高中物理人教版第一章運動的描述1質(zhì)點參考系和坐標系 微課

第一章運動的描述一艘航空母艦,長有300多米,寬有40多米,艦上載有6000多人,而且艦上還有300多米的飛機跑道,這樣的龐然大物相對茫茫大海,就會顯得非常渺小。航空母艦上的工作人員向地面指揮中心匯報方位時,只需要說明經(jīng)度和緯度即可,經(jīng)線與緯線的交點位置就是航母所在的位置。這時將航母看成了一個點,這里還涉及參考系選擇和坐標系建立。課時質(zhì)點參考系和坐標系【學習目標】1.理解質(zhì)點的定義,知道質(zhì)點是一個理想化的模型。2.理解參考系的概念,知道在不同的參考系中對同一個運動的描述可能是不同的。3.理解坐標系的概念,會用一維坐標系定量描述物體的位置以及位置的變化。【知識導學】1.機械運動物體的空間位置隨時間的變化,是自然界中最簡單、最基本的運動形態(tài),稱為①。在物理學中,研究物體機械運動規(guī)律的分支叫作②。2.物體和質(zhì)點實際物體都有一定的大小和形狀,在某些情況下,可以忽略物體的大小和形狀,而突出“物體具有質(zhì)量”這個要素,把它簡化為一個有質(zhì)量的物質(zhì)點,這樣的點稱為③。3.參考系描述物體運動時,用來做參考的另一物體稱為④。一個物體若被選做參考系,則就認為它是⑤(填“運動”或“靜止”)的。對同一物體的運動,所選的參考系不同,對它運動的描述往往會⑥。參考系的選取是任意的,應以方便觀測和使運動的描述盡可能簡單為原則。若不做特殊說明,一般選⑦或相對地面靜止的物體為參考系。4.坐標系為了定量地描述物體的位置及位置變化,需要在所選的參考系上建立適當?shù)蘑唷；A學習交流：1.什么是“理想化”？2.什么是“物理模型”？3.怎樣描述冰場上花樣滑冰運動員在某個時刻的位置？【三“點”探究】主題1:物體和質(zhì)點(1)圖示是升空后的“神舟”十號載人宇宙飛船,但顯示在指揮部熒光屏上的僅是一個小小的光點。研究它在空中的位置、離開地面的高度、飛行的速度、運動軌道等問題時,需要考慮它本身的大小和形狀嗎?我們可以用熒光屏上的小光點代替這個龐大的飛船嗎?(2)根據(jù)你對質(zhì)點的理解,回答下列問題。①質(zhì)點是一種怎樣的模型?在實際生活中存不存在?②什么樣的物體才可以看成質(zhì)點?主題2:參考系以下是三位同學對教材中本節(jié)圖的觀點。甲:車中兩個小孩都是靜止的,他們都沒動。乙:這兩個小孩都是運動的,因為在車窗玻璃上有幾條線條表示風,這是畫家描述運動時常用的方法。丙:兩個小孩和車都是運動的,這是相對地面來說的;而兩個小孩之間是相對靜止的,他們的相對位置沒有改變。請你認真閱讀教材中的相關內(nèi)容,分析這三個同學的觀點,你是怎么看待這個問題的?請說出你的想法。主題3:坐標系為了說明質(zhì)點的位置、運動的快慢、方向等,必須選取坐標系。在參照系中,為確定空間一點的位置,按規(guī)定方法選取有次序的一組數(shù)據(jù),這就叫作“坐標”。如圖所示,常用的坐標系有直線坐標系、平面直角坐標系、空間坐標系等。(1)田徑場上,要描述百米賽跑運動員在運動中的位置,需要建立什么樣的坐標系?(2)要描述800m賽跑運動員在運動中的位置,需要建立什么樣的坐標系?(3)足球場上,要描述足球運動員在運動中的位置,需要建立什么樣的坐標系?要描述足球的位置呢?相關知識鏈接：質(zhì)點是一種為了研究方便而引入的“理想化模型”，是一種科學的抽象。參考系是研究物體運動時所選定的參照物體，用來做參考系的物體都是假定不動的。坐標系是法國哲學家、科學家和數(shù)學家笛卡爾創(chuàng)立的，常用的坐標系有一維直線坐標系（只有x軸）、二維直角平面坐標系（有x軸和y軸）、三維立體坐標系（有x軸、y軸和z軸）?！局R運用】1.在以下的情況中可將人或物體看成質(zhì)點的是()。A.研究某學生騎車回校的速度B.對某位學生騎車姿勢進行生理學分析C.研究火星探測器從地球到火星的飛行軌跡D.研究火星探測器降落火星后如何探測火星的表面2.如圖所示,飛行員跳傘后飛機上的其他飛行員(甲)和地面上的人(乙)觀察跳傘飛行員的運動后,引發(fā)了對跳傘飛行員運動狀況的爭論,下列說法中正確的是()。A.甲、乙兩人的說法中必有一個是錯誤的B.他們的爭論是由于參考系的選擇不同而引起的C.研究物體運動時不一定要選擇參考系D.參考系的選擇只能是相對于地面靜止的物體3.沿一個方向推動桌面上的書本,如果測量書本移動的距離,是否可以將書本視為質(zhì)點?為什么?如果測定書本經(jīng)過桌面上方某一定點所需要的時間,是否可以將書本視為質(zhì)點?為什么?4.一人在100m高的樓房頂上,將一質(zhì)量為m的小球以5m/s的速度水平向右拋出,當物體在水平方向上運動10m時,在豎直方向上運動了20m,怎樣表示物體現(xiàn)在所處的位置?【拓展提升】拓展一、參考系的轉換1.某校高一的新同學分別乘兩輛汽車去市公園游玩。當兩輛汽車在平直公路上運動時,甲車內(nèi)一同學看見乙車沒有運動,而乙車內(nèi)一同學看見路旁的樹木向西移動。如果以地面為參考系,那么根據(jù)上述觀察到的現(xiàn)象可說明()。A.甲車不動,乙車向東運動B.乙車不動,甲車向東運動C.甲車向西運動,乙車向東運動 D.甲、乙兩車以相同的速度都向東運動拓展二、如何選擇坐標系2.從高出地面3m的位置豎直向上拋出一個小球,它上升5m后回落,最后到達地面,如圖所示。分別以地面和拋出點為原點建立坐標系,方向均以向上為正,填寫以下表格:坐標原點的設置出發(fā)點的坐標最高點的坐標落地點的坐標以地面為原點以拋出點為原點【反思總結】課時質(zhì)點參考系和坐標系【概念規(guī)律練】知識點一質(zhì)點的概念1．關于質(zhì)點，下列說法中正確的是()A．質(zhì)點是一個理想化模型，實際上不存在B．因為質(zhì)點沒有大小，所以與幾何中的點是一樣的C．凡是小的物體，皆可以看成質(zhì)點；凡是大的物體，皆不能看成質(zhì)點D．如果物體的形狀和大小對于所研究的問題屬于無關或次要因素時，即可把物體看成質(zhì)點2．在以下哪些情況中可將物體看成質(zhì)點()A．研究某學生騎車回校的速度B．對某學生騎車姿勢進行生理學分析C．研究火星探測器從地球到火星的飛行軌跡D．研究火星探測器降落火星后如何探測火星的表面知識點二參考系3．甲、乙兩輛汽車在平直的公路上并排行駛，甲車內(nèi)的旅客看見窗外的樹木向東移動，乙車內(nèi)的旅客發(fā)現(xiàn)甲車沒有運動，如果以地面為參考系，上述事實表示()A．甲車向西運動，乙車不動B．乙車向西運動，甲車不動C．甲車向西運動，乙車向東運動D．甲、乙兩車以相同的速度都向西運動4．甲、乙兩輛汽車均以相同的速度行駛，下列有關參考系的說法正確的是()A．如果兩輛汽車均向東行駛，若以甲車為參考系，乙車是靜止的B．如果觀察的結果是兩輛車均靜止，參考系可以是第三輛車C．如果以在甲車中一走動的人為參考系，乙車仍是靜止的D．如果甲車突然剎車停下，乙車仍向東行駛，以乙車為參考系，甲車往西行駛知識點三坐標系5．一個小球從距地面4m高處落下，被地面彈回，在距地面1m高處被接住，坐標原點定在拋出點正下方2m處，坐標軸的正方向設為向下，A．2m，－2m，－1mBC．4m,0,1mD．－46．如圖3所示，冰場上的花樣滑冰運動員，要描述她的位置，你認為應該怎樣建立坐標系？如要描述空中飛機的位置，又應怎樣建立坐標系？圖3【方法技巧練】一、判斷一個物體能否看成質(zhì)點的方法7．2009年10月1日，我國在北京成功地舉行了建國60周年國慶大閱兵，氣勢恢宏的場面，極大地激發(fā)了全國人民的愛國熱情和建設好現(xiàn)代化祖國的信心，下列說法中正確的是()A．研究正在列隊通過天安門的女子方隊的隊形時，可以把隊員看成質(zhì)點B．研究從天安門上空飛過的殲11飛機的機群數(shù)量時，可以把飛機看成質(zhì)點C．欣賞我國首批戰(zhàn)斗機女飛行員駕駛的飛機通過天安門的壯觀場面時，飛機可以看成質(zhì)點D．研究女兵方隊從東華表起正步通過天安門，到達西華表的時間時，不能把女兵方隊看成質(zhì)點8．在火車從北京到上海的運動過程中，下列說法正確的是()A．火車車輪只做平動B．火車車輪的平動可以用質(zhì)點模型分析C．計算火車從北京到上海的運動時間時，可將火車視為質(zhì)點D．計算火車經(jīng)過一座橋的時間時，可將火車視為質(zhì)點二、巧取參考系來分析物體的相對運動9．甲、乙、丙三人各乘一個熱氣球，甲看到樓房勻速上升，乙看到甲勻速上升，甲看到丙勻速上升，丙看到乙勻速下降，那么，從地面上看，甲、乙、丙的運動情況可能是()A．甲、乙勻速下降，v乙>v甲，丙停在空中B．甲、乙勻速下降，v乙>v甲，丙勻速上升C．甲、乙勻速下降，v乙>v丙，丙勻速下降，且v丙>v甲D．以上說法均不對1．關于質(zhì)點，下列說法中正確的是()A．質(zhì)點一定是體積和質(zhì)量極小的物體B．因為質(zhì)點沒有大小，所以與幾何中的點沒有區(qū)別C．研究運動員在馬拉松比賽中運動的快慢時，該運動員可看做質(zhì)點D．欣賞芭蕾舞表演者的精彩表演時，可以把芭蕾舞表演者看做質(zhì)點2．在下列情形中，可以將研究對象看做質(zhì)點的是()A．地面上放一只木箱，在上面的箱角處用水平力推它，在研究它是先滑動還是先翻轉時B．在2023年北京奧運會上研究劉翔在男子110米欄比賽中的跨欄動作時C．研究“嫦娥一號”衛(wèi)星在繞地球飛行及繞月球飛行的軌跡時D．研究“嫦娥一號”在軌道上飛行的姿態(tài)時3．在研究物體的運動時，下列物體中可以當作質(zhì)點處理的是()A．研究一端固定且可繞該端轉動的木桿的運動時，此桿可作為質(zhì)點來處理B．在大海中航行的船，要確定它在大海中的位置時，可以把它當作質(zhì)點來處理C．研究雜技演員走鋼絲的表演時，雜技演員可以當作質(zhì)點來處理D．研究地球繞太陽公轉時，地球可以當作質(zhì)點來處理4．關于參考系，下列說法正確的是()A．研究物體的運動必須選取參考系B．甲、乙兩人均以相同的速度向正東行走，若以甲為參考系，則乙是靜止的C．車站平行?？恐鴥闪谢疖?，甲火車上的人只能看到乙火車，當他看到乙火車動了，一定是乙火車開動了D．我們平時說樓房靜止，是指樓房相對于地球的位置是不變的5．敦煌曲子詞中有這樣的詩句：“滿眼風波多閃爍，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“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6．第一次世界大戰(zhàn)時，一位法國飛行員在2000m高空飛行時，發(fā)現(xiàn)座艙邊有一個與他幾乎相對靜止的小“昆蟲”，他順手抓過來一看，原來是一顆子彈頭，A．子彈靜止在空中B．子彈飛行得很慢C．飛機飛行得很快D．子彈與飛機同方向飛行，且飛行的速度很接近7．地面的觀察者看雨滴是豎直下落的，坐在勻速行駛的列車車廂中的乘客看雨滴是()A．水平向前運動B．水平向后運動C．傾斜落向前下方D．傾斜落向后下方8．下列說法正確的是()A．甲、乙兩人均以相同速度向正東方向行走，若以甲為參考系，則乙是靜止的B．甲、乙兩人均以相同速度向正東方向行走，若以乙為參考系，則甲是靜止的C．兩輛汽車在公路上沿同一直線行駛，且它們之間的距離保持不變，若觀察結果是兩輛車都靜止，則選用的參考系，必定是其中的一輛汽車D．兩人在公路上行走，速度大小不同、方向相同，選擇其中任一人作為參考系，則兩人都是靜止的9．某校高一的新同學分別乘兩輛汽車去市公園游玩．兩輛汽車在平直公路上運動，甲車內(nèi)一同學看見乙車沒有動，而乙車內(nèi)一同學看見路旁的樹木向西移動．如果以地面為參考系，那么，上述觀察說明()A．甲車不動，乙車向東運動B．乙車不動，甲車向東運動C．甲車向西運動，乙車向東運動D．甲、乙兩車以相同的速度都向東運動10．以北京長安街為x軸，向東為正方向，以天安門中心所對的長安街中心為坐標原點O，建立一維坐標系，一輛汽車最初在原點以西3km處，幾分鐘后行駛到原點以東2(1)這輛汽車最初位置和最終位置分別是()A．3km2kmB．－3C．3km－2kmD(2)如果將坐標原點向西移5km，A．5km7kmBC．2km7kmD11.如圖4所示，某人從學校的門口A處開始散步，先向南走了50m到達B處，再向東走了100m到達C處，最后又向北走了150m到達D處，則A、B圖412．刻舟求劍的故事說的是有一個楚國人乘船過江，他身上的佩劍不小心掉落江中．他立即在船艙板上畫記號，對船友說：“這是我的劍掉落的地方．”到了河岸，船停了，他就在畫記號的地方下水找劍．這則寓言不但有諷刺意義，而且還包含了一定的物理含義，從物理學選擇參考系的角度回答下列問題：(1)楚人找劍選擇的參考系是什么？(2)請你為楚人提供一種找到這把劍的方法．第一章運動的描述課時質(zhì)點參考系和坐標系知識導學①機械運動②力學③質(zhì)點④參考系⑤靜止⑥不同⑦地面⑧坐標系三“點”探究主題1:(1)研究飛船在空中的位置、離開地面的高度、飛行的速度、運動軌道等問題時,不需要考慮它本身的大小和形狀,可以用熒光屏上的小光點來代替飛船。(2)①質(zhì)點是一種為了研究方便而引入的理想模型,是一種科學抽象。質(zhì)點是對實際物體的近似,在實際生活中是不存在的。②一個物體能否看成質(zhì)點,取決于它的形狀和大小在所研究問題中是否可以忽略不計。即使是同個物體,在研究的問題不同時,有的情況下可以看作質(zhì)點,而有的情況下不可以看作質(zhì)點。主題2:以上這三個同學的觀點都是正確的,他們分別以不同的物體作參考系,因此得出了不同的結論。如果選不同的物體作參考系,觀察到的運動情況可能不相同。主題3:(1)百米賽跑運動員沿直線運動,故建立直線坐標系。(2)800m賽跑運動員一般是在彎曲的跑道上運動,故建立平面坐標系。(3)足球運動員在平面上運動,應建立平面坐標系;足球要在空中、地面上運動,應建立空間坐標系。知識運用3.沿同一個方向移動書本測量書本移動的距離時,書本各部分的運動情況完全相同,可以將它視為質(zhì)點。相對桌面上方的某一定點來說,書本本身的長度(或?qū)挾?不能忽略,并對經(jīng)過該定點位置所需要的時間起決定作用,所以這種情況下不能將書視為質(zhì)點。4.因為小球在二維空間運動,需建立平面直角坐標系,以拋出點為坐標原點,向右為x軸正方向,向上為y軸正方向,小球現(xiàn)在的位置為x=10m,y=-20m,用坐標表示即(10m,-20m)。拓展提升【解析】樹木相對地面是靜止的,由此判斷乙車(相對地面)一定是向東運動?！凹总噧?nèi)一同學看見乙車沒有運動”則說明甲、乙兩車相對靜止,速度一定是相同的。2.坐標原點的設置出發(fā)點的坐標最高點的坐標落地點的坐標以地面為原點3m8m0以拋出點為原點05m-3m【解析】本題中的物體沿直線運動,可以在該直線上建立直角坐標系,來定量描述物體的位置。若以地面為原點,則出發(fā)點、最高點、落地點的坐標分別為x1=3m,x2=8m,x3=0;若以拋出點為原點,則x1=0,x2=5m,x3=-3m。課時質(zhì)點參考系和坐標系1．AD[質(zhì)點是一個理想化的物理模型，盡管不是實際存在的物體，但它是實際物體的一種近似反映，是為了研究問題的方便而進行的科學抽象，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，使所研究的復雜問題得到了簡化．]2．AC[研究學生的騎車速度或探測器的飛行軌跡時，其大小和形狀的影響可忽略不計，故可以看成質(zhì)點．但當研究學生的騎車姿勢時，學生的身軀和四肢就構成了研究的對象，故不能把學生看成質(zhì)點．當火星探測器在火星表面探測時，探測器的動作直接影響探測的效果，所以探測器不能看成質(zhì)點，故正確答案為A、C.]點評能否把一個物體看做質(zhì)點，并不是由物體的形狀和大小來決定的，而是由它的形狀和大小對所研究問題的影響程度決定的．一般來說，如果在研究的問題中，物體的形狀、大小及物體上各部分運動的差異是次要的或不起作用的因素時，物體就可看做質(zhì)點．3．D[乙車相對甲車內(nèi)的人沒有運動，說明甲、乙兩車運動情況相同；以甲車內(nèi)的人為參考系，樹向東運動，則以樹為參考系，甲車向西運動，所以甲、乙兩車以相同的速度向西運動，故正確答案為D.]點評①描述物體是否運動首先要選定一個參考系，以此為標準來衡量物體是運動的還是靜止的，參考系一旦確定，對物體運動的描述也唯一確定．②參考系的選擇是任意的，但應以觀測方便和使運動的描述簡單為原則．研究地面上物體的運動時，常選地面為參考系．4．ABD[兩車的速度相同時，其相對位置不變，以其中任一輛車為參考系，另一輛車是靜止的，故A正確；若第三輛車丙與甲、乙兩車同向同速行駛，以丙車為參考系時，甲、乙兩車均靜止，故B正確；若一人在甲車中走動時，他與乙車的相對位置是變化的，則乙車是運動的，故C錯誤；甲車突然剎車停下，乙車向東行駛，甲車與乙車間的距離增大，甲車相對乙車向西運動，故D正確．]5．B[根據(jù)題意建立如右圖所示的坐標系，A點為拋出點，坐標為－2m，B點為坐標原點，D點為地面，坐標為2m，C點為接住點，坐標為1m6．見解析解析可以以冰場中央為坐標原點，向東為x軸正方向，向北為y軸正方向，建立水平面內(nèi)的直角坐標系，這樣就可以準確地描述運動員的位置了．如果要描述飛機的位置，則需要確定一點(如觀察者所在的位置)為坐標原點，建立三維直角坐標系來描述．7．BD[研究女子方隊的隊形時，隊員的體形不能忽略，因此不能把隊員看成質(zhì)點，故A錯；研究從天安門上空飛過的殲11飛機的機群數(shù)量時，完全可以忽略飛機的大小和形狀，因此可以把飛機看成質(zhì)點，故B對；欣賞飛機的飛行表演時不能把飛機看成質(zhì)點，故C錯；研究女兵方隊從東華表起正步通過天安門，到達西華表的時間時，需要考慮隊列的長度，因此不能把女兵方隊看成質(zhì)點，故D對．]8．BC[車輪整體上隨車做平動，但車輪上各點又繞車軸轉動，若研究車輪隨車整體的平動時，可用質(zhì)點模型分析，故A錯，B對；由于火車本身的長度相對北京到上海的距離是很小的，可忽略不計，而相對一座橋其長度是不可忽略的，故C對，D錯．]方法總結物體的大小和形狀對所研究問題的影響可以忽略不計時，可以把物體視為質(zhì)點．如地球比較大，但在研究地球繞太陽公轉時，地球的大小就變成次要因素，我們完全可以把地球當作質(zhì)點來看待．然而，在研究地球的自轉時，就不能把地球看成質(zhì)點了．研究火車從北京到上海的運動時間可以把火車視為質(zhì)點，但研究火車過橋的時間就不能把火車看成質(zhì)點了．9．AB[甲、乙、丙三人在觀察其他物體的運動時，是以自己所乘的熱氣球為參考系的，應根據(jù)參考系的定義來判定甲、乙、丙的運動情況，樓房和地面連為一體，是同一個參考系，甲看到樓房勻速上升，說明甲相對于地面勻速下降；乙看到甲勻速上升，說明乙也在勻速下降，且乙下降的速度v乙大于甲下降的速度v甲，即v乙>v甲；甲看到丙勻速上升，有三種可能性：(1)丙靜止．(2)丙勻速上升．(3)丙勻速下降，且速度關系為v丙<v甲．綜上可知，選項A、B正確．]課后鞏固練1．C[物體能否被看做質(zhì)點與物體本身的體積和質(zhì)量的大小無關，主要是看其大小和形狀能否可以忽略，故A錯；質(zhì)點有質(zhì)量，幾何中的點沒有質(zhì)量，所以不同，故B錯；研究運動員長跑的運動速度時，可以忽略運動員的大小和形狀，故可看做質(zhì)點，故C正確；表演者跳舞時其身體的各個部分動作不能忽略，所以不能看做質(zhì)點，故D不正確．]2．C[當研究木箱的翻轉時，其大小和形狀不能忽略，所以不能看做質(zhì)點，故A錯；在研究劉翔的跨欄動作時，不能忽略其肢體的動作及形狀，所以不能看做質(zhì)點，故B錯；研究“嫦娥一號”繞地球及月球的飛行軌跡時，其大