人教版 (2019)必修 第一册1 质点 参考系学案

第1节质点 参考系

知识点一　物体和质点

[情境导学]

中国名将杨家玉在雅加达亚运会田径女子20公里竞走决赛中夺得冠军。教练在研究杨家玉的摆臂和步幅对速度的影响时，能否把她看成“质点”？若研究杨家玉全程的速度变化时，能否把她看成“质点”？

提示：不能　能

[知识梳理]

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。

2．物质和物体：物质由分子、原子等组成；物体是物质的聚集状态。

3．质点：用来代替物体的有质量的点。

4．把物体看成质点的条件：当物体的大小和形状对研究问题的影响可以忽略时，可以把物体看成质点。

[初试小题]

1．判断正误。

(1)研究空中雄鹰的飞行技巧时，雄鹰可以看成质点；而研究其飞行轨迹时不能看成质点。(×)

(2)只要物体很小，就可以把物体看成质点。(×)

(3)做直线运动的物体不一定能看成质点。(√)

(4)地球太大，不能看成质点。(×)

2．2020年东京奥运会原计划于2020年07月24日到2020年08月09日举办，因新型冠状肺炎病毒疫情推迟到2021年。下列比赛项目中，在裁判员评判运动员的成绩时，运动员可以看成质点的是(　　)

解析：选A　马拉松比赛时，由于路程较长，运动员的大小、形状可以忽略，故可以看成质点，A正确；跳水时，裁判员要关注运动员的动作，运动员的大小、形状不能忽略，故不能看成质点，B错误；击剑时要注意运动员的肢体动作，运动员的大小、形状不能忽略，故不能看成质点，C错误；体操比赛主要根据运动员的肢体动作评分，运动员的大小、形状不能忽略，故不能看成质点，D错误。

知识点二　参考系

[情境导学]

好莱坞影星尚格·云顿为沃尔沃卡车做广告，为什么能在高速行驶的卡车之间气定神闲，摆出“一字马”姿势？

提示：影星随车一起运动，虽然相对于地面是高速运动的，但是相对于车是静止的，所以能和车一起共速运动。

[知识梳理]

1．定义：在描述物体的运动时，被选定作为参考，假定不动的物体叫作参考系。

2．选取原则：描述一个物体的运动时，参考系可以任意选择。

通常情况下，在讨论地面上物体的运动时，都以地面作为参考系。

3．静止的相对性：自然界的一切物体都处于永恒的运动中，运动是绝对的，静止是相对的。

[初试小题]

1．判断正误。

(1)参考系只能选择静止的物体。(×)

(2)自然界中没有绝对静止的物体。(√)

(3)一个物体的运动情况与参考系的选择无关。(×)

(4)毛泽东主席的著名词句“坐地日行八万里”所对应的参考系是地心。(√)

2．如图所示的为大型商场、超市中的竖直升降观光电梯，正在上行的电梯中的某顾客看到同乘电梯的其他顾客是静止的，看到的周围建筑物是下降的；而地面上的顾客看到电梯中的顾客是向上运动的，看到的周围建筑物是静止的。请思考为什么？说明了什么问题？

提示：电梯中的某顾客是以自己或电梯为参考系观察其他顾客及周围建筑物的；地面上的顾客是以地面为参考系观察电梯中的顾客及周围建筑物的。说明了选择不同的参考系描述同一物体的运动时结果一般不同。

[问题探究]

沿某方向推动桌面上的教科书(如图)，若要测量书移动的距离，能否将它视为质点？书围绕自身某点转动，若要讨论书边缘某点的运动情况，能否将书视为质点？各自说明原因并请说一说还有哪些可将一个物体视为质点(或不能视为质点)的问题情境。

提示：书沿某方向在桌面上运动时，各点的运动情况相同，可以用一个点的运动来表示整本书的运动情况，故可将书视为质点。

书围绕自身某点转动时，书各点的运动情况不同，与书的形状和大小有关，故不能将书视为质点。

求火车从北京到广州的时间时可以将火车视为质点，若求火车经过某座桥梁的时间就不能将火车视为质点；研究篮球运动员投球动作时不能将运动员视为质点，若研究运动员在球场上的占位及运动轨迹时可将运动员视为质点。

[要点归纳]

1．质点的特点

(1)没有大小和形状。

(2)具有物体的全部质量。

(3)是一种理想化的物理模型，实际生活中并不存在。

2．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，则可将物体看成质点。

(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。

例如，研究一列火车从北京到上海的运行时间时，可以把火车看成质点；但是研究火车通过某段隧道的时间时，要考虑火车的长度，则不能把火车看成质点。

3．质点的研究方法——“物理模型”

(1)物理模型是在物理研究中，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。

[例题1]　在伦敦举行的世界斯诺克大师赛首轮比赛中，我国选手丁俊晖击球瞬间如图所示，下列关于台球的说法正确的是(　　)

A．因为台球比较小，所以一定可以把它看成质点

B．丁俊晖在击球时可以把台球看成质点

C．解说员在解说进球路线时可以把台球看成质点

D．丁俊晖在分析台球转动时可以把台球看成质点

[解析]　物体能否看成质点，要看物体的大小和形状在所研究的问题中起主要作用还是起次要作用，故A错误；丁俊晖在击球时，需要考虑击球的位置，因此不能把台球看成质点，故B错误；解说员在解说进球路线时，只需说明球的行进轨迹，因此可以把台球看成质点，故C正确；丁俊晖在分析台球转动时，需要考虑球的旋转情况对路线的影响，因此不可以把台球看成质点，故D错误。

[答案]　C

判断物体能否看成质点的思路

(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，若把物体看成质点，则看所进行的研究是否受影响。若受影响，物体不能看成质点；若不受影响，物体能看成质点。

 [针对训练]

1．2019年12月17日，我国第一艘国产航母“山东舰”在海南三亚某军港交付海军，我国从此正式进入“双航母”时代。“歼­15”战斗机在“山东舰”上进行了大量的起降训练活动。下列说法正确的是(　　)

A．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是一个质点

B．在战斗机飞行训练中，研究战斗机的空中翻滚动作时，可以把战斗机看成质点

C．研究“山东舰”航母在大海中运动轨迹时，可以把航母看成质点

D．由于“山东舰”航母“高大威武”，故任何情况下都不能看成质点

解析：选C　正在甲板上用手势指挥的调度员的动作不能忽略，不能看成质点，故A错误；研究战斗机的空中翻滚动作时，不可以将战斗机看成质点，否则没法研究动作了，故B错误；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，所以“山东舰”航母在某些情况下是可以看成质点的，如研究“山东舰”航母在大海中运动轨迹时，可以把航母看成质点，故C正确，D错误。

2．正在航拍的四旋翼无人飞机如图所示。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

解析：选C　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时，飞机各部分运动情况不同，不可以将飞机看作质点，B错误；观察飞机在空中的位置时，飞机的大小和形状可忽略，可以将飞机看作质点，C正确；调整飞机上摄像机镜头的方向时，摄像头的大小不能忽略，不可以将飞机看作质点，D错误。

[问题探究]

如图所示，一位跳伞运动员在水平匀速飞行的飞机上自由掉落，关于其运动情况，飞机上的观察者：“他在沿直线下落呀！”地面上的观察者：“他明明在沿曲线下落嘛。”请问：两位观察者的说法哪个是正确的？为什么？你受到什么启发？

提示：都正确；他们所选择的参考系不同；观察同一物体的运动，选择的参考系不同观察结果不同。

[要点归纳]

1．对参考系的理解

(1)选取意义

描述物体是否运动首先要选择一个参考系，以此为标准来衡量物体是运动还是静止的，参考系一旦确定，对物体运动的描述也是唯一确定的。一个物体是运动还是静止，都是相对于参考系而言的。解答物理问题时若能巧妙地选择参考系，则可使解题过程大为简化。

(2)选取原则

①理论上讲，参考系的选取是任意的。

②选取参考系以描述运动尽可能简单为原则，通常选地面或相对地面静止的物体为参考系。

③在解题过程中，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。

2．参考系的四性

[例题2]　2020年春节期间《中国诗词大会》第五季在央视综合频道黄金时段播出。其带动全民重温曾经学过的古诗词，分享诗词之美，感受诗词之趣。李白在《望天门山》一诗中写到“两岸青山相对出，孤帆一片日边来”。诗文中的“青山相对出”选择的参考系是(　　)

A．青山　　 B．孤帆

C．河岸　　 D．太阳

[解析]　描述“青山”的运动，不能以“青山”本身为参考系，故A错误；选择“孤帆”为参考系，“青山”和“孤帆”之间的位置发生了变化，“青山”是运动的，故B正确；以“河岸”为参考系，“青山”与“河岸”之间的位置没有发生变化，“青山”是静止的，故C错误；此诗描写的是诗人舟行江中远望天门山的情景，是以诗人或相对诗人静止的物体为参考系来描写“青山相对出”，故D错误。

[答案]　B

判断参考系的两种方法

(1)静物法：明确在观察到的现象中，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描述中的结果一致。若一致，该物体可能就是参考系。

[针对训练]

1．[多选]下列关于参考系的说法正确的是(　　)

A．研究任何物体的运动，都要选别的物体为参考系

B．研究某物体的运动时，必须选特定的物体为参考系

C．参考系就是绝对不动的物体

D．一个物体相对于一个参考系是静止的，相对于另一个参考系不一定是静止的

解析：选AD　一个物体是否运动，以及做何种运动，都是相对于别的物体来说的，因此，研究任何物体的运动，都要选取别的物体为参考系，而且参考系可以任意选取，一个物体相对于不同的参考系，位置是否变化及如何变化，都可能不同。选项A、D正确。

2．体育摄影中“追拍法”的成功之作如图所示，摄影师眼中清晰的滑板运动员是静止的，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．滑板运动员  D．步行的人

解析：选C　由于摄影师眼中滑板运动员是静止的，故滑板运动员和摄影师相对静止，以滑板运动员作为参考系，摄影师是静止的，所以滑板运动员的图片是清晰的，但由于背景相对于滑板运动员是运动的，所以背景相对于摄影师也是运动的，所以拍摄出的背景是模糊的。故在“追拍法”中摄影师选择的参考系是滑板运动员，C正确。