高中物理教科版必修一第一章第一節(jié)：質(zhì)點(diǎn) 參考系課件

1、 一、機(jī)械運(yùn)動(dòng)：一、機(jī)械運(yùn)動(dòng)： 物體在空間中所處的位置的變化物體在空間中所處的位置的變化 怎樣判斷動(dòng)與靜？怎樣判斷動(dòng)與靜？ 右圖車(chē)中的人是靜右圖車(chē)中的人是靜 止還是運(yùn)動(dòng)的？止還是運(yùn)動(dòng)的？ 可分為：直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)、可分為：直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)、 平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)等平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)等 “坐地日行八萬(wàn)里，巡天遙看一千河坐地日行八萬(wàn)里，巡天遙看一千河” （毛澤東詩(shī)詞）毛澤東詩(shī)詞） 這句話中描述的人到底是運(yùn)動(dòng)還這句話中描述的人到底是運(yùn)動(dòng)還 是靜止的呢？是靜止的呢？ 勻速飛行的飛機(jī)上，駕駛員看跳傘員是直線下勻速飛行的飛機(jī)上，駕駛員看跳傘員是直線下 落還是曲線下落呢？地面上的人觀察跳傘員和駕落還是曲線下落呢？地面上的

2、人觀察跳傘員和駕 駛員看到的一樣嗎？駛員看到的一樣嗎？ 可見(jiàn)，物體的可見(jiàn)，物體的 運(yùn)動(dòng)和靜止是運(yùn)動(dòng)和靜止是 相對(duì)的。相對(duì)的。 2、注意：、注意：描述物體是否運(yùn)動(dòng)是看相描述物體是否運(yùn)動(dòng)是看相 對(duì)于參考系的位置是否改變，事先對(duì)于參考系的位置是否改變，事先假定假定 參考系不動(dòng)參考系不動(dòng)； 選取不同的參考系來(lái)觀察同一物體的運(yùn)選取不同的參考系來(lái)觀察同一物體的運(yùn) 動(dòng)結(jié)果往往是不同動(dòng)結(jié)果往往是不同； 二、參考系：二、參考系： 1 1、定義：描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，選、定義：描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，選 定作為參考的其他物體。定作為參考的其他物體。 參考系的選取可以是任意的，實(shí)參考系的選取可以是任意的，實(shí) 際解題應(yīng)

3、以觀測(cè)方便和使物體的運(yùn)動(dòng)盡際解題應(yīng)以觀測(cè)方便和使物體的運(yùn)動(dòng)盡 可能可能簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單為原則；為原則； 通常選取地面為參考系；通常選取地面為參考系； 比較兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)應(yīng)選同一參考系比較兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)應(yīng)選同一參考系。 課堂反饋：課堂反饋： 1.描述一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)描述一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí),參考系參考系( ) A.可以任意選取可以任意選取 B.是一定的是一定的 2.選擇不同的參考系來(lái)觀察同一個(gè)物體選擇不同的參考系來(lái)觀察同一個(gè)物體 運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí),其結(jié)果其結(jié)果( ) A.可能不同可能不同 B.一定相同一定相同 A A 提問(wèn)提問(wèn):當(dāng)我們研究地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律時(shí)怎么樣看待當(dāng)我們研究地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律時(shí)怎么樣看待 地球地球? 如

4、果研究其自轉(zhuǎn)如果研究其自轉(zhuǎn),考查地球上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)考查地球上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),還可以還可以 把地球看作一個(gè)點(diǎn)嗎？把地球看作一個(gè)點(diǎn)嗎？ 再看下面再看下面 的例子的例子 三、物體和質(zhì)點(diǎn)三、物體和質(zhì)點(diǎn) 1、質(zhì)點(diǎn)的定義：用來(lái)代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)。、質(zhì)點(diǎn)的定義：用來(lái)代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)。 2、物體可以看作質(zhì)點(diǎn)的條件：、物體可以看作質(zhì)點(diǎn)的條件： 物體的形狀、大小、體積對(duì)所研究的問(wèn)題的影響物體的形狀、大小、體積對(duì)所研究的問(wèn)題的影響 可以忽略不計(jì)?？梢院雎圆挥?jì)。 3、注：、注：質(zhì)點(diǎn)是一種科學(xué)抽象的理想模型；質(zhì)點(diǎn)是一種科學(xué)抽象的理想模型； 物體本身大小不是能否看成質(zhì)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)；物體本身大小不是能否看成質(zhì)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)； 物體能

5、否看成質(zhì)點(diǎn)取決于所物體能否看成質(zhì)點(diǎn)取決于所研究問(wèn)題的性研究問(wèn)題的性 質(zhì)質(zhì)，同一物體有時(shí)可看成質(zhì)點(diǎn)，有時(shí)不可看作質(zhì)點(diǎn)。，同一物體有時(shí)可看成質(zhì)點(diǎn)，有時(shí)不可看作質(zhì)點(diǎn)。 課堂反饋：課堂反饋： 3.質(zhì)點(diǎn)是沒(méi)有質(zhì)點(diǎn)是沒(méi)有 ,沒(méi)有沒(méi)有 ,具有物具有物 體體 的點(diǎn)的點(diǎn) 4.能看作質(zhì)點(diǎn)的物體一定是很小的物體嗎能看作質(zhì)點(diǎn)的物體一定是很小的物體嗎? 5.5.質(zhì)點(diǎn)是一種質(zhì)點(diǎn)是一種 的模型的模型, ,實(shí)際中是實(shí)際中是 不存在的不存在的! ! 大小大小 形狀形狀 全部質(zhì)量全部質(zhì)量 理想化理想化 課本課本P4:3,5P4:3,5 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS） 手持式手持式GPS定位器定位器 車(chē)載車(chē)載GPS定

6、位系統(tǒng)定位系統(tǒng)1 車(chē)載車(chē)載GPS定位系統(tǒng)定位系統(tǒng)2 24顆顆GPS衛(wèi)星在離地面衛(wèi)星在離地面1萬(wàn)萬(wàn)2千公里的高空上，以千公里的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地小時(shí)的周期環(huán)繞地 球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆以顆以 上的衛(wèi)星。上的衛(wèi)星。 由于衛(wèi)星的位置精確可知，在由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測(cè)中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)觀測(cè)中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī) 的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程個(gè)方程 式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置式，解出

7、觀測(cè)點(diǎn)的位置(X,Y,Z)。考慮到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤。考慮到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤 差，實(shí)際上有差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形顆衛(wèi)星，形 成成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。 事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi)顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi) 星的星座分布分成若干組，每組星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過(guò)算法挑選出誤差最小的一顆，然后通過(guò)算法挑選出誤差最小的一 組用作定位，從而提高

8、精度。組用作定位，從而提高精度。 由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對(duì)流層、電離層對(duì)信號(hào)由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對(duì)流層、電離層對(duì)信號(hào) 的影響，以及人為的的影響，以及人為的SA保護(hù)政策，使得民用保護(hù)政策，使得民用GPS的定位精度只有的定位精度只有100米。米。 為提高定位精度，普遍采用差分為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技術(shù)，建立基準(zhǔn)站技術(shù)，建立基準(zhǔn)站(差分臺(tái)差分臺(tái)) 進(jìn)行進(jìn)行GPS觀測(cè)，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測(cè)值進(jìn)行比較，從而得觀測(cè)，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測(cè)值進(jìn)行比較，從而得 出一修正數(shù)，并對(duì)外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測(cè)值進(jìn)行出

9、一修正數(shù)，并對(duì)外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測(cè)值進(jìn)行 比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分 GPS，定位精度可提高到，定位精度可提高到5米。米。 全球定位系統(tǒng)屬于美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的全球定位系統(tǒng)屬于美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的 基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。和子午儀系統(tǒng)一樣，基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。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(jī)三大部分組成。該全球定位系統(tǒng)由空間部分、

10、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。該 系統(tǒng)的空間部分使用系統(tǒng)的空間部分使用 24 顆高度約顆高度約 2.02 萬(wàn)千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。萬(wàn)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(yùn)行周期約為顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為 11 小時(shí)小時(shí) 58 分，分布在六個(gè)軌道面分，分布在六個(gè)軌道面 上（每軌道面四顆），軌道傾角為上（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度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地 方，任何時(shí)間都可觀測(cè)到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的方，任何時(shí)間都可觀測(cè)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（幾何圖形（ D

11、OP ）。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。）。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?GPS 衛(wèi)星已發(fā)展至衛(wèi)星已發(fā)展至 Block II 型式的定位衛(wèi)星，型式的定位衛(wèi)星， 由由 Rockwell International 制造，在軌道上重量約制造，在軌道上重量約 1,900 磅，太陽(yáng)能接收板長(zhǎng)度約磅，太陽(yáng)能接收板長(zhǎng)度約 17 呎，于呎，于 1994 年完成第年完成第 24 顆衛(wèi)星的發(fā)射。因此目前太空中有顆衛(wèi)星的發(fā)射。因此目前太空中有 24 顆顆 GPS 衛(wèi)衛(wèi) 星可供定位運(yùn)用，繞行地球一周需星可供定位運(yùn)用，繞行地球一周需 12 恒星時(shí)，每日可繞行地球恒星時(shí)，每日可繞行地球 2 周，這也周

12、，這也 就是說(shuō)，不論任何時(shí)間，任何地點(diǎn)，至少有就是說(shuō)，不論任何時(shí)間，任何地點(diǎn)，至少有 4 顆以上的衛(wèi)星出現(xiàn)在我們的顆以上的衛(wèi)星出現(xiàn)在我們的 上空。上空。 目前全球有五個(gè)地面衛(wèi)星監(jiān)控站，分布于夏威夷、亞森欣島、迪亞哥加目前全球有五個(gè)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(shí)監(jiān)控西亞、瓜加林島、科羅拉多泉，這些衛(wèi)星地面控制站，同時(shí)監(jiān)控 GPS 衛(wèi)星衛(wèi)星 的運(yùn)作狀態(tài)及它們?cè)谔罩械木_位置，主地面控制站更負(fù)責(zé)傳送衛(wèi)星瞬的運(yùn)作狀態(tài)及它們?cè)谔罩械木_位置，主地面控制站更負(fù)責(zé)傳送衛(wèi)星瞬 時(shí)常數(shù)時(shí)常數(shù) (Ephemeras Constant) 及

13、時(shí)脈偏差及時(shí)脈偏差 (Clock Offsets) 的修正量，的修正量， 再由衛(wèi)星將這些修正量提供給再由衛(wèi)星將這些修正量提供給 GPS 接收器做為定位運(yùn)用。接收器做為定位運(yùn)用。 GPS的定位是利用衛(wèi)星基本三角定位原理，的定位是利用衛(wèi)星基本三角定位原理，GPS接收裝置以測(cè)量無(wú)線電接收裝置以測(cè)量無(wú)線電 信號(hào)的傳輸時(shí)間來(lái)量測(cè)距離，以距離來(lái)判定衛(wèi)星在太空中的位置，這是信號(hào)的傳輸時(shí)間來(lái)量測(cè)距離，以距離來(lái)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一種高軌道與精密定位的 觀測(cè)方式。假設(shè)衛(wèi)星在觀測(cè)方式。假設(shè)衛(wèi)星在11,000英哩高處，測(cè)量英哩高處，測(cè)量 我們的距離，首先以我們的距離，首先以11,00

14、0英哩為半徑，以此衛(wèi)星為圓心畫(huà)一圓，而我英哩為半徑，以此衛(wèi)星為圓心畫(huà)一圓，而我 們位置正處于球面上。再假設(shè)第二顆衛(wèi)星距離我們們位置正處于球面上。再假設(shè)第二顆衛(wèi)星距離我們12,000英哩，而我們英哩，而我們 正處于這二顆球所交集的圓周上?，F(xiàn)在我們?cè)僖缘谌w衛(wèi)星做精密定位，正處于這二顆球所交集的圓周上?，F(xiàn)在我們?cè)僖缘谌w衛(wèi)星做精密定位， 假設(shè)高度假設(shè)高度13,000 英哩，我們即可進(jìn)一步縮小范圍到二點(diǎn)位置上，但其中英哩，我們即可進(jìn)一步縮小范圍到二點(diǎn)位置上，但其中 一點(diǎn)為非我們所在的位置極有可能在太空中的某一點(diǎn)，因此，我們舍棄一點(diǎn)為非我們所在的位置極有可能在太空中的某一點(diǎn)，因此，我們舍棄 這一點(diǎn)參考

15、點(diǎn)，選擇另一點(diǎn)為位置參考點(diǎn)。這一點(diǎn)參考點(diǎn)，選擇另一點(diǎn)為位置參考點(diǎn)。 如果要獲得更精確的定位，如果要獲得更精確的定位， 則必定要再測(cè)量第四個(gè)顆衛(wèi)星，從基本物理的觀念上來(lái)說(shuō)，以訊號(hào)傳輸則必定要再測(cè)量第四個(gè)顆衛(wèi)星，從基本物理的觀念上來(lái)說(shuō)，以訊號(hào)傳輸 的時(shí)間乘以速度即是我們與衛(wèi)星的距離，我們將此測(cè)得的距離稱(chēng)為虛擬的時(shí)間乘以速度即是我們與衛(wèi)星的距離，我們將此測(cè)得的距離稱(chēng)為虛擬 距離，在距離，在GPS的測(cè)量上，我們測(cè)的是無(wú)線信號(hào)，速度幾乎達(dá)的測(cè)量上，我們測(cè)的是無(wú)線信號(hào)，速度幾乎達(dá)18萬(wàn)萬(wàn)6千英千英 哩哩/Sec的光速，而時(shí)間卻短的驚人，甚至只要的光速，而時(shí)間卻短的驚人，甚至只要0.06秒，時(shí)間的測(cè)量需要秒，時(shí)間的測(cè)量需要 二個(gè)不同的時(shí)表，一個(gè)時(shí)表裝置于衛(wèi)星上以記錄無(wú)線電信號(hào)傳送的時(shí)間，二個(gè)不同的時(shí)表，一個(gè)時(shí)表裝置于衛(wèi)星上以記錄無(wú)線電信號(hào)傳送的時(shí)間， 另一個(gè)時(shí)表則裝置在接收器上，用以記錄無(wú)線電信號(hào)接收的時(shí)間，雖然另一個(gè)時(shí)表則裝置在接收器上，用以記錄無(wú)線電信號(hào)接收的時(shí)間，雖然 衛(wèi)星傳送信號(hào)至接收器的時(shí)間極短，但時(shí)間上并不同步，假設(shè)衛(wèi)星與接衛(wèi)星傳送信號(hào)至接收器的時(shí)間極短，但時(shí)間上并不同步，假設(shè)衛(wèi)星與接 收器同時(shí)發(fā)出聲音給我們，我們會(huì)聽(tīng)到二種不同的聲音，這是因?yàn)樾l(wèi)星收器同時(shí)發(fā)出聲音給我們，我們會(huì)聽(tīng)到二種