下列相关分析正确的是(　　)

A．王同学感到自己所乘火车在后退，选择的参考系是火车站的地面

B．王同学感到自己所乘火车在后退，选择的参考系是相邻轨道上的火车

C．王同学比较两列火车运动的快慢时，火车不能看成质点

D．王同学研究火车车轮的转动时，火车可以看成质点

答案　B

解析　王同学感到自己所乘火车在后退，选择的参考系是相邻轨道上的另一列火车，实际是相邻轨道上的火车向前运动了，A错误，B正确；当物体的形状、大小对所研究的问题没有影响时，我们就可以把它看成质点，王同学比较两列火车运动的快慢时，火车可以看成质点，C错误；在研究火车车轮的转动时，车轮的大小和形状不能忽略不计，火车不可以看成质点，D错误。

A组：合格性水平训练

1．(质点的理解)关于质点，下列说法中正确的是(　　)

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．只有体积很小的物体才能看作质点

C．凡轻小的物体，皆可看作质点

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，即可把物体看作质点

答案　D

解析　质点是一个理想化模型，实际上并不存在，引入这个概念是为了方便我们研究问题，A错误；体积大的物体也可以看作质点，比如地球，B错误；轻小的物体，不一定可以看作质点，要看它的形状和大小对分析的问题有没有影响，C错误；如果物体的形状和大小对所研究的问题属于次要因素时，即可把物体看作质点，D正确。

2．(质点)下列说法中正确的是(　　)

A．由于“辽宁舰”体型巨大，故任何情况下都不能看成质点

B．战斗机飞行员可以把正在甲板上用手势指挥的调度员看成质点

C．在战斗机飞行训练中，研究战斗机的空中翻滚动作时，战斗机可以看成质点

D．研究“辽宁舰”航母在大海中的运动轨迹时，航母可以看成质点

答案　D

解析　当物体的形状、大小对所研究的问题没有影响时，我们就可以把它看成质点，“辽宁舰”航母在某些情况下是可以看成质点的，如研究“辽宁舰”航母在大海中的运动轨迹时，航母就可以看成质点，A错误，D正确；正在甲板上用手势指挥的调度员的动作不能忽略，调度员不能看成质点，B错误；研究战斗机的空中翻滚动作时，战斗机不可以看作质点，C错误。

3．(质点)在下列诗句中，加着重号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

答案　B

解析　长河落日圆，描写日圆，太阳的大小和形状不能忽略，故不能看作质点，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，故可以看成质点，B正确；星河欲转千帆舞，描写帆的动作，故不能看作质点，C错误；风吹草低见牛羊，草的高度不能忽略，故不能看作质点，D错误。

4．(质点)如图所示，下列几种情况下加着重号的物体，哪些情况可将物体当作质点来处理(　　)

A．甲中研究正在吊起货物的起重机

B．乙中研究坐在翻滚过山车中的小孩的坐姿

C．丙中研究太空中绕地球飞行的宇宙飞船的轨迹时

D．丁中研究门的运动

答案　C

解析　起重机吊起货物时，臂架仰起的幅度大小要考虑，起重机不能看成质点，A错误；研究小孩的坐姿，小孩不能当作质点，B错误；研究绕地球飞行的宇宙飞船的轨迹时，宇宙飞船的大小、形状可以忽略，可以看成质点，C正确；门是转动的，各点的运动情况不同，不能当作质点，D错误。

5．(参考系)观察如图所示的漫画，图中司机对乘车人说：“你没动。”而路边的小女孩说：“真快！”司机和小女孩对乘车人运动状态的描述所选取的参考系分别为(　　)

A．地面，地面 B．地面，汽车

C．汽车，地面 D．汽车，汽车

答案　C

解析　司机以汽车为参考系，乘车人与汽车保持相对静止，而小女孩以地面为参考系，乘车人相对地面在运动，故C正确，A、B、D错误。

6.(参考系)帆船是利用风力前进的船。帆船起源于荷兰，古代的荷兰，地势很低，所以开凿了很多运河，人们普遍使用小帆船运输或捕鱼，到了13世纪，威尼斯开始定期举行帆船运动比赛，当时比赛船只没有统一的规格和级别。1900年第2届奥运会将帆船运动开始列为比赛项目。帆船前进时，船员感觉岸上的树木在向后运动，他所选择的参考系是(　　)

A．河水 B．河岸  C．帆船 D．天空

答案　C

解析　帆船前进时，船员感觉岸上的树木在向后运动，说明船员选择的参考系是其自身所在的帆船，因为相对于帆船，树木向后运动，而相对于河岸和天空，树木是静止的。由于河水的运动方向未知，不一定与船的运动方向相同，故C正确，A、B、D错误。

7.(参考系)“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间实验室自动交会对接成功，指令长景海鹏观察到“神舟十一号”飞船处于静止状态，则他所选的参考系可能是(　　)

A．酒泉卫星发射中心

B．中国航天远洋测控船

C．在“天宫二号”内穿行的航天员陈冬

D．“天宫二号”空间实验室

答案　D

解析　以酒泉卫星发射中心和中国航天远洋测控船为参考系，景海鹏会观察到“神州十一号”飞船是运动的，A、B错误；以在“天宫二号”内穿行的航天员陈冬为参考系，“神州十一号”飞船是运动的，C错误；交会对接之后，“天宫二号”空间实验室与“神舟十一号”飞船相对静止，景海鹏以“天宫二号”空间实验室为参考系，会观察到“神舟十一号”飞船是静止的，D正确。

8.(参考系)如图所示，飞行员跳伞后飞机上的另一名飞行员(甲)和地面上的人(乙)在观察了跳伞飞行员的运动后，对跳伞飞行员的运动状况进行了激烈的争论。下列说法正确的是(　　)

A．甲、乙两人的说法中必有一个是错误的

B．参考系只能选择相对于地面静止的物体

C．研究物体的运动时不一定要选择参考系

D．他们的争论是由于选择的参考系不同而引起的

答案　D

解析　甲、乙两人分别将飞机和地面作为参考系，其说法都是正确的，他们的争论是由于选择的参考系不同而引起的，A错误，D正确；参考系的选择可以是任意的，一般情况下我们选择相对于地面静止的物体为参考系，B错误；研究物体的运动时一定要选择参考系，否则物体的运动性质无法确定，C错误。

9.(相对运动)如图所示为A、B、C三列火车在一个车站的情景，A车上的乘客看到B车向东运动，B车上的乘客看到C车和站台都向东运动，C车上的乘客看到A车向西运动。则站台上的人在观察A、B、C三列火车的运动情况时，下列描述中正确的是(　　)

A．A车向西运动   B．B车向东运动

C．C车一定是静止的   D．C车一定向西运动

答案　A

解析　B车上的乘客看到C车和站台都向东运动，说明B车一定是向西运动的，B错误；A车上的乘客看到B车向东运动，说明A车也是向西运动的，并且速度比B车大，A正确；C车上的乘客看到A车向西运动，说明C车的运动状态可能是：①静止；②向东行驶；③向西行驶，但速度比B车小，C、D错误。

B组：等级性水平训练

10．(质点)观察下列四幅图，对图中各运动物体的描述正确的是(　　)

A．图①中研究投出的篮球运动路径时不能将篮球看成质点

B．图②中观众欣赏体操表演时不能将运动员看成质点

C．图③中研究地球绕太阳公转时不能将地球看成质点

D．图④中研究子弹头射穿苹果的时间时可将子弹看成质点

答案　B

解析　研究投出的篮球运动路径时，可以将篮球看成质点，A错误；观众欣赏体操表演时，不可以把运动员看成质点，否则无法欣赏其动作，B正确；研究地球绕太阳公转时，忽略地球的大小，地球可以看作质点，C错误；研究子弹头穿过苹果的时间时，子弹的大小不能忽略，不能把子弹看作质点，D错误。

11．(参考系)古代文人给我们留下了大量优美的诗篇，在这些诗篇中，不乏有描述物理现象，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．明月松间照，清泉石上流

B．天门中断楚江开，碧水东流至此回

C．人在桥上走，桥流水不流

D．飞流直下三千尺，疑似银河落九天

答案　C

解析　“明月松间照，清泉石上流”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；“人在桥上走”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。

12.(参考系)在电视连续剧《西游记》中，常常有孙悟空“腾云驾雾”的镜头，如图所示，通常是采用“背景拍摄法”：让“孙悟空”站在平台上，做着飞行的动作，在他的背后展现出蓝天和急速飘动的白云，同时加上烟雾效果，摄影师把人物动作和飘动的白云及下面的烟雾等一起摄入镜头。放映时，观众就感觉到“孙悟空”在“腾云驾雾”。观众所选择的参考系是(　　)

A．飘动的白云   B．平台

C．孙悟空   D．镜头

答案　A

解析　“孙悟空”站在平台上，以他背后急速飘动的白云为参考系，他在“腾云驾雾”，A正确。

13．(质点、参考系)(多选)如图所示是某次日全食时的美妙景象，下列说法中正确的是(　　)

A．在观测日全食时可将月球看成质点

B．在观测日全食时不能将月球看成质点

C．月球绕地球转动，这是以太阳为参考系来描述的

D．月球绕地球转动，这是以地球为参考系来描述的

答案　BD

解析　日食是月球转到地球与太阳之间，挡住射向地球的光所形成的，在研究时月球的大小不能忽略，所以在观测日全食时不能将月球看成质点，A错误，B正确；月球绕地球做圆周运动，是以地球为参考系来描述的，C错误，D正确。

14.(参考系)如图所示，是体育摄影中“追拍法”的成功之作，摄影师眼中清晰的轮滑运动员是静止的，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。请问摄影师选择的参考系是(　　)

A．大地   B．太阳

C．轮滑运动员 D．步行的人

答案　C

解析　依题意，轮滑运动员相对于背景是运动的，所以相对于大地、太阳及步行的人也是运动的，所以若要使摄影师眼中的运动员静止，只有选运动员作为参考系才能达到，A、B、D错误，C正确。

15．(参考系)(多选)甲、乙、丙三台观光电梯，甲中乘客看到一座高楼在向下运动；乙中乘客看到甲在向下运动；丙中乘客看到甲、乙都在向上运动。这三台电梯相对地面的运动情况可能是(　　)

A．甲向上、乙向下、丙不动

B．甲向上、乙向上、丙不动

C．甲向上、乙向上、丙向下

D．甲向上、乙向上；丙也向上，但比甲、乙都慢

答案　BCD

解析　电梯中的乘客观看其他物体的运动情况时，是以自己所乘的电梯为参考系的。甲中乘客看到高楼在向下运动，说明甲相对于地面一定在向上运动。乙中乘客看到甲在向下运动，则乙相对甲在向上运动，说明乙相对地面也在向上运动，且运动得比甲快。丙电梯无论是静止，向下运动，还是以比甲、乙都慢的速率向上运动，丙中乘客看甲、乙两电梯都会感到是在向上运动。综上所述，B、C、D正确，A错误。

16．(质点)撑竿跳高是一项非常刺激的体育运动项目，下图表示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。

(1)教练员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，能否将其看成质点？

(3)测量其所跳高度(判定其是否打破世界纪录)时，能否将其看成质点？

答案　(1)不能　(2)能　(3)能

解析　(1)纠正运动员的错误动作时，不能忽略其姿势及动作(即运动员的形状及大小)，不能将运动员看成质点。

(2)分析运动员的助跑速度时，能忽略其姿势及动作(即运动员的形状及大小)，可以将运动员看成质点。

(3)测量其所跳高度(判定其是否打破世界纪录)时，运动员的形状对测量高度无影响，可以将其看成质点。