高中物理必修一： 質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系 時(shí)間和位移

1、 質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系 時(shí)間和位移知識(shí)點(diǎn)一：質(zhì)點(diǎn)要點(diǎn)詮釋：1.提出問題“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星為立方體，兩側(cè)太陽能電池帆板最大跨度達(dá)18.1m，重2350 kg，近觀相當(dāng)龐大，但相對(duì)蒼茫宇宙空間又是如此渺小，出現(xiàn)在指揮熒光屏上也僅是一個(gè)光點(diǎn)，科學(xué)工作者在研究其運(yùn)行位置、飛行速度和軌道等問題時(shí)，有沒有必要考慮其大小和形狀?(沒有必要)實(shí)際研究中會(huì)采取一種怎樣的科學(xué)模型呢?(質(zhì)點(diǎn))2.質(zhì)點(diǎn)定義：用來代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)物體看成質(zhì)點(diǎn)的條件：物體的大小、形狀對(duì)所研究問題的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，可視物體為質(zhì)點(diǎn)如：地球很大，但地球繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)，地球的大小就變成次要因素，我們完全可以把地球當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)看待當(dāng)然，在研究地球

2、自轉(zhuǎn)時(shí)，就不能把地球看成質(zhì)點(diǎn)了研究火車從北京到上海的運(yùn)動(dòng)時(shí)可以把火車視為質(zhì)點(diǎn)，但研究火車過橋的時(shí)間時(shí)就不能把火車看成質(zhì)點(diǎn)了當(dāng)研究的問題不明確時(shí)，可遵循分析問題的習(xí)慣：一般來說當(dāng)物體上各個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況都相同時(shí)，可用物體上個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)代替整個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，研究其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)時(shí)，可將它視為質(zhì)點(diǎn)；做轉(zhuǎn)動(dòng)的物體，當(dāng)研究其細(xì)微特征時(shí)不能將其視為質(zhì)點(diǎn)；但是當(dāng)物體有轉(zhuǎn)動(dòng)，且因轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的差異對(duì)研究問題的影響忽略時(shí)，物體也可視為質(zhì)點(diǎn)此外物體的大小不是判斷物體能否作為質(zhì)點(diǎn)的依據(jù)質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)理想模型，要區(qū)別于幾何學(xué)中的點(diǎn)3.質(zhì)點(diǎn)的物理意義實(shí)際存在的物體都有一定的形狀和大小，有質(zhì)量而無大小的點(diǎn)是不存在的，那么定義和研究質(zhì)點(diǎn)的意

3、義何在?質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)理想的物理模型，盡管不是實(shí)際存在的物體，但它是實(shí)際物體的一種近似，是為了研究問題的方便而進(jìn)行的科學(xué)抽象，它突出了事物的主要特征，抓住了主要因素，忽略了次要因素，使所研究的復(fù)雜問題得到了簡化在物理學(xué)的研究中，“理想模型”的建立，具有十分重要的意義引入“理想模型”，可以使問題的處理大為簡化而又不會(huì)發(fā)生大的偏差，在現(xiàn)實(shí)世界中，有許多實(shí)際的事物與這種“理想模型”十分接近，在一定條件下，作為一種近似，可以把實(shí)際事物當(dāng)作“理想模型”來處理，即可以將研究“理想模型”的結(jié)果直接地應(yīng)用于實(shí)際事物例如：在研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于地球的直徑(約1.3×104km)比地球和太陽之間

4、的距離(約1.5×108km)小得多，地球上各點(diǎn)相對(duì)于太陽的運(yùn)動(dòng)可以看做是相同的，即地球的形狀、大小可以忽略不計(jì)，在這種情況下，就可以直接把地球當(dāng)作一個(gè)“質(zhì)點(diǎn)”來處理知識(shí)點(diǎn)二：參考系要點(diǎn)詮釋：1.提出問題坐船在河中旅行的人觀看兩岸的風(fēng)景時(shí)，常有“看山恰似走來迎”的感覺，而變換一下目光，又感到“仔細(xì)看山山不動(dòng)”，同是那一座山，為什么有時(shí)感覺它是動(dòng)的而有時(shí)卻感覺它是靜止不動(dòng)的呢?平常我們認(rèn)為坐在屋子里的人是不動(dòng)的，而毛澤東卻有詩日：“坐地日行八萬里”，這又是怎么回事呢?其實(shí)，要描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，首先要選定某個(gè)其他物體來作參考2.參考系定義：在描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，選來作為標(biāo)準(zhǔn)的另外的某

5、個(gè)物體叫參考系物體的運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)參考系而言的，這是運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性一個(gè)物體是否運(yùn)動(dòng)，怎樣運(yùn)動(dòng)，決定于它相對(duì)于所選的參考系的位置是否變化、怎樣變化同一物體，選取不同的參考系，其運(yùn)動(dòng)情況可能不同，如：路邊的樹木，若以地面為參考系是靜止的，若以行駛的汽車為參考系，樹木是運(yùn)動(dòng)的，這就是我們坐在車?yán)锴斑M(jìn)時(shí)感到樹木往后倒退的原因“看山恰似走來迎”是以船為參考系，“仔細(xì)看山山不動(dòng)”是以河岸為參考系“坐地日行八萬里”是以地心為參考系，因?yàn)槿穗S地球自轉(zhuǎn)，而地球周長約八萬里參考系的選擇是任意的，但應(yīng)以觀測(cè)方便和使運(yùn)動(dòng)的描述盡可能簡單為原則研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，常選地面為參考系知識(shí)點(diǎn)三:坐標(biāo)系要點(diǎn)詮釋：1.提出問題對(duì)

6、于在平面上運(yùn)動(dòng)的物體，例如在做花樣滑冰的運(yùn)動(dòng)員，要描述他的位置，你認(rèn)為應(yīng)該怎樣做呢?當(dāng)然是建立平面直角坐標(biāo)系2.坐標(biāo)系要準(zhǔn)確地描述物體的位置及位置變化需要建立坐標(biāo)系如果物體沿直線運(yùn)動(dòng)，可以以這條直線為x軸，在直線上規(guī)定原點(diǎn)、正方向和單位長度，就建立了直線坐標(biāo)系物體在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以建立二維平面直角坐標(biāo)系空間內(nèi)物體的運(yùn)動(dòng)，可建立三維的空間直角坐標(biāo)系例如：描述高空中飛行的飛機(jī)時(shí)可建立三維的空間坐標(biāo)系如圖所示為三種不同的坐標(biāo)系，其中：(A)中M點(diǎn)位置坐標(biāo)為x2m；(B)中N點(diǎn)位置坐標(biāo)為x3m，y4m；(C)中P點(diǎn)位置坐標(biāo)為x2m，y3m，z0m知識(shí)點(diǎn)四：時(shí)刻和時(shí)間間隔要點(diǎn)詮釋：1.提出問題生活中經(jīng)

7、常用到“時(shí)間”一詞，如：火車到站時(shí)間是12時(shí)45分，開出時(shí)間是12時(shí)50分，在本站停留時(shí)間是5分鐘，前兩句話中的“時(shí)間”與第三句話中的“時(shí)間”的含義是否相同，如何區(qū)分?平常所說的“時(shí)間”，有時(shí)指時(shí)刻，有時(shí)指時(shí)間間隔，如前述三句話中前兩個(gè)“時(shí)間”都是指時(shí)刻，第三個(gè)“時(shí)間”指時(shí)間間隔特別注意:我們?cè)谌粘Ｉ钪兴f的時(shí)間可能是指時(shí)間間隔也可能指時(shí)刻在物理中兩者物理意義不同，必須嚴(yán)格區(qū)分，物理學(xué)中說的時(shí)間指的是時(shí)間間隔2.時(shí)間軸上的表示在時(shí)間軸上，時(shí)刻表示一個(gè)點(diǎn)，時(shí)間表示一段線段如圖所示，03表示3s的時(shí)間，即前3s；23表示第3s，是1s的時(shí)間不管是前3s，還是第3s，都是指時(shí)間“7”所對(duì)應(yīng)的刻度線

8、記為7s末，也為8s初，是時(shí)刻【注意】ns末、ns初是指時(shí)刻，第ns內(nèi)是指1s的時(shí)間，第ns末與第(n+1)s初指的是同一時(shí)刻3.時(shí)刻與時(shí)間的區(qū)別與聯(lián)系 時(shí)刻時(shí)間區(qū)別時(shí)刻指一瞬時(shí)，對(duì)應(yīng)于物體所處的位置在時(shí)間軸上用一個(gè)點(diǎn)表示只有先與后、早與遲的區(qū)分，沒有長短之分時(shí)間指兩時(shí)刻之間的間隔，對(duì)應(yīng)于物體的一段路程或位移在時(shí)間軸上，用一段線段表示只有長短之分，無先后、遲早的區(qū)別聯(lián)系兩上時(shí)刻的間隔即為時(shí)間，即tt2t1時(shí)間軸上的兩個(gè)點(diǎn)無限靠近時(shí)，它們間的時(shí)間間隔就會(huì)趨近于零，時(shí)間間隔就趨近于時(shí)刻了時(shí)間間隔能夠展示物體運(yùn)動(dòng)的一個(gè)過程，好比是一段錄像；時(shí)刻可以顯示物體運(yùn)動(dòng)的一個(gè)瞬間，好比是一張照片，即由一個(gè)一個(gè)

9、連續(xù)的照片可以組成錄像，一系列連續(xù)時(shí)刻的積累便構(gòu)成時(shí)間4.時(shí)間的測(cè)量時(shí)間的單位有秒、分鐘、小時(shí)，符號(hào)分別是s、min、h生活中用各種鐘表來計(jì)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室里和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上常用停表來測(cè)量時(shí)間，若要比較精確地研究物體的運(yùn)動(dòng)情況，有時(shí)需要測(cè)量和記錄很短的時(shí)間，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室中常用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器或電火花計(jì)時(shí)器來完成知識(shí)點(diǎn)五：路程和位移要點(diǎn)詮釋：1.提出問題登泰山時(shí)從山門處到中天門，可以坐車沿盤山公路上去，也可以通過索道坐纜車上去，還可以沿山間小路爬上去，三種登山的路徑不同，游客體會(huì)到的登山樂趣也不同，但他們的位置變化卻是相同的，可見物體運(yùn)動(dòng)的路徑與其位置變化并不是一回事2.路程：質(zhì)點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)路徑的長度，路程只

10、有大小，其單位就是長度的單位3.位移：從初位置到末位置的有向線段線段的長度表示位移的大小，有向線段的指向表示位移的方向4.位移與路程的區(qū)別和聯(lián)系位移是描述質(zhì)點(diǎn)位置變化的物理量，既有大小又有方向，是矢量，是從起點(diǎn)A指向終點(diǎn)B的有向線段，有向線段的長度表示位移的大小，有向線段的方向表示位移的方向，位移通常用字母“x”表示，它是一個(gè)與路徑無關(guān)，僅由初、末位置決定的物理量路程是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的長度，它是標(biāo)量，只有大小，沒有方向路程的大小與質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)路徑有關(guān)，但它不能描述質(zhì)點(diǎn)位置的變化例如，質(zhì)點(diǎn)環(huán)繞一周又回到出發(fā)點(diǎn)時(shí)，它的路程不為零，但其位置沒有改變，因而其位移為零由于位移是矢量，而路程是標(biāo)量，所以位移不

11、可能和路程相等；但位移的大小有可能和路程相等，只有質(zhì)點(diǎn)做單向直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，位移的大小才等于路程，否則，路程總是大于位移的大小在任何情況下，路程都不可能小于位移的大小在規(guī)定正方向的情況下，與正方向相同的位移取正值，與正方向相反的位移取負(fù)值，位移的正負(fù)不表示大小，僅表示方向，比較兩個(gè)位移大小時(shí)，只比較兩個(gè)位移的絕對(duì)值位移與路程的區(qū)別與聯(lián)系可列表如下：項(xiàng)目位移路程區(qū)別定義物體空間位置變化的大小和方向物體運(yùn)動(dòng)軌跡的長度方向性(1)是矢量，有大小和方向(2)由起始位置到末位置的方向?yàn)槲灰频姆较?3)這一矢量線段的長為位移的大小(24)遵循平行四邊形定則（第三章學(xué)習(xí)）(1)是標(biāo)量，只有大小，沒有方向(2)物

12、體運(yùn)動(dòng)軌跡的長度，即為路程的大小(3)遵從算術(shù)法則圖示（曲線運(yùn)動(dòng)）物體由A點(diǎn)到B點(diǎn)有向線段的大小和方向表示質(zhì)點(diǎn)的位移物體由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，弧AB軌跡的長度即為質(zhì)點(diǎn)的路程聯(lián)系都是長度單位，國際單位都是米（m）都是描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的物理量對(duì)于單向直線運(yùn)動(dòng)來講，位移的大小與路程相等知識(shí)點(diǎn)六：標(biāo)量和矢量的區(qū)別要點(diǎn)詮釋：1.標(biāo)量：只有大小沒有方向的量如：長度、質(zhì)量、時(shí)間、路程、溫度、能量等運(yùn)算遵從算術(shù)法則2.矢量：有大小也有方向，求和運(yùn)算遵循平行四邊形定則的量如：力、速度等運(yùn)算法則和標(biāo)量不同，我們?cè)谝院髸?huì)學(xué)習(xí)到3.對(duì)矢量概念的理解:矢量可用帶箭頭的線段表示，線段的長短表示矢量的大小，箭頭的指向表示矢量的方向同一直線上的矢量，可在數(shù)值前加上正、負(fù)號(hào)表示矢量的方向，正號(hào)表示矢量方向與規(guī)定正方向相同，負(fù)號(hào)表示矢量方向與規(guī)定正方向相反，加上正、負(fù)號(hào)后，同一直線上的矢量運(yùn)算可簡化為代數(shù)運(yùn)算矢量前的正、負(fù)號(hào)只表示方向，不表示大小，矢量大小的比較實(shí)際上是矢量絕對(duì)值的比較如前一段時(shí)間位移為2m，后一段時(shí)間位移為-3m，則后一段時(shí)間物體的位移大知識(shí)點(diǎn)七：做直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在坐標(biāo)軸上的位置與位移的關(guān)