11質(zhì)點參考系和坐標(biāo)系 (2)

1、第一章第一章 運動的描述運動的描述機械運動：物體的位置隨時間發(fā)生變化機械運動：物體的位置隨時間發(fā)生變化一、物體和質(zhì)點一、物體和質(zhì)點1、質(zhì)點的定義：用來代替物體的有、質(zhì)點的定義：用來代替物體的有質(zhì)量質(zhì)量的物質(zhì)的物質(zhì)點點。2、物體可以看作質(zhì)點的條件：、物體可以看作質(zhì)點的條件： 物體的形狀、大小對所物體的形狀、大小對所研究的問題研究的問題的影響可以的影響可以忽忽略略。3、注意：、注意：質(zhì)點是一種科學(xué)抽象的理想模型；質(zhì)點是一種科學(xué)抽象的理想模型；物體本身大小不是能否看成質(zhì)點的標(biāo)準(zhǔn)；物體本身大小不是能否看成質(zhì)點的標(biāo)準(zhǔn)；物體能否看成質(zhì)點取決于所研究的問題，同一物物體能否看成質(zhì)點取決于所研究的問題，同一物體

2、有時可看成質(zhì)點，有時不可看作質(zhì)點。體有時可看成質(zhì)點，有時不可看作質(zhì)點。第一節(jié)第一節(jié) 質(zhì)點、參考系和坐標(biāo)系質(zhì)點、參考系和坐標(biāo)系例 1下列關(guān)于質(zhì)點的說法正確的是()A質(zhì)點是客觀存在的一種物體，其體積比分子還小B很長的火車一定不可以看做質(zhì)點C為正在參加吊環(huán)比賽的陳一冰打分時，裁判們可以把陳一冰看做質(zhì)點D如果物體的形狀和大小對所研究的問題無影響，即可把物體看做質(zhì)點D二、參考系二、參考系自然界中一切物體都在永恒的運動著自然界中一切物體都在永恒的運動著,絕對靜止的物體是絕對靜止的物體是沒有的，所以說：運動是絕對的，靜止是相對的。沒有的，所以說：運動是絕對的，靜止是相對的。1、定義：描述一個物體的運動時，選

3、定作為參考的假、定義：描述一個物體的運動時，選定作為參考的假定不動的物體。定不動的物體。2、注意：、注意：描述物體是否運動是看相對于參考系的位置是否改變；描述物體是否運動是看相對于參考系的位置是否改變；選取不同的參考系來觀察同一物體的運動結(jié)果往往是選取不同的參考系來觀察同一物體的運動結(jié)果往往是不同；不同；參考系的選取可以是任意的，實際上我們選擇的參考參考系的選取可以是任意的，實際上我們選擇的參考系應(yīng)以解決問題盡可能簡單為原則；系應(yīng)以解決問題盡可能簡單為原則；一般選取地面為參考系；一般選取地面為參考系；比較兩個物體的運動應(yīng)選同一參考系。比較兩個物體的運動應(yīng)選同一參考系。例 2有這樣的詩句“滿眼風(fēng)

4、波多閃爍，看山恰似走來迎，仔細看山山不動，是船行”其中“看山恰似走來迎”和“山不動，是船行”所選的參考系分別是()A船和山B山和船C地面和山D河岸和流水A 三、坐標(biāo)系三、坐標(biāo)系x/m0 1 2 3-1一維一維二維（直角坐標(biāo)系）二維（直角坐標(biāo)系）x/my/m102-2-1-1-221例 32016 年奧運會將在巴西里約熱內(nèi)盧舉辦，在以下幾個奧運會比賽項目中，研究對象可視為質(zhì)點的是()A在撐竿跳高比賽中研究運動員手中的支撐竿在支撐地面過程中的轉(zhuǎn)動情況時B確定馬拉松運動員在比賽中的位置時C跆拳道比賽中研究運動員動作時D乒乓球比賽中研究乒乓球的旋轉(zhuǎn)時B 24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上，以

5、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(biāo)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)?？紤]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(jīng)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，

6、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(shù)，建立基準(zhǔn)站(差分臺)進行GPS觀測，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，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(zhǔn)確的位置。實驗表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）全球定位系統(tǒng)屬于美國第二代衛(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)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)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

7、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?qū)Ш侥芰Α?GPS 衛(wèi)星已發(fā)展至 Block II 型式的定位衛(wèi)星， 由 Rockwell International 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)

8、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(zé)傳送衛(wèi)星瞬時常數(shù) (Ephemeras Constant) 及時脈偏差 (Clock Offsets) 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

9、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(shè)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(shè)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?，F(xiàn)在我們再以第三顆衛(wèi)星做精密定位，假設(shè)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