物理必修 第一册第一章 运动的描述1 质点 参考系学案

这是一份物理必修 第一册第一章 运动的描述1 质点 参考系学案，共14页。
[学习目标]
1．理解什么是质点，知道质点是一种理想化物理模型.2.知道把物体看做质点的条件.3.知道参考系的概念，知道选取不同的参考系对物体的运动情况的描述可能不同.4.理解坐标系的概念，会用一维坐标系描述物体的位置及位置的变化．
一、物体和质点
1．定义：用来代替物体的有质量的点．
2．物体可看做质点的条件
(1)物体的大小和形状可以忽略．
(2)物体上任意一点的运动可以代替整个物体的运动．
3．一个物体能否看成质点是由问题的性质决定的．
4．理想化方法：在物理学中，突出问题的主要方面，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．质点就是这种物理模型之一．
二、参考系
1．运动与静止的关系
(1)自然界的一切物体都处于永恒的运动中，这便是运动的绝对性．
(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．
2．参考系：在研究物体的运动时，被选做参考的其他物体称为参考系．
3．参考系的选择是任意(填“任意”或“唯一”)的．
4．参考系对观察结果的影响：选择不同的参考系观察同一个物体的运动，观察结果可能不同(填“可能不同”或“一定相同”)．
三、坐标系
1．建立目的：为了定量地描述物体的位置及位置的变化．
2．坐标系的三要素：原点、正方向和单位长度．
1．判断下列说法的正误．
(1)只有体积很小的物体才可以看做质点，体积较大的物体不能看做质点．( × )
(2)质点是一个理想化模型，实际上是存在的．( × )
(3)研究同一物体的运动时，不论选取怎样的参考系，其结论是相同的．( × )
(4)参考系可任意选取，而研究物体的运动时(如汽车加速)通常以地面为参考系．( √ )
(5)描述直线运动位置及位置变化时，一般建立直线坐标系．( √ )
2．敦煌曲子词中有这样的词句：“满眼风波多闪灼，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行．”其中“看山恰似走来迎”所选的参考系是____，“是船行”所选的参考系是____．
答案 船 山
一、质点
如图1，研究一列火车从北京开往上海所用的时间时能否把火车看成质点？
若研究列车通过一条隧道需要用的时间能否把列车看成质点？
图1
答案 能 不能
1．对质点的理解
(1)质点是用来代替物体的有质量的点，只占有位置而不占有空间，具有被代替物体的全部质量．
(2)质点是一种“理想化模型”，它是对实际物体的一种科学抽象．
2．物体能看成质点的条件
(1)物体的大小、形状对研究结果没有影响或影响可以忽略时．
(2)研究物体的平动时．
3．注意：体积大的物体有时也可以看成质点；体积小的物体有时不可以看成质点．
例1 观察图2所示四幅图，对图中各运动物体的描述正确的是( )
图2
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中研究子弹射穿苹果的时间时可将子弹看成质点
答案 B
解析 在研究篮球的运动路径和地球绕太阳公转时，篮球和地球的大小、形状可以忽略，可以将其看成质点；观众在欣赏体操表演和研究子弹射穿苹果的时间时，运动员和子弹的大小、形状均不能被忽略，不能将其看成质点，综上所述应选择B.
物理学研究方法——建立理想化物理模型
1．“理想化模型”是为了使研究的问题得以简化或方便研究而进行的一种科学抽象，实际上并不存在．
2．在“理想化模型”的抽象过程中，应以研究目的为出发点，突出问题的主要因素，忽略次要因素，从而建立物理模型．
针对训练1 下列关于物体是否可以看成质点的说法，正确的是( )
A．研究蜜蜂飞行过程中翅膀的振动特点时，蜜蜂可以看成质点
B．研究直升机飞行时其螺旋桨的转动情况时，直升机可以看成质点
C．观察航空母舰上的舰载飞机起飞时，可以把航空母舰看成质点
D．在作战地图上确定航空母舰的准确位置时，可以把航空母舰看成质点
答案 D
解析 研究蜜蜂飞行过程中翅膀的振动特点时，不能忽略其大小和形状，故不能将其看成质点，选项A错误；研究直升机飞行时其螺旋桨的转动情况时，直升机的大小和形状不能忽略，故不能将其看成质点，选项B错误；观察航空母舰上的舰载飞机起飞时，航空母舰的大小和形状不能忽略，故不能将其看成质点，选项C错误；在作战地图上确定航空母舰的准确位置时，航空母舰的大小和形状可以忽略不计，故可以把航空母舰看成质点，选项D正确．
二、参考系
请阅读下面的漫画材料(如图3)，回答问题：
图3
有人说我，快如闪电，疾如风！有人说我，纹丝不动，坐如钟！“我”是静是动？
答案 静止是相对的，运动是绝对的．物体是静止还是运动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也往往不同．
1．选取参考系的意义：静止是相对的，运动是绝对的．要描述一个物体的运动，首先必须选定参考系，之后才能确定物体的位置、研究物体的运动．对于同一个物体，选择不同的参考系，观察结果往往不同．
2.参考系的选取原则
(1)参考系的选取一般由研究对象和研究对象所在的系统决定．例如研究火车上物体的运动时，一般选取火车作为参考系；研究地面上物体的运动时，一般选取地面或相对于地面静止的物体作为参考系．
(2)参考系的选取可以是任意的，但在实际问题中，参考系的选取应以使研究问题尽可能方便、对运动的描述尽可能简单为基本原则．
(3)在比较不同物体的运动时，应选择同一参考系．
例2 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4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4
A．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
答案 D
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，所以甲火炬手相对于旗杆可能静止，也可能向右运动，还可能向左运动，但此时的运动速度比风速小；乙火炬手所传递的圣火火焰向右飘，表明乙火炬手相对于旗杆一定向左运动，且运动速度比风速大．选项D正确．
针对训练2 (2019·汉阳一中月考)在电视连续剧《西游记》中，常常有“孙悟空”“腾云驾雾”的镜头，这通常是采用“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；摄影师把人物动作和飘动的白云等一起摄入镜头，放映时，观众就感觉到“孙悟空”在“腾云驾雾”．这时，观众所选的参考系是( )
A．“孙悟空” B．平台
C．急速飘动的白云 D．蓝天
答案 C
三、坐标系
(1)如图5，一辆汽车正在平直的公路上直线行驶．为了描述汽车的位置及位置变化，我们需要建立什么样的坐标系？
图5
(2)汽车转弯时，(1)中建立的坐标系还能描述物体的位置及位置变化吗？如果不能，我们需要建立什么样的坐标系？
答案 (1)以起点为坐标原点，建立一维直线坐标系．
(2)不能．以汽车开始转弯时的位置为坐标原点，建立平面坐标系．
三种坐标系的比较
例3 从高出地面2 m的位置竖直向上抛出一个球，它上升4 m后回落，最后小球到达地面，如图6所示．分别以地面和抛出点为原点建立坐标系，方向均以向上为正方向，填写下表：
图6
答案
解析 物体沿直线运动，可以在该直线上建立直线坐标系来定量描述物体的位置，若以地面为原点，则出发点、最高点、落地点的坐标分别为x1＝2 m，x2＝6 m，x3＝0；若以抛出点为原点，则x1′＝0，x2′＝4 m，x3′＝－2 m.
1．(质点)(2019·山西大学附中月考)下列说法中正确的是( )
A．由于“辽宁号”航母“高大威武”，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手势指挥的调度员看成一个质点
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“辽宁号”航母在大海中的运动轨迹时，航母可以看成质点
答案 D
2．(质点)(2019·淇滨高中月考)下列各种情况中，可以把研究对象(加点者)看做质点的是( )
A．研究地球的昼夜更替
B．研究一列队伍过桥的时间问题
C．裁判给参加比赛的艺术体操运动员的比赛打分
D．研究在水平推力作用下沿水平面平动的木箱
答案 D
解析 研究地球的昼夜更替时地球的形状不能忽略，不能把地球看做质点，A错误；队伍的长度相对桥的长度不能忽略，故不能把队伍看做质点，B错误；给比赛打分时，需要研究运动员的姿势，故不能把运动员看做质点，C错误；研究在水平推力作用下沿水平面平动的木箱，每个点的运动情况相同，故木箱大小可以忽略不计，可以把木箱看做质点，D正确．
3.(参考系)如图7所示，飞行员跳伞后飞机上的其他飞行员(甲)和地面上的人(乙)观察跳伞飞行员的运动后，引发了对跳伞飞行员运动状况的争论，下列说法正确的是( )
图7
A．甲、乙两人的说法中必有一个是错误的
B．他们的争论是由于选择的参考系不同而引起的
C．研究物体的运动时不一定要选择参考系
D．参考系只能是相对于地面静止的物体
答案 B
解析 甲、乙两人的争论是由于选择的参考系不同而引起的，A错，B对；研究物体的运动时一定要选择参考系，C错；参考系的选择具有任意性，D错．
4．(参考系)(2019·上海市七宝中学期中)小刚同学在一次蹦极运动后说：“在下落运动的那段时间里，我感觉大地扑面而来．”这里的“扑面而来”所选的参考系是( )
A．远处的山 B．大地
C．小刚自己 D．太阳
答案 C
解析 小刚向地面俯冲，看到大地“扑面而来”，所以描述大地的运动状态是以小刚自己为参考系的，故C正确．
5．(坐标系)一物体从O点出发，沿东偏北30°的方向运动10 m至A点，然后又向正南方向运动5 m至B点．
(1)建立适当坐标系，描述出该物体的运动轨迹．
(2)根据建立的坐标系，分别求出A、B两点的坐标．
答案 (1)见解析图 (2)A(5eq \r(3) m,5 m) B(5eq \r(3) m,0)
解析 (1)以O为原点，正东方向为x轴正方向，正北方向为y轴正方向，建立坐标系，物体运动的轨迹如图．
(2)两点坐标分别为A(5eq \r(3) m,5 m)，B(5eq \r(3) m,0)．
考点一 质点
1．(2019·招远一中月考)关于质点，以下说法正确的是( )
A．质点就是很小的物体，如液滴、花粉颗粒、尘埃等
B．体积很大的物体一定不能看做质点
C．一山路转弯处较狭窄，司机下车实地勘察，判断汽车是否能安全通过．此时在司机看来，汽车是一个质点
D．描绘航空母舰在海洋中的运动轨迹时，航空母舰可看做质点
答案 D
2．(2020·宁阳一中月考)在以下几个奥运会比赛项目中，研究对象可视为质点的是( )
A．在撑杆跳高比赛中研究运动员手中的支撑杆在支撑地面过程中的转动情况时
B．确定马拉松运动员在比赛中的位置时
C．跆拳道比赛中研究运动员的动作时
D．乒乓球比赛中研究乒乓球的旋转时
答案 B
3．(2019·泉州市泉港区第一中学高一月考)在下述问题中，能够把研究对象看作质点的是( )
A．研究航天员翟志刚在太空出舱挥动国旗的动作
B．用GPS确定打击海盗的“武汉”舰在大海中的位置
C．将一枚硬币用力上抛，猜测它落地时正面朝上还是反面朝上
D．研究公共汽车过一路标的时间
答案 B
4．(多选)(2019·扬州市期末)如图1所示，“神舟十号”飞船发射升空后，经多次变轨与“天宫一号”目标飞行器在距地面343 km高处成功交会对接，下列所述情况中，运载火箭或组合体可以看做质点的是( )
图1
A．确定火箭升空约150 s时距地面的高度
B．分析助推器与火箭的分离过程时
C．研究“神舟十号”与“天宫一号”的交会对接过程
D．研究“神舟十号”与“天宫一号”的组合体在距地面343 km高处绕地球飞行的轨迹
答案 AD
解析 确定火箭距地面的高度时，其形状和大小可以忽略；分析助推器与火箭的分离过程以及“神舟十号”与“天宫一号”的交会对接过程时，其形状和大小不能忽略；研究组合体在距地面343 km高处绕地球飞行的轨迹时，其形状和大小可以忽略．故选项A、D正确．
5．具有完全知识产权的中国标准动车组“复兴号”的高度从“和谐号”的3 700 mm增高到4 050 mm，单车长伸展到25 m，下列说法正确的是( )
A．“复兴号”体积太大，不能看成质点，乘客可看成质点，因为他体积小
B．“复兴号”在运行时任何情况下都不能看成质点，因为车轮在转动
C．研究“复兴号”在弯道处有无翻车危险时，可将它看成质点
D．计算“复兴号”从北京南站到上海虹桥站的运行时间时，可将它看成质点
答案 D
解析 当物体的大小和形状对所研究问题的影响可忽略不计时，物体可以看成质点，所以能不能看成质点和物体的大小无关，而是和研究的问题有关，故A、B错误；研究“复兴号”在弯道处有无翻车危险时，“复兴号”列车的大小和形状是不能忽略的，所以不能把它看成质点，故C错误；计算“复兴号”从北京南站到上海虹桥站的运行时间时，由于不需要考虑它的形状、大小，所以可将它看成质点，故D正确．
6．从波兰中部城市罗兹往返四川成都的直达火车线路“蓉欧快铁”开通于2013年，全长9 826公里，全程行车时间约为13天，比历时40至50天的海路运输快许多．关于“蓉欧快铁”，下列说法正确的是( )
A．班列长度太大，质量太大，任何时候都不能看成质点
B．研究“蓉欧快铁”线路上的班列行程时，可以将班列看成质点
C．分析班列通过阿拉山口的时间时，可以将班列看成质点
D．只要班列处于运动状态，就可以看成质点
答案 B
考点二 参考系
7.(2019·长春外国语学校月考)刻舟求剑的故事家喻户晓，如图2所示，“舟已行矣，而剑不行”这句话所选用的参考系是( )
图2
A．舟
B．舟上的人
C．地面
D．流动的水
答案 C
8.中国是掌握空中加油技术的少数国家之一，如图3是我国自行研制的第三代战斗机“歼－10”在空中加油的情景，以哪个物体为参考系，可以认为加油机是运动的( )
图3
A．“歼－10”战斗机
B．地面上的房屋
C．加油机中的飞行员
D．“歼－10”战斗机中的飞行员
答案 B
解析 加油机相对于“歼－10”战斗机位置不变，以“歼－10”战斗机为参考系，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考系，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考系，加油机是静止的，故C错误；以“歼－10”战斗机中的飞行员为参考系，加油机相对于“歼－10”战斗机中的飞行员位置不变，加油机是静止的，故D错误．
9.Tmahawk四轮摩托跑车的时速可超过300 km/h，如图4为摄影师利用“追拍”摄影法拍摄的Tmahawk四轮摩托跑车飞驰的照片，从照片上可以看出摄影师拍摄时选择的参考系是( )
图4
A．大地 B．树木
C．四轮摩托跑车 D．公路
答案 C
解析 “追拍法”是跟踪运动的物体，将运动的物体看成是静止的，该图片是运动的四轮摩托跑车被摄影师当成静止的，而用镜头跟踪，故参考系是四轮摩托跑车，选项C正确．
10.(2020·泸源中学高一月考)云台山是全球首批世界地质公园，青龙峡景点有“中原第一峡谷”的美誉，这里气候独特，水源丰富，植被原始完整，是生态旅游的好去处，乘坐索道缆车除了能观赏怡人的风景以外，还能感觉悬挂在高空的刺激感，如图5.对于正在乘坐索道缆车观光的某游客来说，以下说法正确的是( )
图5
A．以该游客自己为参考系，看到对面的山静止不动
B．以对面的山为参考系，该游客自己静止不动
C．以该游客自己为参考系，看到同一缆车里的人向对面的山不断靠近
D．以所乘坐的缆车为参考系，看到两边的青山绿树向身后走去
答案 D
解析 以该游客自己为参考系，相对于山靠近的过程中，看到对面的山迎面走来，故A错误；以对面的山为参考系，相对山靠近的过程中，看到该游客自己向山运动，故B错误；以该游客自己为参考系，看到同一缆车里的人静止不动，故C错误；以所乘坐的缆车为参考系，看到两边的青山绿树向身后走去，故D正确．
11.(多选)(2019·宁夏育才中学高一第一学期期末)在“金星凌日”的精彩天象中，观察到太阳表面上有颗小黑点缓慢走过，持续时间达六个半小时，那便是金星，如图6所示，下列说法正确的是( )
图6
A．地球在金星与太阳之间
B．观测“金星凌日”时可将太阳看成质点
C．以太阳为参考系，地球是运动的
D．以太阳为参考系，金星是运动的
答案 CD
解析 金星通过太阳和地球之间时，我们才会看到“金星凌日”，选项A错误；因为太阳的大小对所研究问题的影响起着至关重要的作用，所以观测“金星凌日”时不能将太阳看成质点，选项B错误；以太阳为参考系，金星和地球都是运动的，选项C、D正确．
12.(多选)(2019·玉门一中月考)如图7所示，甲、乙、丙3人各乘不同的热气球，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、丙的运动可能是( )
图7
A．甲、乙匀速下降，且v乙＞v甲，丙停在空中
B．甲、乙匀速下降，且v乙＜v甲，丙匀速上升
C．甲、乙匀速下降，且v乙＞v甲，丙匀速下降，且v丙＜v甲
D．甲、乙匀速下降，且v乙＞v甲，丙匀速下降，且v丙＞v甲
答案 AC
13．(2019·重庆一中期中考试)太阳从东边升起，西边落下，是地球上的自然现象．但在某些条件下，在纬度较高地区上空飞行的飞机上，旅客可以看到太阳从西边升起的奇妙现象．要看到这一现象需满足的条件是( )
A．时间必须是在清晨，飞机正在由东向西飞行，飞机的速度必须较大
B．时间必须是在清晨，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度必须较大
C．时间必须是在傍晚，飞机正在由东向西飞行，飞机的速度必须较大
D．时间必须是在傍晚，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度不能太大
答案 C
解析 地球自西向东自转，我们以地球为参考系，看到太阳东升西落，即以地球为参考系，太阳绕着地球自东向西转．若飞机以太阳相对地球转动的速度飞行，即飞机也自东向西飞，则飞机上的人看到的太阳是静止的，不升也不降；若飞机的速度比太阳自东向西转的速度大，则飞机上的人(以飞机为参考系)看到太阳相对于飞机自西向东运动．若要看到太阳从西边升起的奇妙现象，则需要飞机傍晚时以较快的速度自东向西飞．故C正确．
考点三 坐标系
14．(多选)如图8所示是为了定量研究物体的位置变化作出的坐标轴(x轴)．在画该坐标轴时规定原点在某长直公路上某广场的中心，公路为南北走向，向北为正方向．坐标轴上有两点A和B，A的位置坐标为xA＝5 m，B的位置坐标为xB＝－3 m．下列说法中正确的是( )
图8
A．A点位于广场中心南边5 m处
B．A点位于广场中心北边5 m处
C．B点位于广场中心南边3 m处
D．B点位于广场中心北边3 m处
答案 BC
解析 由位置坐标的意义可知，A点在原点的正方向5 m处，即在广场中心北边5 m处，故A错误，B正确；同理，B点在原点的负方向3 m处，即在广场中心南边3 m处，故C正确，D错误．
15．湖中O点有一观察站，一小船从O点出发向东行驶4 km，又向北行驶3 km，则(已知sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)( )
A．小船距O点7 km
B．小船向东北方向运动了4 km
C．小船向东北方向运动了3 km
D．小船的位置在东偏北37°方向，距离O点5 km处
答案 D
解析 如果取O点为坐标原点，向东为x轴正方向，向北为y轴正方向，则小船的位置坐标为(4 km,3 km)，如图所示，小船虽然运动了7 km，但在O点的观察员看来，它离原点的距离是eq \r(42＋32) km＝5 km，设此时小船的位置和O点的连线与x轴正方向的夹角为θ，则sin θ＝eq \f(3,5)＝0.6，因此θ＝37°.
分类
项目
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、正方向和单位长度，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＝2 m
N点位置坐标：x＝3 m，y＝4 m
P点位置坐标：x＝2 m，y＝3 m，z＝4 m
坐标原点的设置
出发点的坐标
最高点的坐标
落地点的坐标
以地面为原点
以抛出点为原点
2 m
6 m
0
0
4 m
－2 m