2024-2025學(xué)年高一物理必修第一冊(cè)（配魯科版）第1章 第2節(jié) 質(zhì)點(diǎn)和位移

第1章第2節(jié)質(zhì)點(diǎn)和位移學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.理解質(zhì)點(diǎn)的概念,知道質(zhì)點(diǎn)是理想化模型,具有建構(gòu)模型的意識(shí)。(科學(xué)思維)2.掌握把物體看成質(zhì)點(diǎn)的條件,能將特定實(shí)際情境中的物體抽象成質(zhì)點(diǎn)。(科學(xué)思維)3.理解位移的概念及其矢量性,能在坐標(biāo)系中定量地描述物體的位移。(物理觀念)4.知道矢量和標(biāo)量。(物理觀念)5.知道位移—時(shí)間圖像及其意義。(物理觀念)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)一、質(zhì)點(diǎn)1.定義:物理學(xué)中,把這種用來代替

的具有

的點(diǎn)稱為質(zhì)點(diǎn)。

2.質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)忽略次要因素(形狀、大小)、突出主要因素(質(zhì)量、位置)的理想化模型。3.物體能看成質(zhì)點(diǎn)的條件:當(dāng)物體的

對(duì)所研究的問題的影響可忽略不計(jì)時(shí),可看成質(zhì)點(diǎn)。

物體

質(zhì)量大小和形狀二、位移1.定義:物理學(xué)中,用位移來描述物體的位置變化。位移是一個(gè)既有大小又有方向的物理量,通常用字母s表示。位移可直觀地用一條從

位置指向

位置的有向線段表示,該線段的長(zhǎng)度表示位移的大小,箭頭的方向表示位移的方向。

2.大小:

的長(zhǎng)度。

3.方向:從

位置指向

位置。

初末線段初末4.直線運(yùn)動(dòng)的位移研究直線運(yùn)動(dòng)時(shí),在物體運(yùn)動(dòng)的直線上建立x軸,如圖所示,物體由A點(diǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),則:(1)物體的初、末位置可分別用位置坐標(biāo)

、

表示。

(2)物體的位移s=

若s>0,則位移的方向指向x軸的

方向;

若s<0,則位移的方向指向x軸的

方向。

5.矢量與標(biāo)量:既有大小又有

的物理量叫矢量。只有大小而沒有

的物理量叫標(biāo)量。

正x1x2x2-x1負(fù)方向方向三、位移—時(shí)間圖像(s-t圖像)1.圖像的意義:物體相對(duì)原點(diǎn)的位移隨

變化的圖像。

2.圖像的獲得:(1)建立平面直角坐標(biāo)系,以物體的

為坐標(biāo)原點(diǎn),橫坐標(biāo)表示

,縱坐標(biāo)表示物體相對(duì)于

的位移。

(2)根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中

。

(3)用

曲線將數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來得到s-t圖像。

3.圖像的信息:(1)某時(shí)刻物體相對(duì)于原點(diǎn)的位置。(2)某段時(shí)間內(nèi)物體的位移。時(shí)間初始位置時(shí)間起始位置(或坐標(biāo)原點(diǎn))描點(diǎn)平滑易錯(cuò)辨析判一判(1)很小的物體總可以看成質(zhì)點(diǎn),較大的物體有時(shí)也能看成質(zhì)點(diǎn)。(

)(2)質(zhì)點(diǎn)是為了突出問題的主要因素,忽略次要因素而建立的理想化模型。(

)(3)路程是標(biāo)量,位移是矢量,兩者都是描述物體運(yùn)動(dòng)的物理量。(

)(4)兩物體在運(yùn)動(dòng)過程中的路程相等,位移一定也相等。(

)×解析

物體能不能看成質(zhì)點(diǎn)與物體的大小無關(guān),而是看物體的大小和形狀對(duì)所研究的問題有多大影響?！獭獭两馕?/p>

兩物體在運(yùn)動(dòng)過程中的路程相等,位移不一定相等,位移相等,路程也不一定相等。(5)位移—時(shí)間圖像就是物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。(

)×解析

位移—時(shí)間圖像是物體的位移隨時(shí)間變化的規(guī)律,不是物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。合格考試練一練(多選)為了提高槍械射擊時(shí)的準(zhǔn)確率,制造時(shí)會(huì)在槍膛上刻上螺旋形的槽。這樣當(dāng)子彈在槍管中運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)按照旋轉(zhuǎn)的方式前進(jìn)。離開槍管后,子彈的高速旋轉(zhuǎn)會(huì)降低空氣密度、側(cè)風(fēng)等外部環(huán)境對(duì)子彈的影響,從而提高子彈飛行的穩(wěn)定性。下列關(guān)于子彈運(yùn)動(dòng)的說法正確的是(

)A.當(dāng)研究子彈的旋轉(zhuǎn)對(duì)子彈飛行的影響時(shí)可以把子彈看成質(zhì)點(diǎn)B.當(dāng)研究子彈射擊百米外的靶子所用的時(shí)間時(shí)可以把子彈看成質(zhì)點(diǎn)C.無論研究什么問題都可以把子彈看成質(zhì)點(diǎn)D.能否將子彈看成質(zhì)點(diǎn),取決于我們所研究的問題BD

解析

在研究子彈的旋轉(zhuǎn)對(duì)子彈飛行的影響時(shí)不能忽略子彈的大小和形狀,因而不可以把子彈看成質(zhì)點(diǎn);但研究子彈射擊百米外的靶子所用的時(shí)間時(shí),其大小和形狀可以忽略,子彈可以看成質(zhì)點(diǎn),故B、D正確。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一對(duì)質(zhì)點(diǎn)與理想模型的理解情境探究小明從家到學(xué)校參加體操比賽。在研究小明從家到學(xué)校所用時(shí)間時(shí),能否將小明看成質(zhì)點(diǎn)?在研究小明做體操的動(dòng)作時(shí)能否將小明看成質(zhì)點(diǎn)?小明做體操

提示

研究小明從家到學(xué)校所用時(shí)間時(shí),因家到學(xué)校的距離遠(yuǎn)大于小明本身的大小,由小明的大小和形狀而引起的小明身上各部分的運(yùn)動(dòng)差異就可以忽略不計(jì),此時(shí)可將小明看成質(zhì)點(diǎn);研究小明做體操的動(dòng)作時(shí),小明身上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況不相同,若將小明看成質(zhì)點(diǎn),那么這個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)不能反映小明身上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況,也就無法研究小明的動(dòng)作,此時(shí)不能把小明看成質(zhì)點(diǎn)。知識(shí)歸納1.質(zhì)點(diǎn)的特點(diǎn)

2.物體可以看成質(zhì)點(diǎn)的條件:物體的大小和形狀對(duì)所研究問題的影響可以忽略不計(jì)。3.對(duì)理想模型的理解(1)理想模型是在物理研究中,突出問題的主要因素,忽略次要因素而建立的,是經(jīng)常采用的一種科學(xué)研究方法。(2)理想模型是為了研究問題的方便而對(duì)實(shí)際問題的科學(xué)抽象,實(shí)際上并不存在。名師點(diǎn)睛

物體能不能被看成質(zhì)點(diǎn),不是取決于物體的大小、輕重和形狀,而是取決于所研究的問題。應(yīng)用體驗(yàn)【例題1】

建立理想化模型是物理中常用的方法,質(zhì)點(diǎn)是其中之一。下列說法正確的是(

)A.測(cè)算一列火車通過某一站臺(tái)所用的時(shí)間時(shí),可以將火車視為質(zhì)點(diǎn)B.描繪“嫦娥五號(hào)”環(huán)月繞行的軌跡時(shí),可以將“嫦娥五號(hào)”視為質(zhì)點(diǎn)C.裁判員給跳水運(yùn)動(dòng)員評(píng)分時(shí),可以將運(yùn)動(dòng)員視為質(zhì)點(diǎn)D.觀察螞蟻拖動(dòng)飯粒時(shí),研究螞蟻的肢體是如何分工的,可以將螞蟻視為質(zhì)點(diǎn)B解析

測(cè)算一列火車通過某一站臺(tái)所用的時(shí)間時(shí),需要考慮火車的長(zhǎng)度,不能將火車視為質(zhì)點(diǎn),故A錯(cuò)誤;描繪“嫦娥五號(hào)”環(huán)月繞行的軌跡時(shí),不需要考慮“嫦娥五號(hào)”的大小和形狀,可以將其視為質(zhì)點(diǎn),故B正確;給跳水運(yùn)動(dòng)員評(píng)分時(shí),運(yùn)動(dòng)員的姿態(tài)是不能忽略的,不可以將其視為質(zhì)點(diǎn),故C錯(cuò)誤;觀察螞蟻拖動(dòng)飯粒時(shí),研究螞蟻的肢體是如何分工的,螞蟻的大小和形狀不可以忽略,所以不可以將其視為質(zhì)點(diǎn),故D錯(cuò)誤。規(guī)律方法

物體能否看成質(zhì)點(diǎn)的幾種情況分析(1)平動(dòng)的物體因各部分運(yùn)動(dòng)情況相同,一般可以看成質(zhì)點(diǎn)。但是當(dāng)物體的大小對(duì)所研究問題的影響不能忽略時(shí),不能把物體看成質(zhì)點(diǎn),如研究火車過橋的時(shí)間時(shí)就不能把火車看成質(zhì)點(diǎn)。(2)物體有轉(zhuǎn)動(dòng),但物體的轉(zhuǎn)動(dòng)不是我們所要研究的主要問題,物體本身的形狀和大小已變成了次要因素時(shí),物體可以看成質(zhì)點(diǎn)。D針對(duì)訓(xùn)練1第24屆冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)在北京舉辦。在研究下列冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目時(shí),可以把運(yùn)動(dòng)員看成質(zhì)點(diǎn)的是(

)A.研究冰球運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作技巧B.研究花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員的表演動(dòng)作C.研究單板滑雪運(yùn)動(dòng)員的空中轉(zhuǎn)體D.研究短道速滑運(yùn)動(dòng)員完成比賽的時(shí)間解析

研究冰球運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)技巧時(shí),運(yùn)動(dòng)員的大小和形狀不可忽略,不能看成質(zhì)點(diǎn),故A錯(cuò)誤;研究花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員的花樣動(dòng)作時(shí),運(yùn)動(dòng)員的大小和形狀不可忽略,不能看成質(zhì)點(diǎn),故B錯(cuò)誤;研究單板滑雪運(yùn)動(dòng)員的空中轉(zhuǎn)體時(shí),運(yùn)動(dòng)員的大小和形狀不可忽略,不能看成質(zhì)點(diǎn),故C錯(cuò)誤;研究短道速滑運(yùn)動(dòng)員完成比賽的時(shí)間時(shí),運(yùn)動(dòng)員的大小和形狀可以忽略,可以看成質(zhì)點(diǎn),故D正確。探究二位移和路程的區(qū)別與聯(lián)系情境探究小明在公園里游玩,準(zhǔn)備從小木屋到松塔。他有兩種路徑可以選擇,路徑1或路徑2,如圖所示。(1)兩種路徑的路程是否相等?位移是否相同?提示

路程是指路徑的長(zhǎng)度,位移是描述位置變化的物理量,用從初位置到末位置的有向線段表示,其大小是有向線段的長(zhǎng)度,方向?yàn)閺某跷恢弥赶蚰┪恢谩Ｐ∶餮貎煞N路徑從小木屋到松塔,路程不同,位移大小、方向均相同。(2)位移的大小等于路程嗎?什么情況下相等?提示

當(dāng)物體做單向直線運(yùn)動(dòng)時(shí),路程與位移大小相等;當(dāng)物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí),位移大小小于路程。故位移大小不大于路程。知識(shí)歸納1.直線運(yùn)動(dòng)的位移研究直線運(yùn)動(dòng)時(shí)在物體運(yùn)動(dòng)的直線上建立一維直線坐標(biāo)系。(1)物體的位置用坐標(biāo)表示,坐標(biāo)的正負(fù)表示物體所在位置在原點(diǎn)的正方向上還是負(fù)方向上;坐標(biāo)的絕對(duì)值表示物體所在位置到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。(2)位移等于末位置與初位置的坐標(biāo)之差,即位移s=x2-x1,其絕對(duì)值表示位移的大小,正、負(fù)表示位移的方向,正值表示與規(guī)定的正方向相同,負(fù)值表示與規(guī)定的正方向相反。2.位移和路程的比較

比較項(xiàng)位移路程區(qū)別意義描述質(zhì)點(diǎn)位置變化描述質(zhì)點(diǎn)軌跡的長(zhǎng)度大小從初位置到末位置的有向線段的長(zhǎng)度運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度方向從初位置指向末位置無方向聯(lián)系①都是描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的空間特征②都是過程量③單位相同④位移的大小不大于相應(yīng)的路程⑤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名師點(diǎn)睛

(1)比較兩位移的大小時(shí),只比較其絕對(duì)值的大小,不看其“正負(fù)”號(hào)。(2)當(dāng)質(zhì)點(diǎn)做單向直線運(yùn)動(dòng)時(shí),位移的大小等于路程,但因位移有方向,是矢量,不能說位移就是路程。應(yīng)用體驗(yàn)【例題2】

(多選)某學(xué)校田徑運(yùn)動(dòng)場(chǎng)跑道的示意圖如圖所示,其中A點(diǎn)是所有跑步項(xiàng)目的終點(diǎn),也是400m、800m賽跑的起跑點(diǎn),B點(diǎn)是100m賽跑的起跑點(diǎn)。在一次校運(yùn)動(dòng)會(huì)中,甲、乙、丙三位同學(xué)分別參加了100m、400m和800m賽跑,則從開始比賽到比賽結(jié)束時(shí)(

)A.甲的位移大小最大

B.丙的位移大小最大C.乙、丙的路程相等

D.丙的路程最大AD解析

甲同學(xué)的初、末位置直線距離為100

m,位移大小為100

m,路程也是100

m;乙同學(xué)路程為400

m,但初、末位置重合,位移大小為0。丙同學(xué)路程為800

m,初、末位置重合,位移大小也為0。所以甲的位移大小最大,丙的路程最大,選項(xiàng)A、D正確。規(guī)律方法

路程和位移的求解思路

針對(duì)訓(xùn)練2(多選)物體做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可以用坐標(biāo)軸上的坐標(biāo)表示物體的位置,用坐標(biāo)的變化量表示物體的位移。如圖所示,一個(gè)物體從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),它的位移s1=-4m-5m=-9m;從C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),它的位移s2=1m-(-4m)=5m。下列說法正確的是(

)A.C點(diǎn)到B點(diǎn)的位移大小大于A點(diǎn)到C點(diǎn)的位移大小,因?yàn)檎龜?shù)大于負(fù)數(shù)B.A點(diǎn)到C點(diǎn)的位移大小大于C點(diǎn)到B點(diǎn)的位移大小,因?yàn)榉?hào)表示位移的方向,不表示大小C.若選C點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),則s1的大小、方向不變D.物體由A點(diǎn)到B點(diǎn)的合位移s=s1+s2BCD

解析

位移是矢量,比較位移的大小時(shí),只需比較數(shù)值,不要帶正負(fù)號(hào),選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;若選C點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),s1=0-9

m=-9

m,大小、方向不變,選項(xiàng)C正確;因s1=xC-xA,s2=xB-xC,所以物體由A到B的合位移s=xB-xA=s1+s2,選項(xiàng)D正確。探究三位移—時(shí)間圖像情境探究一足球在水平操場(chǎng)上向東沿直線滾動(dòng),足球在操場(chǎng)上的位置和位移如何描述?足球向東滾動(dòng)的時(shí)間可以用一維直線坐標(biāo)系表示嗎?能用圖像直觀地表示足球什么時(shí)刻到達(dá)了什么位置嗎?什么情況下位置—時(shí)間圖像能成為位移—時(shí)間圖像?提示

可以沿行進(jìn)路線以向東為正方向建立一維直線坐標(biāo)系,用坐標(biāo)表示位置,用坐標(biāo)變化量表示位移。可以作時(shí)間軸,時(shí)間軸上的一點(diǎn)表示時(shí)刻,初、末時(shí)刻之間的線段表示行進(jìn)的時(shí)間。建立平面直角坐標(biāo)系,橫軸表示時(shí)間,縱軸表示位置,則坐標(biāo)系中的一點(diǎn)就表示足球某時(shí)刻到達(dá)的位置。若將物體運(yùn)動(dòng)的初始位置選作位置坐標(biāo)原點(diǎn)O,則位置與位移大小相等,位置—時(shí)間圖像就成為位移—時(shí)間圖像。知識(shí)歸納s-t圖像(1)s-t圖像的物理意義:s-t圖像反映了物體的位移隨時(shí)間的變化關(guān)系,圖像上的某一點(diǎn)表示運(yùn)動(dòng)物體在某時(shí)刻所處的位置或相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)的位移。(2)s-t圖像的應(yīng)用位移大小初、末位置的縱坐標(biāo)差的絕對(duì)值方向末位置與初位置的縱坐標(biāo)差的正負(fù),正值表示位移沿正方向,負(fù)值表示位移沿負(fù)方向運(yùn)動(dòng)開始位置圖線起點(diǎn)的縱坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)開始時(shí)刻圖線起點(diǎn)的橫坐標(biāo)兩圖線交點(diǎn)的含義表示兩物體在同一位置(相遇)名師點(diǎn)睛

(1)位移—時(shí)間圖像不是物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。(2)位移—時(shí)間圖像只能描述直線運(yùn)動(dòng),不能描述曲線運(yùn)動(dòng)。

應(yīng)用體驗(yàn)【例題3】(多選)一質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的s-t圖像如圖所示,下列說法正確的是(

)A.0~6s內(nèi)位移為-4mB.2~4s內(nèi)位移為4mC.0~6s內(nèi)路程為4mD.2~6s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)一直向同一方向運(yùn)動(dòng)AD解析

由圖像可知,開始時(shí)位移為0,6

s時(shí)位移為-4

m,則0~6

s內(nèi)位移為-4

m-0=-4

m,故A正確;2

s時(shí)位移為4

m,4

s時(shí)位移為0,則2~4

s內(nèi)位移為0-4

m=-4

m,故B錯(cuò)誤;0~6

s內(nèi)路程為4

m+4

m+4

m=12

m,故C錯(cuò)誤;2~6

s內(nèi)位移先為正值減小,后為負(fù)值增大,即質(zhì)點(diǎn)始終向負(fù)方向運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D正確。規(guī)律方法

運(yùn)用s-t圖像分析物體的運(yùn)動(dòng)方向圖像的縱坐標(biāo)為正值,大小始終增加(或減小),則運(yùn)動(dòng)方向與正方向相同(或相反);圖像的縱坐標(biāo)為負(fù)值,大小始終增加(或減小),則運(yùn)動(dòng)方向與正方向相反(或相同)。針對(duì)訓(xùn)練3(多選)某物體的s-t圖像如圖所示,下列說法正確的是(

)A.第1s內(nèi)物體的位移為3mB.前4s內(nèi)物體的位移是-2mC.前4s內(nèi)物體的路程是4mD.第1s內(nèi)與第4s內(nèi)物體的運(yùn)動(dòng)方向相反BCD解析

第1

s內(nèi)物體的位移為s1=(3-2)

m=1

m,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;前4

s內(nèi)物體的位移s4=(0-2)

m=-2

m,選項(xiàng)B正確;第1

s物體通過的路程是1

m,1~3

s內(nèi)物體靜止,3~4

s內(nèi)物體通過的路程是3

m,所以總路程是4

m,選項(xiàng)C正確;第1

s內(nèi)物體的位移為正方向且增加,故運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?第4

s內(nèi)物體的位移為正方向且減小,故運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樨?fù)方向,選項(xiàng)D正確。學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1231.下列物理量屬于矢量的是(

)A.路程

B.溫度 C.位移

D.時(shí)間C解析

路程、溫度、時(shí)間都只有大小,沒有方向,是標(biāo)量;位移既有大小,又有方向,是矢量,所以選項(xiàng)C正確,A、B、D錯(cuò)誤。123D2.(2024上海浦東高一期末)一輛汽車沿著平直的公路運(yùn)動(dòng),將其運(yùn)動(dòng)過程中的位置變化用坐標(biāo)值來表示,結(jié)果如表格所示,則下列說法正確的是(

)A.第4s內(nèi)的位移為8mB.第2s內(nèi)的路程最大C.前3s內(nèi)的路程為2mD.第5s內(nèi)的位移最大t/s012345x/m05-4-2