高考物理 1.1《質點參考系和坐標系》課件 新人教版必修110.ppt

第一章 1 1質點參考系和坐標系 請您欣賞 請您欣賞 請您欣賞 毛主席著名詩詞 送瘟神 中 坐地日行八萬里 巡天遙看一天河 從這句話中描述的 人到底是運動還是靜止的呢 大家一起來討論下右邊的這幅圖車中的人是靜止還是運動的 1 1質點 參考系和坐標系 勻速飛行的飛機上 駕駛員看跳傘員是直線下落還是直線下落呢 地面上的人觀察跳傘員和駕駛員看到的一樣嗎 一 機械運動1 定義 物體空間位置隨時間的變化 2 注 運動是絕對的 靜止是相對的 自然界中一切物體都在不停地運動著 描述物體的運動必須要有個參照標準 位置的變化 一個物體相對于另一物體物體的一部分相對于另一部分 二 參考系1 定義 描述一個物體的運動時 選定作為參考的其他物體 2 注 描述物體是否運動是看相對于參考系的位置是否改變 事先假定參考系不動 選取不同的參考系來觀察同一物體的運動結果往往是不同 參考系的選取可以是任意的 實際解題應以觀測方便和使物體的運動盡可能簡單為原則 通常選取地面為參考系 比較兩個物體的運動應選同一參考系 課堂反饋 1 描述一個物體運動時 參考系 A 可以任意選取B 是一定的 2 選擇不同的參考系來觀察同一個物體運動時 其結果 A 可能不同B 一定相同 A A 在二戰(zhàn)時期的某次空戰(zhàn)中 一法國戰(zhàn)斗機駕駛員在飛行中伸手觸到了一顆 停 在駕駛艙邊的子彈 你如何理解這一 奇怪 的現(xiàn)象 臥看滿天云不動 不知云與我俱東 云不動 是以為參考系 云與我俱東 是以為參考系 船 河岸 提問 當我們研究地球公轉的規(guī)律時怎么樣看待地球 如果研究其自轉 考查地球上各點的運動 還可以把地球看作一個點嗎 再看下面的例子 三 物體和質點1 質點的定義 用來代替物體的有質量的點 2 物體可以看作質點的條件 物體的形狀 大小 體積對所研究的問題的影響可以忽略不計 3 注 質點是一種科學抽象的理想模型 物體本身大小不是能否看成質點的標準 物體能否看成質點取決于所研究問題的性質 同一物體有時可看成質點 有時不可看作質點 課堂反饋 3 質點是沒有 沒有 具有物體的點 4 能看作質點的物體一定是很小的物體嗎 5 質點是一種的模型 實際中是不存在的 大小 形狀 全部質量 理想化 如果一個物體可以看做質點的物體沿直線運 怎樣定量的描述物體的位置變化呢 請同學們看書的第12頁回答上面的回題 6 下列關于質點的說法正確的是 A 質點是一個理想化模型 實際并不存在B 因為質點沒有大小 所以與幾何中的點沒有區(qū)別C 凡輕小的物體 都可看作質點D 如果物體的大小和形狀對所研究的問題屬于無關或次要因素 就可以把物體看作質點 AD 7 研究下列運動時 可以把物體看作質點的是 A 做精彩表演的花樣滑冰運動員B 參加馬拉松比賽的運動員C 研究飛出槍口的子彈運動軌跡時的子彈D 研究繞地球運動一周所用時間的航天飛機 BCD 大的物體一定不能看作質點嗎 小的物體一定能看作質點嗎 將物體看作質點的條件是什么 思考 在下列問題中 能否將物體看作質點 研究地球繞太陽的公轉 一列沿京滬鐵路運行的列車 若要研究它從北京到上海的運動時 能否將它視為質點 研究由于地球的自轉而造成各處季節(jié)的變化時 能否將地球視為質點 研究火車通過一座橋梁運動時 能否將火車視為質點 四 坐標系1 坐標系 2 全球衛(wèi)星定位系 GPS 24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上 以12小時的周期環(huán)繞地球運行 使得在任意時刻 在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星 由于衛(wèi)星的位置精確可知 在GPS觀測中 我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離 利用三維坐標中的距離公式 利用3顆衛(wèi)星 就可以組成3個方程式 解出觀測點的位置 X Y Z 考慮到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差 實際上有4個未知數(shù) X Y Z和鐘差 因而需要引入第4顆衛(wèi)星 形成4個方程式進行求解 從而得到觀測點的經緯度和高程 事實上 接收機往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星 這時 接收機可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組 每組4顆 然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位 從而提高精度 由于衛(wèi)星運行軌道 衛(wèi)星時鐘存在誤差 大氣對流層 電離層對信號的影響 以及人為的SA保護政策 使得民用GPS的定位精度只有100米 為提高定位精度 普遍采用差分GPS DGPS 技術 建立基準站 差分臺 進行GPS觀測 利用已知的基準站精確坐標 與觀測值進行比較 從而得出一修正數(shù) 并對外發(fā)布 接收機收到該修正數(shù)后 與自身的觀測值進行比較 消去大部分誤差 得到一個比較準確的位置 實驗表明 利用差分GPS 定位精度可提高到5米 全球定位系統(tǒng)屬于美國第二代衛(wèi)星導航系統(tǒng) 是在子午儀衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的 它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經驗 和子午儀系統(tǒng)一樣 全球定位系統(tǒng)由空間部分 地面監(jiān)控部分和用戶接收機三大部分組成 該系統(tǒng)的空間部分使用24顆高度約2 02萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座 21 3顆衛(wèi)星均為近圓形軌道 運行周期約為11小時58分 分布在六個軌道面上 每軌道面四顆 軌道傾角為55度 衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方 任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星 并能保持良好定位解算精度的幾何圖形 DOP 這就提供了在時間上連續(xù)的全球導航能力 GPS衛(wèi)星已發(fā)展至BlockII型式的定位衛(wèi)星 由RockwellInternational制造 在軌道上重量約1 900磅 太陽能接收板長度約17呎 于1994年完成第24顆衛(wèi)星的發(fā)射 因此目前太空中有24顆GPS衛(wèi)星可供定位運用 繞行地球一周需12恒星時 每日可繞行地球2周 這也就是說 不論任何時間 任何地點 至少有4顆以上的衛(wèi)星出現(xiàn)在我們的上空 目前全球有五個地面衛(wèi)星監(jiān)控站 分布于夏威夷 亞森欣島 迪亞哥加西亞 瓜加林島 科羅拉多泉 這些衛(wèi)星地面控制站 同時監(jiān)控GPS衛(wèi)星的運作狀態(tài)及它們在太空中的精確位置 主地面控制站更負責傳送衛(wèi)星瞬時常數(shù) Ephemera sConstant 及時脈偏差 ClockOffsets 的修正量 再由衛(wèi)星將這些修正量提供給GPS接收器做為定位運用 GPS的定位是利用衛(wèi)星基本三角定位原理 GPS接收裝置以測量無線電信號的傳輸時間來量測距離 以距離來判定衛(wèi)星在太空中的位置 這是一種高軌道與精密定位的觀測方式 假設衛(wèi)星在11 000英哩高處 測量我們的距離 首先以11 000英哩為半徑 以此衛(wèi)星為圓心畫一圓 而我們位置正處于球面上 再假設第二顆衛(wèi)星距離我們12 000英哩 而我們正處于這二顆球所交集的圓周上 現(xiàn)在我們再以第三顆衛(wèi)星做精密定位 假設高度13 000英哩 我們即可進一步縮小范圍到二點位置上 但其中一點為非我們所在的位置極有可能在太空中的某一點 因此 我們舍棄這一點參考點 選擇另一點為位置參考點 如果要獲得更精確的定位 則必定要再測量第四個顆衛(wèi)星 從基本物理的觀念上來說 以訊號傳輸?shù)臅r間乘以速度即是我們與衛(wèi)星的距離 我們將此測得的距離稱為虛擬距離 在GPS的測量上 我們測的是無線信號 速度幾乎達18萬6千英哩 Sec的光速 而時間卻短的驚人 甚至只要0 06秒 時間的測量需要二個不同的時表 一個時表裝置于衛(wèi)星上以記錄無線電信號傳送的時間 另一個時表則裝置在接收器上 用以記錄無線電信號接收的時間 雖然衛(wèi)星傳送信號至接收器的時間極短 但時間上并不同步 假設衛(wèi)星與接收器同時發(fā)出聲音給我們 我們會聽到二種不同的聲音