2024-2025學年高一物理必修第一冊（配魯科版）第1章 第2節(jié) 質(zhì)點和位移

第1章第2節(jié)質(zhì)點和位移學習目標思維導圖1.理解質(zhì)點的概念,知道質(zhì)點是理想化模型,具有建構模型的意識。(科學思維)2.掌握把物體看成質(zhì)點的條件,能將特定實際情境中的物體抽象成質(zhì)點。(科學思維)3.理解位移的概念及其矢量性,能在坐標系中定量地描述物體的位移。(物理觀念)4.知道矢量和標量。(物理觀念)5.知道位移—時間圖像及其意義。(物理觀念)基礎落實·必備知識全過關重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學以致用·隨堂檢測全達標基礎落實·必備知識全過關一、質(zhì)點1.定義:物理學中,把這種用來代替

的具有

的點稱為質(zhì)點。

2.質(zhì)點是一個忽略次要因素(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)點的條件:當物體的

對所研究的問題的影響可忽略不計時,可看成質(zhì)點。

物體

質(zhì)量大小和形狀二、位移1.定義:物理學中,用位移來描述物體的位置變化。位移是一個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:

的長度。

3.方向:從

位置指向

位置。

初末線段初末4.直線運動的位移研究直線運動時,在物體運動的直線上建立x軸,如圖所示,物體由A點沿直線運動到B點,則:(1)物體的初、末位置可分別用位置坐標

、

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

的物理量叫標量。

正x1x2x2-x1負方向方向三、位移—時間圖像(s-t圖像)1.圖像的意義:物體相對原點的位移隨

變化的圖像。

2.圖像的獲得:(1)建立平面直角坐標系,以物體的

為坐標原點,橫坐標表示

,縱坐標表示物體相對于

的位移。

(2)根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標系中

。

(3)用

曲線將數(shù)據(jù)點連接起來得到s-t圖像。

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

)(2)質(zhì)點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)路程是標量,位移是矢量,兩者都是描述物體運動的物理量。(

)(4)兩物體在運動過程中的路程相等,位移一定也相等。(

)×解析

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

兩物體在運動過程中的路程相等,位移不一定相等,位移相等,路程也不一定相等。(5)位移—時間圖像就是物體的運動軌跡。(

)×解析

位移—時間圖像是物體的位移隨時間變化的規(guī)律,不是物體的運動軌跡。合格考試練一練(多選)為了提高槍械射擊時的準確率,制造時會在槍膛上刻上螺旋形的槽。這樣當子彈在槍管中運動時,會按照旋轉(zhuǎn)的方式前進。離開槍管后,子彈的高速旋轉(zhuǎn)會降低空氣密度、側(cè)風等外部環(huán)境對子彈的影響,從而提高子彈飛行的穩(wěn)定性。下列關于子彈運動的說法正確的是(

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

解析

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

提示

研究小明從家到學校所用時間時,因家到學校的距離遠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動差異就可以忽略不計,此時可將小明看成質(zhì)點;研究小明做體操的動作時,小明身上各點的運動情況不相同,若將小明看成質(zhì)點,那么這個質(zhì)點的運動不能反映小明身上各點的運動情況,也就無法研究小明的動作,此時不能把小明看成質(zhì)點。知識歸納1.質(zhì)點的特點

2.物體可以看成質(zhì)點的條件:物體的大小和形狀對所研究問題的影響可以忽略不計。3.對理想模型的理解(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)常采用的一種科學研究方法。(2)理想模型是為了研究問題的方便而對實際問題的科學抽象,實際上并不存在。名師點睛

物體能不能被看成質(zhì)點,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。應用體驗【例題1】

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

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

測算一列火車通過某一站臺所用的時間時,需要考慮火車的長度,不能將火車視為質(zhì)點,故A錯誤;描繪“嫦娥五號”環(huán)月繞行的軌跡時,不需要考慮“嫦娥五號”的大小和形狀,可以將其視為質(zhì)點,故B正確;給跳水運動員評分時,運動員的姿態(tài)是不能忽略的,不可以將其視為質(zhì)點,故C錯誤;觀察螞蟻拖動飯粒時,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,故D錯誤。規(guī)律方法

物體能否看成質(zhì)點的幾種情況分析(1)平動的物體因各部分運動情況相同,一般可以看成質(zhì)點。但是當物體的大小對所研究問題的影響不能忽略時,不能把物體看成質(zhì)點,如研究火車過橋的時間時就不能把火車看成質(zhì)點。(2)物體有轉(zhuǎn)動,但物體的轉(zhuǎn)動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,物體可以看成質(zhì)點。D針對訓練1第24屆冬季奧林匹克運動會在北京舉辦。在研究下列冬季奧林匹克運動會的運動項目時,可以把運動員看成質(zhì)點的是(

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

研究冰球運動員的運動技巧時,運動員的大小和形狀不可忽略,不能看成質(zhì)點,故A錯誤;研究花樣滑冰運動員的花樣動作時,運動員的大小和形狀不可忽略,不能看成質(zhì)點,故B錯誤;研究單板滑雪運動員的空中轉(zhuǎn)體時,運動員的大小和形狀不可忽略,不能看成質(zhì)點,故C錯誤;研究短道速滑運動員完成比賽的時間時,運動員的大小和形狀可以忽略,可以看成質(zhì)點,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度,方向為從初位置指向末位置。小明沿兩種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

當物體做單向直線運動時,路程與位移大小相等;當物體做曲線運動時,位移大小小于路程。故位移大小不大于路程。知識歸納1.直線運動的位移研究直線運動時在物體運動的直線上建立一維直線坐標系。(1)物體的位置用坐標表示,坐標的正負表示物體所在位置在原點的正方向上還是負方向上;坐標的絕對值表示物體所在位置到坐標原點的距離。(2)位移等于末位置與初位置的坐標之差,即位移s=x2-x1,其絕對值表示位移的大小,正、負表示位移的方向,正值表示與規(guī)定的正方向相同,負值表示與規(guī)定的正方向相反。2.位移和路程的比較

比較項位移路程區(qū)別意義描述質(zhì)點位置變化描述質(zhì)點軌跡的長度大小從初位置到末位置的有向線段的長度運動軌跡的長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)點運動的空間特征②都是過程量③單位相同④位移的大小不大于相應的路程⑤只有質(zhì)點做單向直線運動時,位移的大小才等于路程名師點睛

(1)比較兩位移的大小時,只比較其絕對值的大小,不看其“正負”號。(2)當質(zhì)點做單向直線運動時,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。應用體驗【例題2】

(多選)某學校田徑運動場跑道的示意圖如圖所示,其中A點是所有跑步項目的終點,也是400m、800m賽跑的起跑點,B點是100m賽跑的起跑點。在一次校運動會中,甲、乙、丙三位同學分別參加了100m、400m和800m賽跑,則從開始比賽到比賽結束時(

)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;乙同學路程為400

m,但初、末位置重合,位移大小為0。丙同學路程為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A、D正確。規(guī)律方法

路程和位移的求解思路

針對訓練2(多選)物體做直線運動時可以用坐標軸上的坐標表示物體的位置,用坐標的變化量表示物體的位移。如圖所示,一個物體從A點運動到C點,它的位移s1=-4m-5m=-9m;從C點運動到B點,它的位移s2=1m-(-4m)=5m。下列說法正確的是(

)A.C點到B點的位移大小大于A點到C點的位移大小,因為正數(shù)大于負數(shù)B.A點到C點的位移大小大于C點到B點的位移大小,因為符號表示位移的方向,不表示大小C.若選C點為坐標原點,則s1的大小、方向不變D.物體由A點到B點的合位移s=s1+s2BCD

解析

位移是矢量,比較位移的大小時,只需比較數(shù)值,不要帶正負號,選項A錯誤,B正確;若選C點為坐標原點,s1=0-9

m=-9

m,大小、方向不變,選項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D正確。探究三位移—時間圖像情境探究一足球在水平操場上向東沿直線滾動,足球在操場上的位置和位移如何描述?足球向東滾動的時間可以用一維直線坐標系表示嗎?能用圖像直觀地表示足球什么時刻到達了什么位置嗎?什么情況下位置—時間圖像能成為位移—時間圖像?提示

可以沿行進路線以向東為正方向建立一維直線坐標系,用坐標表示位置,用坐標變化量表示位移?？梢宰鲿r間軸,時間軸上的一點表示時刻,初、末時刻之間的線段表示行進的時間。建立平面直角坐標系,橫軸表示時間,縱軸表示位置,則坐標系中的一點就表示足球某時刻到達的位置。若將物體運動的初始位置選作位置坐標原點O,則位置與位移大小相等,位置—時間圖像就成為位移—時間圖像。知識歸納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間的變化關系,圖像上的某一點表示運動物體在某時刻所處的位置或相對于坐標原點的位移。(2)s-t圖像的應用位移大小初、末位置的縱坐標差的絕對值方向末位置與初位置的縱坐標差的正負,正值表示位移沿正方向,負值表示位移沿負方向運動開始位置圖線起點的縱坐標運動開始時刻圖線起點的橫坐標兩圖線交點的含義表示兩物體在同一位置(相遇)名師點睛

(1)位移—時間圖像不是物體的運動軌跡。(2)位移—時間圖像只能描述直線運動,不能描述曲線運動。

應用體驗【例題3】(多選)一質(zhì)點運動的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)點一直向同一方向運動AD解析

由圖像可知,開始時位移為0,6

s時位移為-4

m,則0~6

s內(nèi)位移為-4

m-0=-4

m,故A正確;2

s時位移為4

m,4

s時位移為0,則2~4

s內(nèi)位移為0-4

m=-4

m,故B錯誤;0~6

s內(nèi)路程為4

m+4

m+4

m=12

m,故C錯誤;2~6

s內(nèi)位移先為正值減小,后為負值增大,即質(zhì)點始終向負方向運動,選項D正確。規(guī)律方法

運用s-t圖像分析物體的運動方向圖像的縱坐標為正值,大小始終增加(或減小),則運動方向與正方向相同(或相反);圖像的縱坐標為負值,大小始終增加(或減小),則運動方向與正方向相反(或相同)。針對訓練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)物體的運動方向相反BCD解析

第1

s內(nèi)物體的位移為s1=(3-2)

m=1

m,選項A錯誤;前4

s內(nèi)物體的位移s4=(0-2)

m=-2

m,選項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C正確;第1

s內(nèi)物體的位移為正方向且增加,故運動方向為正方向,第4

s內(nèi)物體的位移為正方向且減小,故運動方向為負方向,選項D正確。學以致用·隨堂檢測全達標1231.下列物理量屬于矢量的是(

)A.路程

B.溫度 C.位移

D.時間C解析

路程、溫度、時間都只有大小,沒有方向,是標量;位移既有大小,又有方向,是矢量,所以選項C正確,A、B、D錯誤。123D2.(2024上海浦東高一期末)一輛汽車沿著平直的公路運動,將其運動過程中的位置變化用坐標值來表示,結果如表格所示,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