質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系學(xué)案

第一章運(yùn)動(dòng)的描述（人教版）§質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系（同步學(xué)案）一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1．理解質(zhì)點(diǎn)的概念，知道它是一種科學(xué)的抽象，知道科學(xué)抽象是一種普遍的研究方法.2．知道參考系的概念.知道對(duì)同一物體選擇不同的參考系時(shí)，觀察的結(jié)果可能不同.3．知道參考系的選取原則，會(huì)用坐標(biāo)系描述物體的位置和位置變化.二、重點(diǎn)難點(diǎn)1．重點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)、概念的建立，明確參考系的概念及運(yùn)動(dòng)的關(guān)系.2．難點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)模型的條件判斷，坐標(biāo)系的建立.三、學(xué)法指導(dǎo)質(zhì)點(diǎn)模型是高中物理提出的第一個(gè)物理模型，也是最簡(jiǎn)單的模型，對(duì)質(zhì)點(diǎn)概念的形成以及質(zhì)點(diǎn)模型的建立過程，由于運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性，描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)必須明確所選擇的參考系，為了準(zhǔn)確、定量地描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，又要建立坐標(biāo)系.通過本節(jié)課學(xué)習(xí)體驗(yàn)質(zhì)點(diǎn)的條件及意義，初步掌握“科學(xué)抽象”這種研究方法.體會(huì)用坐標(biāo)方法描述物體位置的優(yōu)越性，增強(qiáng)發(fā)現(xiàn)問題并力求解決問題的意識(shí)和能力.體會(huì)物理規(guī)律與生活的聯(lián)系.體會(huì)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用，初步掌握科學(xué)抽象理想化模型的方法.首先把本節(jié)課的內(nèi)容認(rèn)真的看一遍.看好以后可以查閱一下資料，最后完成本學(xué)案.四、自主學(xué)習(xí)1．質(zhì)點(diǎn)：物理學(xué)中，在某些情況下，我們可以不考慮物體的和，而只考慮物體的，這時(shí)可以把物體看作一個(gè).一個(gè)物體能不能看作質(zhì)點(diǎn)，要看問題的而定.2．參考系：（1）描述物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，被，另外的物體稱為參考系.（2）坐標(biāo)系：為了地描述物體的位置及其位置的變化，需要在上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系.（3）參考系可以選取.研究地面物體的運(yùn)動(dòng)，一般以為參考系，可略去不提.研究月亮或人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，應(yīng)選取為參考系；研究同步衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，應(yīng)選取為參考系；研究行星的運(yùn)動(dòng)，應(yīng)選取為參考系.（4）選擇不同的參考系來觀察同一個(gè)運(yùn)動(dòng)，觀察的結(jié)果可能會(huì)有.3．為了定量地描述物體的位置及位置變化，需要在參考系上建立適當(dāng)?shù)?它應(yīng)該包含、和.對(duì)于質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)，一般選取質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為坐標(biāo)軸，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)樽鴺?biāo)軸的方向，選取計(jì)時(shí)起點(diǎn)為坐標(biāo)軸的.的選定要根據(jù)具體情況.五、典型例題例1.在以下的哪些情況中可將物體看成質(zhì)點(diǎn)?（1）研究某學(xué)生騎車回校的速度.（2）對(duì)這位學(xué)生騎車姿勢(shì)進(jìn)行生理學(xué)分析.（3）研究火星探測(cè)器從地球到火星的飛行軌跡.（4）研究火星探測(cè)器降落火星后如何探測(cè)火星的表面.答案：（1）（3）解析：根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的定義，研究學(xué)生騎車回校的速度只是討論學(xué)生與學(xué)校之間的位置隨時(shí)間的變化關(guān)系，無須討論學(xué)生的騎車動(dòng)作和自行車的行駛方法原理，故可把其看成質(zhì)點(diǎn).對(duì)學(xué)生的騎車姿勢(shì)進(jìn)行分析時(shí)，學(xué)生的身軀和四肢就構(gòu)成研究的對(duì)象，故不能把學(xué)生看成質(zhì)點(diǎn).火星探測(cè)器的大小相對(duì)地球與火星的距離在尺寸上完全可以忽略不計(jì)，故可把其看成質(zhì)點(diǎn).當(dāng)火星探測(cè)器在火星表面探測(cè)火星，則探測(cè)器的動(dòng)作直接影響探測(cè)的效果，所以，此時(shí)火星探測(cè)器不能看成質(zhì)點(diǎn).例2．第一次世界大戰(zhàn)期間的一次空戰(zhàn)中，一個(gè)法國飛行員正在2000m高的空中飛行，忽然，他發(fā)現(xiàn)臉旁好像有一個(gè)小東西在飛舞，他以為是一只小昆蟲，于是就伸手輕松地把它抓了過來，仔細(xì)一看，把他嚇出一身冷汗來.他抓住的不是別的，是德國飛機(jī)射向他的一顆子彈.請(qǐng)根據(jù)上述信息討論回答以下問題，并注意體會(huì)參考系的選取與運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性（1）子彈飛得那么快（一般為幾百米每秒），為什么沒有把他的手打穿？體會(huì)一下，同一物體相對(duì)于不同的參考系運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同嗎？（2）受類似現(xiàn)象的啟發(fā)，人們實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)在飛行途中進(jìn)行空中加油，在航天飛行中，宇宙飛船發(fā)射到太空和正在繞地球運(yùn)動(dòng)的空間站實(shí)行空中對(duì)接.實(shí)現(xiàn)“空中加油”和“空中對(duì)接”應(yīng)滿足的基本條件是什么？解析：（1）因同一物體相對(duì)于不同的參考系有不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相對(duì)于發(fā)射子彈的槍而言，子彈的初速度雖然為幾百米每秒，但相對(duì)于其他以不同方向和速度運(yùn)動(dòng)著的物體，其運(yùn)動(dòng)速度就會(huì)有明顯不同.當(dāng)子彈和飛機(jī)的速度大小方向相同，則子彈相對(duì)于飛機(jī)靜止，即出現(xiàn)上述情況.（2）除了飛行員具有高超的飛行技術(shù)外，相對(duì)于同一參考系時(shí)兩個(gè)“物體”的速度要相同，即二者相對(duì)速度為零，處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)即可完成.例3：田徑場(chǎng)上，描述百米運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中的位置，需建立什么樣的坐標(biāo)系？描述800m解析：百米運(yùn)動(dòng)員是在一條直線上運(yùn)動(dòng)，所以應(yīng)建立直線坐標(biāo)系；800m賽跑運(yùn)動(dòng)員不是在一條直線上運(yùn)動(dòng)，而是在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，所以應(yīng)建立平面直角坐標(biāo)系；足球運(yùn)動(dòng)員也是在球場(chǎng)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，也要建立平面直角坐標(biāo)系，而足球的運(yùn)動(dòng)可以在草坪上進(jìn)行，也可以在空中飛行，所以要建立立體空間直角坐標(biāo)系六、課堂練習(xí)1．地球是一個(gè)龐然大物，直徑約為12800km，與太陽相距×108km.研究地球繞太陽的公轉(zhuǎn)時(shí)，能不能把它看成質(zhì)點(diǎn)?2．撐桿跳高是一項(xiàng)非常刺激的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，一般來說可以把撐桿跳運(yùn)動(dòng)分為如下幾個(gè)階段：助跑、撐桿起跳、越過橫桿.討論并思考后回答，在下列幾種情況下運(yùn)動(dòng)員能否被看作質(zhì)點(diǎn)，從中體會(huì)質(zhì)點(diǎn)模型的建立過程.（1）教練員針對(duì)訓(xùn)練錄像糾正運(yùn)動(dòng)員的錯(cuò)誤時(shí)，能否將運(yùn)動(dòng)員看成質(zhì)點(diǎn)？（2）分析運(yùn)動(dòng)員的助跑速度時(shí)，能否將其看成質(zhì)點(diǎn)？（3）測(cè)量其所跳高度（判斷其是否打破紀(jì)錄）時(shí)，能否將其看成質(zhì)點(diǎn)？3．物理中的“質(zhì)點(diǎn)”跟幾何中的點(diǎn)有什么相同和不同之處？4．下列關(guān)于質(zhì)點(diǎn)的說法中，正確的是A.體積很小的物體都可看成質(zhì)點(diǎn)B.質(zhì)量很小的物體都可看成質(zhì)點(diǎn)C.不論物體的質(zhì)量多大，只要物體的尺寸跟物體間距相比甚小時(shí)，就可以看成質(zhì)點(diǎn)D.只有低速運(yùn)動(dòng)的物體才可看成質(zhì)點(diǎn)，高速運(yùn)動(dòng)的物體不可看作質(zhì)點(diǎn)5．下列情形中的物體可以看作質(zhì)點(diǎn)的是A.跳水冠軍郭晶晶在跳水比賽中B.一枚硬幣用力上拋，猜測(cè)它落地時(shí)是正面朝上還是反面朝上C.奧運(yùn)會(huì)冠軍邢慧娜在萬米長(zhǎng)跑中D.花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員在比賽中6．電影《閃閃的紅星》中有兩句歌詞：“小小竹排江中游，巍巍青山兩岸走.”這其中分別描述了兩種運(yùn)動(dòng)情景，那么它們分別是以什么為參考系的？7．.坐在美麗的校園內(nèi)學(xué)習(xí)毛澤東的詩句“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”時(shí)，我們感覺是靜止不動(dòng)的.這與詩句里的描述是否矛盾?說明理由.8．敦煌曲子詞中有這樣的詩句：“滿眼風(fēng)波多閃爍，看山恰似走來迎，仔細(xì)看山山不動(dòng)，是船行.”其中“看山恰似走來迎”和“是船行”所選的參考系分別是什么?9．一跳傘運(yùn)動(dòng)員在下落過程中，看到身旁的直升機(jī)在向上運(yùn)動(dòng)，則直升機(jī)相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)情況是怎樣的？10．在下列各運(yùn)動(dòng)的物體中，可視為質(zhì)點(diǎn)的有A.汽車的后輪，研究汽車牽引力的來源B.沿斜槽下滑的小鋼球，研究它沿斜槽下滑的速度C.人造衛(wèi)星，研究它繞地球的轉(zhuǎn)動(dòng)D.海平面上的木箱，研究它在水平力作用下是先滑動(dòng)還是先滾動(dòng)11．分析下列運(yùn)動(dòng)中研究對(duì)象能否當(dāng)作質(zhì)點(diǎn).（1）做花樣溜冰的運(yùn)動(dòng)員；（2）運(yùn)行中的人造地球衛(wèi)星；（3）轉(zhuǎn)動(dòng)著的砂輪；（4）從斜面上滑下的木塊.12．一列火車?？吭谡九_(tái)上，車廂內(nèi)的人看著窗外另一列火車，感覺到自己乘坐的火車又開動(dòng)了，可等一會(huì)兒卻發(fā)現(xiàn)自己乘坐的火車還在站臺(tái)上未動(dòng).你有過類似的經(jīng)歷嗎？出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是什么？13．請(qǐng)你畫出從家出發(fā)到達(dá)學(xué)校的路線圖，嘗試描述你的位置隨時(shí)間變化的關(guān)系圖.如果提前十分鐘到達(dá)學(xué)校，那么把你經(jīng)過各處的時(shí)間也標(biāo)在圖上.參考答案1解析：若研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)，由于地球本身的大小比地球到太陽的距離小得多，則可以把地球看作質(zhì)點(diǎn)；但若研究地面上各處季節(jié)變化時(shí)，則不能把其看作質(zhì)點(diǎn).2答案：（1）不能，糾正錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)不能忽略運(yùn)動(dòng)員的姿勢(shì)及動(dòng)作，也就是說不能忽略運(yùn)動(dòng)員的形狀和大小.（2）能，分析助跑速度時(shí)，可以忽略運(yùn)動(dòng)員的姿勢(shì)及動(dòng)作.（3）能.3答案：相同之處為：都是沒有形狀和大小的點(diǎn).不同之處為：質(zhì)點(diǎn)是實(shí)際物體的抽象，它具有一定的物理內(nèi)涵，不僅具有物體的全部質(zhì)量，而且是一個(gè)相對(duì)的概念；幾何學(xué)中的點(diǎn)沒有質(zhì)量，僅表示一個(gè)位置，而且應(yīng)該是“絕對(duì)得小”.4答案：C解析：一個(gè)實(shí)際物體能否看成質(zhì)點(diǎn)，跟它體積的絕對(duì)大小、質(zhì)量的多少以及運(yùn)動(dòng)速度的高低無關(guān)，決定于物體的尺寸與物體間距相比的相對(duì)大小.例如，地球可稱得上是個(gè)龐然大物，其直徑約為×107m，質(zhì)量達(dá)到6×1024kg，在太空中繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度每秒幾百米.由于其直徑與地球離太陽的距離（約×5答案：C解析：在跳水比賽中，人們要觀察跳水運(yùn)動(dòng)員的優(yōu)美動(dòng)作，包括空中的和入水時(shí)的動(dòng)作，所以不能看作質(zhì)點(diǎn)，故A錯(cuò).硬幣是正面朝上還是反面朝上，與硬幣的形狀有密切關(guān)系，所以不能看作質(zhì)點(diǎn)，故B錯(cuò).邢慧娜在萬米長(zhǎng)跑中是可以看成質(zhì)點(diǎn)的，因?yàn)樵陂L(zhǎng)跑中主要看她所用的時(shí)間，不考慮本身的形狀和大小，所以可以看成質(zhì)點(diǎn)，故C正確.花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員在比賽中主要是觀察滑冰的動(dòng)作，即“花樣”，所以不能看作質(zhì)點(diǎn)，故D錯(cuò).6河岸竹排.7地心、地面.這種說法不矛盾，是參考系的選擇不同.人隨地球一起圍繞地軸自轉(zhuǎn)，而且地球赤道周長(zhǎng)大約是s=×104km8這兩種現(xiàn)象是由于選取的參考系不同造成的.第一種現(xiàn)象是以人為參考系，人看到遠(yuǎn)處的山向人靠近；第二種現(xiàn)象是以地面為參考系，山是靜止的，船在行駛.9答案：跳傘運(yùn)動(dòng)員在下落過程中，看到身旁的直升機(jī)在向上運(yùn)動(dòng)，是以自己作參考系，即以跳傘運(yùn)動(dòng)員為標(biāo)準(zhǔn)，它們間的距離在不斷增大.如果以地面為參考系，這種情況的出現(xiàn)有以下幾種可能性：（1）直升機(jī)靜止在空中不動(dòng)；（2）直升機(jī)向上升；（3）直升機(jī)下落，但速度比跳傘運(yùn)動(dòng)員慢.以上三種情況都能使跳傘運(yùn)動(dòng)員與直升機(jī)間的距離不斷增大.因此，跳傘運(yùn)動(dòng)員無法根據(jù)自己看到的現(xiàn)象來判斷直升機(jī)相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)情況.10答案：BC解析：汽車牽引力的來源跟后輪轉(zhuǎn)動(dòng)情況有關(guān)，此時(shí)汽車后輪不能視為質(zhì)點(diǎn).小鋼球下滑的速度與球大小無關(guān)，可視作質(zhì)點(diǎn).研究人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，衛(wèi)星的形狀、大小可以不考慮，可視為質(zhì)點(diǎn).木箱在水平力作用下是否滾動(dòng)，與力作用點(diǎn)位置有關(guān)，物體大小不能忽略，故不能看作質(zhì)點(diǎn).實(shí)際物體能否被看作質(zhì)點(diǎn)，關(guān)鍵看物體大小、形狀對(duì)所研究的問題是否有影響，若沒有影響，則物體可看作質(zhì)點(diǎn).所以正確選項(xiàng)應(yīng)為B、C.11答案：（1）花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作復(fù)雜，既有旋轉(zhuǎn)也有平移.若對(duì)運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作進(jìn)行技術(shù)分析，顯然不能把其視為質(zhì)點(diǎn)，但若只研究運(yùn)動(dòng)員滑冰場(chǎng)上的滑行路線，也可把運(yùn)動(dòng)員視為質(zhì)點(diǎn).（2）若只研究人造地球衛(wèi)星繞地球的軌道運(yùn)動(dòng)，由于人造衛(wèi)星本身的大小與衛(wèi)星離地球的距離小得多，則應(yīng)把人造地球衛(wèi)星看作質(zhì)點(diǎn)；但若對(duì)人造地球衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整控制，則不能把其看作質(zhì)點(diǎn).（3）砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，砂輪各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)情況與砂輪的大小和形狀有關(guān)，故不能把砂輪看作質(zhì)點(diǎn).（4）