【高中物理﹒點(diǎn)石成金系列】11質(zhì)點(diǎn)參考系

§11質(zhì)點(diǎn)參考系1“嫦娥二號(hào)”從地球向月球飛行，如何描述它的運(yùn)動(dòng)呢？2“凌云戲月游銀漢，轉(zhuǎn)瞬翔天過太空”這是文學(xué)家的描述。那么科學(xué)家怎樣描述呢？這就是本節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。問題思考一、物體與質(zhì)點(diǎn)1要描述鴿子身上各點(diǎn)飛行的位置隨時(shí)間變化的規(guī)律是件不容易的事，困難在哪里？結(jié)論：如果僅僅研究“白鴿”的運(yùn)動(dòng)情況，我們可以忽略“白鴿”的形狀和大小而把物體看成只有質(zhì)量而沒有形狀和大小的“點(diǎn)”。所以，為了研究問題的方便，常常把物體看成一個(gè)點(diǎn)。2如果只研究鴿子從家里到目的地飛行的快慢，需要知道鴿子身上各部分的運(yùn)動(dòng)嗎？問題思考其中左圖為美國(guó)選手拜爾賓/阿格斯特在北京進(jìn)行的中國(guó)杯世界花樣滑冰大獎(jiǎng)賽冰舞比賽。右圖是舉世矚目的男子110米欄的決賽。中國(guó)選手劉翔獲得金牌，他的成績(jī)?yōu)?2秒91，打破奧運(yùn)紀(jì)錄，同時(shí)也追平了世界紀(jì)錄。圖為劉翔在比賽中。問題：這兩幅圖中，哪一幅可以將運(yùn)動(dòng)員看成點(diǎn)？小結(jié)：科學(xué)家研究飛船在太空中的運(yùn)動(dòng)位置、高度、速度等問題時(shí)，可以把飛船簡(jiǎn)化為一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)。1、質(zhì)點(diǎn)：用來代替物體的、有質(zhì)量的點(diǎn)。物理學(xué)中，在某些情況下，我們忽略物體的大小和形狀，突出“物體具有質(zhì)量”這一要素。不可錯(cuò)誤地認(rèn)為很小的物體就可視為質(zhì)點(diǎn)。2、質(zhì)點(diǎn)是一種科學(xué)抽象，是一種理想化的物理模型，這也是物理常用的一種研究方法——忽略次要因素，突出主要因素。3、在什么情況下可以把物體看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)：（1）當(dāng)研究的物體的大小、形狀對(duì)所研究問題的影響可忽略不計(jì)時(shí)，物體可簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)，而跟自身體積的大小、質(zhì)量的多少和運(yùn)動(dòng)速度的大小無關(guān)。（2）一個(gè)物體有時(shí)可當(dāng)質(zhì)點(diǎn)，有時(shí)可不當(dāng)質(zhì)點(diǎn)。一個(gè)物體能否視為質(zhì)點(diǎn)是由問題的性質(zhì)來決定的。1研究綠茵場(chǎng)上飛起的足球的運(yùn)動(dòng)時(shí)，能把足球看成質(zhì)點(diǎn)嗎？問題思考2研究火車通過大橋的時(shí)間時(shí)，能把火車看成質(zhì)點(diǎn)嗎？研究飛機(jī)在空中的位置、離開地面的高度、飛行的速度、運(yùn)動(dòng)軌道等問題時(shí)，能否把飛機(jī)看作質(zhì)點(diǎn)？問題思考問題思考如果只研究地球整體的運(yùn)動(dòng)軌跡，地球是否可以當(dāng)做一個(gè)點(diǎn)來進(jìn)行簡(jiǎn)單化處理呢？結(jié)論：研究地球公轉(zhuǎn)時(shí)，地球本身的大小和形狀是次要因素可忽略可看成質(zhì)點(diǎn)A問題思考如果只研究地球上某一點(diǎn)A的運(yùn)動(dòng)情況，是否也可以當(dāng)做一個(gè)點(diǎn)來進(jìn)行簡(jiǎn)單化處理呢？結(jié)論：研究地球自轉(zhuǎn)時(shí)，地球本身的大小和形狀不可忽略不能看成質(zhì)點(diǎn)結(jié)論：物體能否看成質(zhì)點(diǎn)與物體本身的大小和形狀無關(guān)。1是不是很小的物體才能看作質(zhì)點(diǎn)，很大的物體不能看做質(zhì)點(diǎn)？小組討論2物理中的“質(zhì)點(diǎn)”和幾何中的點(diǎn)有哪些異同？相同點(diǎn)：都是沒有形狀和大小的點(diǎn)。不同點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)是實(shí)際物體的抽象表示，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)的物理概念；幾何中的點(diǎn)沒有質(zhì)量，僅表示位置，而且應(yīng)該絕對(duì)的小。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，只要物體的尺寸對(duì)所研究的問題沒有影響或影響可以忽略不計(jì)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)C例題1、在下列各運(yùn)動(dòng)中，可以當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)的有（）A、研究做旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的體操運(yùn)動(dòng)員B、研究遠(yuǎn)洋航行中巨輪的航行C、研究轉(zhuǎn)動(dòng)著的螺旋槳D、研究繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星BD2、下列物體或人可以看做質(zhì)點(diǎn)的是A、研究跳水冠軍伏明霞在跳水比賽中的動(dòng)作B、研究奧運(yùn)冠軍王軍霞在萬米長(zhǎng)跑中的過程C、研究我國(guó)科學(xué)考察團(tuán)去南極的過程D、研究一列火車通過某一路標(biāo)所用的時(shí)間BC3、下列情況不能看成質(zhì)點(diǎn)的是（）A、計(jì)算火車通過路口所用的時(shí)間B、研究飛行中的直升機(jī)上的螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)情況C、計(jì)算從北京開往汕頭的一列火車的運(yùn)行時(shí)間D、研究繞地球飛行時(shí)航天飛機(jī)的軌道AB乙甲甲同學(xué)和乙同學(xué)第一次乘火車，他們坐在火車站的未開動(dòng)火車上。突然甲同學(xué)看著車窗外另一列火車叫起來：“我們的車開動(dòng)了！”乙同學(xué)盯著車窗外的柱子說：“你看錯(cuò)了，我們的車還沒開動(dòng)?！蹦阏J(rèn)為甲乙同學(xué)的說法誰對(duì)誰錯(cuò)？二、參考系1、參考系：為了確定物體的位置和描述物體運(yùn)動(dòng)而被選做參考的物體。（注：初中所學(xué)參照物是通俗說法，但本質(zhì)相同）要描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，首先要選定某個(gè)其它的物體做參考，觀察物體相對(duì)這個(gè)物體其它物體的位置是否隨時(shí)間變化，以及怎樣變化。這種用來做參考的物體稱為參考系。2、參考系的選?。海?）可以任意選取（選定為參考系后都假設(shè)靜止不動(dòng)）；（2）應(yīng)以觀測(cè)方便和使運(yùn)動(dòng)的描述盡可能簡(jiǎn)單為原則；（3）常選擇地面或相對(duì)地面靜止的物體為參考系；（4）參考系的選取不同，對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的描述可能不同；（5）比較兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況，必須選擇同一參考系才有意義；（6）運(yùn)動(dòng)和靜止都是相對(duì)于參考系的；（7）運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，靜止是相對(duì)的。注意：以后凡是說到運(yùn)動(dòng)，都應(yīng)該首先選擇參考系，常默認(rèn)為地面或相對(duì)地面靜止的物體為參考系。從水平勻速飛行的飛機(jī)上投出的炸彈，以飛機(jī)為參考系和以地面為參考系各做什么運(yùn)動(dòng)？看飛機(jī)投彈動(dòng)畫問題思考1、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?！边@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？2、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)，但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。河岸、竹排不矛盾小組討論要研究月球的運(yùn)動(dòng)選什么為參考系較好？問題思考1、關(guān)于參考系的選取，下列說法正確的是（）A、參考系必須選取靜止不動(dòng)的物體B、參考系必須是和地面聯(lián)系在一起的C、在空中運(yùn)動(dòng)的物體不能作為參考系D、任何物體都可以作為參考系D2、以下說法正確的是（）A、參考系就是不動(dòng)的物體B、任何情況下，只有地球才是最理想的參考系C、不選定參考系，就無法研究某一個(gè)物體是怎么運(yùn)動(dòng)的D、同一物體的運(yùn)動(dòng)，對(duì)不同的參考系可能有不同的觀察結(jié)果CD3、甲、乙、丙三架電梯，甲中乘客看到一座高樓在向下運(yùn)動(dòng)，乙中乘客看到甲在向下運(yùn)動(dòng)，丙中乘客看到甲、乙都在向上運(yùn)動(dòng)，這三架電梯的運(yùn)動(dòng)情況可能有那些？【解析】以地面為參考系，甲是向上運(yùn)動(dòng)的；而乙也是向上運(yùn)動(dòng)的，但乙的速度比甲大；而丙有可能向上運(yùn)動(dòng)，但丙的速度比甲、乙都小；丙也可能向下運(yùn)動(dòng)；丙還有可能靜止。第一次世界大戰(zhàn)期間的一次空戰(zhàn)中，一個(gè)法國(guó)飛行員正在2000米高的空中飛行，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(guó)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。小組討論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如果一個(gè)可以看做質(zhì)點(diǎn)的物體沿直線運(yùn)動(dòng)，怎樣定量描述物體的位置變化呢？要定量描述物體的位置變化，可以利用我們已有的數(shù)學(xué)知識(shí)，建立直線坐標(biāo)系。坐標(biāo)系的三要素：原點(diǎn)、正方向、單位長(zhǎng)度。三、坐標(biāo)系問題思考小組討論（1）如果物體（例如滑冰運(yùn)動(dòng)員）在平面上運(yùn)動(dòng)，我們應(yīng)如何建立坐標(biāo)系？（2）如果物體在空間里運(yùn)動(dòng)呢？1、描述直線運(yùn)動(dòng)的物體的位置變化，可以建立一維直線坐標(biāo)系．一維坐標(biāo)表示：2、描述平面上運(yùn)動(dòng)的物體的位置變化，可以建立二維平面直角坐標(biāo)系．二維坐標(biāo)表示（,y）x/m0123-13、描述立體空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的物體的位置變化，可以建立三維立體空間坐標(biāo)系．三維坐標(biāo)表示（,y,）y/m102-2-1-1-221x/m全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）手持式GPS定位器車載GPS定位系統(tǒng)1車載GPS定位系統(tǒng)2一質(zhì)點(diǎn)在軸上運(yùn)動(dòng)，各個(gè)時(shí)刻的位置坐標(biāo)如下表：t/s012345X/m05-4-1-711、請(qǐng)?jiān)谳S上標(biāo)出質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位置。2、哪個(gè)時(shí)刻離坐標(biāo)原點(diǎn)最遠(yuǎn)？有多遠(yuǎn)？對(duì)點(diǎn)練習(xí)2019年8月吳橋雜技節(jié)上，一名雜技演員將手中的球從高出地面3m的位置豎直向上拋出，它上升5m后回落，最后到達(dá)地面，如圖所示，分別以地面和拋出點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，方向均以向上為正，填寫以下表格：質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系坐標(biāo)系的建立坐標(biāo)原點(diǎn)的設(shè)置出發(fā)點(diǎn)的坐標(biāo)最高點(diǎn)的坐標(biāo)落地點(diǎn)的坐標(biāo)以地面為原點(diǎn)以拋出點(diǎn)為原點(diǎn)0m8m3m3m8m0m0m5m0m5m－3m－3m一、質(zhì)點(diǎn)1、質(zhì)點(diǎn)：把物體簡(jiǎn)