高中物理人教版 (新课标)必修11 质点 参考系和坐标系授课ppt课件

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1.质点:任务驱动　花样滑冰是冬奥会的比赛项目之一,许多花样滑冰运动员穿着冰鞋在冰上滑行的身姿令人难忘,研究运动员的动作时可以把运动员看作质点吗?提示:不可以。
(1)定义:把物体简化为一个有_____的物质点。(2)将物体看成质点的条件:在研究物体的运动时,当物体的_____和_____对所研究问题的影响可忽略不计时,物体可视为质点。(3)质点是一种_______模型,实际并不存在。
2.参考系:任务驱动　“小小竹排江中游,巍巍青山两岸走”后一句是以什么为参考系的?提示:是以竹排为参考系的。
(1)定义:在描述物体的运动时,用来作_____的物体。
(2)对参考系的理解。①描述一个物体的运动时,参考系可以_____选择,但应以观测方便和描述运动简单为原则,在研究地面上物体的运动时,常选_____为参考系。②选择不同的参考系来观察同一个物体的运动,其结果会有所不同,所以说物体的运动具有_______。
3.坐标系:(1)为了定量地描述物体的位置及___________,需要在参考系上建立适当的坐标系。(2)建立直线坐标系需在直线上规定原点、_______和_________。
主题一　质点【问题探究】1.2018年4月10日零时起,铁路实行新的列车运行图,上海站开启“复兴号”高铁新时代。研究复兴号列车的各种运动情况时。
情况1:研究复兴号列车进站的时间。情况2:研究复兴号列车从上海站到北京南站的时间。情况3:研究复兴号列车车轮上某点的运动情况。试比较三种情况下,能否将复兴号列车看作质点?
提示:情况1: 复兴号列车进站时,复兴号列车的长度与站台相比不能被忽略,所以在研究复兴号列车进站的时间时,不能将复兴号列车看作质点。
情况2:复兴号列车的长度与从上海站到北京南站的距离相比,可以忽略不计,所以在研究复兴号列车从上海站到北京南站的时间时,可以将复兴号列车看作质点。情况3:复兴号列车车轮上某点的运动情况与车轮的大小和形状有关,这种情况下不能将复兴号列车看作质点。
2.在研究地球绕太阳公转和地球自转时,能否将地球看作质点?提示:研究地球绕太阳公转时,地球的形状和大小属于次要因素,地球可以看作质点。研究地球自转时,地球的形状不可忽略,不能将地球看作质点。
3.是不是很大的物体一定不能看作质点,而很小的物体一定可以看作质点?请举例说明。提示:不是。研究地球绕太阳的公转时可以把地球看作质点,而研究乒乓球的发球(如旋转问题)时不能把乒乓球看作质点。
【探究总结】1.将物体看成质点的条件:(1)物体的大小、形状对所研究的问题无影响或可以忽略不计的情况下,物体可看成质点。
(2)当物体上各部分的运动情况都相同时,物体上任何一点的运动情况都能反映物体的运动,物体可看成质点。(3)只研究物体的平动时,或物体虽转动但不研究转动及转动的各个部分时,可以把物体看作质点。
2.质点与几何点的异同:质点是一个理想化模型,质点没有体积,没有大小,也不是几何上的“点”,是一个与物体质量相等的,不占空间的抽象模型。
3.质点与物体的大小无关:(1)物体能否看成质点取决于所研究问题的性质,与物体的大小无关。(2)大的物体有时可以看成质点,如研究地球绕太阳公转时,可以把地球看成质点;小的物体有时不可以看成质点,如研究电子绕原子核旋转时,电子不可以看成质点。
【拓展延伸】物体看作质点的两个关键点(1)明确题目中要研究的问题是什么。质点是对实际物体科学的抽象,是研究物体运动时对实际物体进行的近似,真正的质点并不存在。
(2)分析物体的大小和形状对所研究问题的影响能否忽略不计。当物体的大小和形状对所研究问题的影响很小,可以忽略不计时,即可将其视为质点。
【典例示范】(2019·长沙高一检测)在对以下过程进行研究时,可将研究对象视为质点的是(　　)
【解析】选D。研究红旗L5礼宾车车轮的转动时,车轮的大小不能忽略,故不能看作质点,A错误;研究歼-20飞机在空中的姿态变化时,飞机的大小不能忽略,故不能看作质点,B错误;研究水陆两栖飞机“AG-600”离开水面时的螺旋桨的旋转时,不能将螺旋桨看作质点,C错误;研究“嫦娥四号”进入月背着陆准备轨道的速度时,可以忽略其大小形状,D正确。
【误区警示】质点的基本属性(1)只占有位置不占有空间。在物体的大小和形状不起作用,或者所起的作用并不显著而可以忽略不计时,我们近似地把该物体看作是一个具有质量、大小和形状可以忽略不计的理想物体,称为质点。
(2)具有物体的全部质量。质点就是有质量但不存在体积与形状的点。
【探究训练】1.(多选)下列关于质点的说法正确的是(　　)A.只要是小的物体,就可以看作质点B.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,可用质点来代替物体C.裁判判定跳水运动员的成绩,可以将其视为质点D.研究足球的运动轨迹可将其视为质点
【解析】选B、D。当物体的形状和大小对我们所研究的问题影响不大或者可以忽略时,物体可以看作一个有质量的点,即质点,与物体的大小无关,如地球比较大,但是研究地球的公转时可以将地球看作一个质点,A错误,B正确;裁判判定跳水运动员的成绩时需要研究跳水运动员的动作,所以不能看作质点,故C错误;研究足球的运动轨迹时,足球的形状和大小可以忽略,能看作质点,故D正确。
2.(2019·本溪高一检测) 下列说法正确的是(　　)A.在苹果园摘苹果,找成熟的大的苹果,可将苹果视为质点B.导弹将目标锁定敌舰的要害,如弹药舱,可将敌舰视为质点C.计算飞机在两地间的往返时间,可将飞机视为质点
D.设计月球车在月球表面抓月球土壤的动作,可将月球车视为质点
【解析】选C。找成熟的大的苹果时,必定要考虑苹果的体积大小,不可将苹果视为质点,故A错误;导弹将目标锁定敌舰的要害,不可将敌舰视为质点,故B错误;计算飞机在两地间的往返时间,飞机的大小相对于往返距离可以忽略不计,可将飞机视为质点,故C正确;研究月球车在月球表面抓取月球土壤的动作时,月球车的形状不能忽略不计,不可将月球车视为质点,故D错误。
【补偿训练】1.在研究下述运动时,能把物体看作质点的是(　　)A.研究空中跳水运动员的跳水动作B.研究飞往火星的宇宙飞船的最佳运行轨道C.研究地球自转D.研究一列火车通过长江大桥所需的时间
【解析】选B。研究跳水运动员在空中的跳水动作时,运动员的大小和形状不能忽略,不能看作质点,否则就无法研究他在空中的动作了,故A错误。研究飞往火星的宇宙飞船的最佳运行轨道时,宇宙飞船的大小相对于运动的距离很小,故宇宙飞船可看作质点,故B正确。研究地球自转时,因为地面上各点的运动状态不同,故不能看作质点,选项C错误;研究一列火车通过长江大桥所
需的时间,火车的长度不能忽略,故此时火车不能看作质点,故D错误。故选B。
2.关于质点,下列说法中正确的是(　　)A.评委为体操运动员刘璇的“跳马”动作评分时,可将刘璇看成质点B.质点是一个理想化模型,但实际是存在的C.物理学中的“质点”跟几何学中的“点”没有区别D.如果物体的大小和形状在所研究的问题中属于无关的或次要的因素,就可以把物体看作质点
【解析】选D。当物体的形状、大小对我们所研究的问题影响不大,或者可以忽略时,物体可以看作一个有质量的点,评委需要根据体操运动员的动作情况打分,所以不能看作质点,A错误,D正确;质点是理想化的模型,现实中是不存在的,B错误;几何中的点没有质量,而质点是一个有质量的点,C错误。本题选D。
3.(2019·娄底高一检测)下列情况中的物体,哪些可以看作质点(　　)A.研究一列火车通过长江大桥所需的时间B.研究乒乓球的旋转C.研究航天员翟志刚在太空出舱挥动国旗的动作D.用GPS确定快艇在大海中的位置
【解析】选D。研究火车通过长江大桥的时间,火车的长度不能忽略,不能把火车看成质点,故A错误;研究乒乓球的旋转时,乒乓球不能视为质点,否则就没有旋转了,故B错误;研究航天员翟志刚在太空出舱挥动国旗的动作时,航天员的大小和形状不能忽略,不能把翟志刚看成质点,故C错误;用GPS确定快艇在大海中的位置时,快艇的大小和形状可以忽略,可以把快艇看成质点,所以D正确。
主题二　参考系和坐标系【问题探究】探究点1　参考系选取原则文博站在自家的窗户旁,看到不远处一列高速行驶的“和谐号”动车飞驰而过,惊叹道:“真快呀!”子轩同学坐在此动车里随妈妈去旅游,她看到路旁树林飞速向后掠过,而回过头来看车厢时,却发现车厢没动。
(1)观察同一列动车的运动,为什么会出现这两种不同的现象呢?提示:这是因为选择的参考系不同。文博同学是以房屋(或地面)为参考系,发现动车位置在变化,所以文博同学认为动车在运动;子轩同学是以自己或动车为参考系,看到树林向后运动而车厢没有动。
(2)研究物体的运动时为什么必须选择参考系?提示:因为运动是绝对的,而静止是相对的,所以要描述一个物体是否运动、怎样运动的时候必须选择参考系。
探究点2　运动和静止的相对性在我国古典小说《镜花缘》中有这样一句话:“去岁一阵大风,把我院一口井忽然吹到篱笆外去。”为什么“井”会被“吹到篱笆外去”?
提示:运动和静止是相对的,一个物体的运动状态的确定,关键取决于所选取的参照物。所选取的参照物不同,得到的结论也不一定相同。人之所以看到“井”会被“吹到篱笆外去”,说明说这句话的人是以篱笆为参照物的;如果以地面为参照物,井相对于地面的位置没有发生变化,所以井是静止的。因此一般人不相信一口井会被大风吹到篱笆外去。
探究点3　坐标系描述下列三种运动需要建立怎样的坐标系?
情况1:描述百米运动员在运动中的位置。情况2:描述冰场上花样滑冰运动员的位置。情况3:描述翱翔在蓝天上的飞机的位置。
(1)情况1中应该建立怎样的坐标系?提示:以起点为坐标原点,建立一维直线坐标系。
(2)情况2中应该建立怎样的坐标系?提示:以冰场中心为坐标原点,向东为x轴正方向,向北为y轴正方向,建立二维平面直角坐标系。
(3)情况3中应该建立怎样的坐标系?提示:确定一点(如机场所在位置)为坐标原点,建立三维空间直角坐标系。
【探究总结】1.参考系的“四性”:(1)标准性:不管物体是运动还是静止,一旦被选为参考系,物体就被看作是静止的。(2)任意性:参考系的选取是任意的,以方便和使对物体运动的描述尽可能简单为原则,如不特别说明一般以地面为参考系。
(3)差异性:同一物体的运动,相对于不同的参考系一般是不同的。(4)同一性:比较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。
2.坐标系的建立:(1)如果物体沿直线运动,即一维运动时,可以以这条直线为x轴,在直线上规定原点、正方向和单位长度,建立直线坐标系。
(2)当物体在平面上运动,即二维运动时,需采用两个坐标确定它的位置。(3)当物体做空间运动,即三维运动时,需要三个坐标确定它的位置。
【拓展延伸】运动的相对性(1)对一个物体运动情况的描述,取决于所选的参考系,参考系选取不同,对同一个物体运动的描述一般也不同。
(2)相对静止:如果两个运动物体运动的快慢相同,运动的方向相同,我们就说这两个物体是相对静止的。例如,肩并肩一起走的两个人之间就是相对静止的。平时人们所说的静止的物体,就是指相对静止,绝对静止是没有的。
(3)凡是提到运动,都应搞清楚它是相对哪个参考系而言的。虽然生活中我们描述某物体的运动时,很少点明参考系,但是实际上我们已经自觉地选取了参考系。
【典例示范】(2019·武汉高一检测)在电视连续剧《西游记》中,常常有孙悟空“腾云驾雾”的镜头,这通常采用的是“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”。这时观众所选的参考系是(　　)
A.孙悟空　　 　　　　　　　B.平台C.观众D.孙悟空背后的云和雾
【解析】选D。“孙悟空”站在平台上,在他的背后有急速飘动的白云,就感觉到“孙悟空”在“腾云驾雾”。通过题目所给的条件,我们可以知道所选的参考系是“孙悟空”背后急速飘动的白云,认为白云静止不动的结果是“孙悟空”在飞速前进。故D正确,A、B、C错误。故选D。
【规律方法】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。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。
(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原则。
【探究训练】1.(2019·忻州高一检测)我们描述某个物体的运动时,总是相对一定的参考系。下列说法中正确的是(　　)A.我们说“日落西山”,是以山为参考系的
B. 我们说“地球围绕太阳转”,是以地球为参考系的C. 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D. 参考系必须选取地面或相对于地面不动的其他物体
【解析】选A。我们说“日落西山”,是假定地球(或与地球相对静止的地面上的物体)为参照物,A正确;我们说“地球围绕太阳转”,是假定太阳是静止不动的物体,所以是以太阳为参考系,B错误;坐在火车上的乘客看到车外景物的运动,是以自身(或火车)为参考系,而不是以地面为参考系,C错误;参考系是任意的,D错误。
2.下列关于运动的描述中,参考系的选取符合描述的是(　　)A.诗句“飞流直下三千尺”是以飞流作为参考系的B.“钱塘观潮时,观众只觉得潮水扑面而来”是以潮水作为参考系的
C.升国旗时,观察到国旗冉冉升起,观察者是以国旗作为参考系的D.“两岸猿声啼不住,轻舟已过万重山”是以万重山作为参考系的
【解析】选D。诗句“飞流直下三千尺”说明飞流相对于大地在高速运动,是以大地为参考系的,故A错误。“钱塘观潮时,观众只觉得潮水扑面而来”是描述潮水相对于观众在运动,是以观众为参考系的,故B错误。升国旗时,观察到国旗冉冉升起,观察者是以大地为参考系的,故C错误。“两岸猿声啼不住,轻舟已过万重山”是描述轻舟相对于“万重山”在运动,是以“万重山”为参考系的,故D正确。
3.好莱坞影星尚格·云顿为某卡车做广告,在高速行驶的卡车之间气定神闲地摆出“一字马”姿势,下列说法正确的是(　　)
A.以地面作为参考系,影星是静止的B.以卡车作为参考系,影星是运动的C.若其中一辆卡车减速,影星仍可能完成该动作D.两辆卡车同时加速,影星仍可能保持该姿势
【解析】选D。以地面作为参考系,影星是运动的;以卡车作为参考系,影星是静止的,故A、B错误;若其中一辆卡车减速,影星不可能相对两车都静止,无法完成该动作,故C错误; 两辆卡车同时加速,影星随卡车一起加速,仍可能保持该姿势,故D正确。
【补偿训练】1.(多选)甲、乙、丙三架观光电梯,甲中乘客看一高楼在向下运动,乙中乘客看甲在向下运动,丙中乘客看甲、乙都在向上运动。这三架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
【解析】选B、C、D。甲中乘客看一高楼在向下运动,说明甲一定向上运动;乙中乘客看甲在向下运动,说明乙也向上运动,且其速度比甲快,A错误;若丙不动,则会看到甲、乙都向上运动,B正确;若丙向下,则也会看到甲、乙向上运动,C正确;若丙也向上,速度比甲、乙都慢,则会看到甲、乙向上运动,D正确。故选B、C、D。
2.“天舟一号”与“天宫二号”顺利完成第一次自动交会对接,在对接时,两者要保持一样的运动速度,下列说法正确的是(　　)
A.组合体相对地球是静止的B.“天舟一号”相对于“天宫二号”是运动的C.组合体相对于地球是运动的D.“天舟一号”相对于地球是运动的,“天宫二号”相对于地球是静止的
【解析】选C。以地球为参考系,“天舟一号”和“天宫二号”对接时,两者在围绕地球高速运动,A、D错误,C正确;在“天舟一号”与“天宫二号”对接时,两者要保持一样的运动速度,两者相对静止,B错误。