質(zhì)點(diǎn) 參考系 時(shí)間 高一上學(xué)期物理粵教版（2019）必修第一冊(cè)

第一章運(yùn)動(dòng)的描述1質(zhì)點(diǎn)參考系時(shí)間

我們生活在一個(gè)運(yùn)動(dòng)的世界中,在我們的周圍,處處可以看到物體的運(yùn)動(dòng):流星在夜空中劃過(guò),鳥(niǎo)兒在空中飛翔,河水在奔流,樹(shù)葉在搖曳,車輛在行駛,機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)……自然界中的一切物體都在不停地運(yùn)動(dòng).通常認(rèn)為不動(dòng)的物體,如樹(shù)木、高樓、橋梁、山脈等其實(shí)也每時(shí)每刻隨著地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)在運(yùn)動(dòng)著.宇宙中的一切,大到星系、星系團(tuán),小到微觀世界的分子原子,都處在永恒的運(yùn)動(dòng)中.運(yùn)動(dòng)是宇宙中的普遍現(xiàn)象.

如果僅研究物體的運(yùn)動(dòng)情況,不涉及引起運(yùn)動(dòng)變化原因的問(wèn)題,則屬于運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究范疇;如果涉及物體間相互作用對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響問(wèn)題,則屬于動(dòng)力學(xué)的研究范疇.本章從物體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題入手,運(yùn)用科學(xué)抽象和理想模型的方法,逐步建立描述物體運(yùn)動(dòng)的位置、位移、速度、加速度等概念,從而為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).

宇宙中的一切，大到星系、星系團(tuán)，小到微觀世界的分子、原子，都處在永恒的運(yùn)動(dòng)中。運(yùn)動(dòng)是宇宙中的普遍現(xiàn)象。河水在奔流車輛在行駛太陽(yáng)的自轉(zhuǎn)和行星的公轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)定義：我們把物體相對(duì)于其他物體在空間位置上隨時(shí)間的變化，叫機(jī)械運(yùn)動(dòng)（mechanicalmoion），簡(jiǎn)稱運(yùn)動(dòng)。

自然界中,物體運(yùn)動(dòng)的形式是多種多樣的:有沿直線的,也有沿曲線的;有變速的,也有勻速的;有來(lái)回往復(fù)的,也有旋轉(zhuǎn)的;有在同一平面上的,也有在空間中的……多種多樣的運(yùn)動(dòng)形式,為我們展示了自然界一幅幅生動(dòng)多彩的畫(huà)卷.實(shí)際的運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜多變的,為了便于研究,我們先引入幾個(gè)與運(yùn)動(dòng)描述相關(guān)的基本概念.情境導(dǎo)入

生活中隨處可見(jiàn)運(yùn)動(dòng)的物體，例如玩耍的孩童、行駛的汽車、翱翔的雄鷹……對(duì)于這些運(yùn)動(dòng)的物體，我們?nèi)绾螠?zhǔn)確地描述它們的運(yùn)動(dòng)呢？

在描述上述物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們遇到了哪些困難和麻煩，這個(gè)困難和麻煩是由于什么原因造成的？想一想飛翔的海鷗

自然界物體的運(yùn)動(dòng)是多種多樣的，要想詳細(xì)而準(zhǔn)確地描述物體上各部分的運(yùn)動(dòng)，是一件十分困難的事。問(wèn)題思考

描述物體運(yùn)動(dòng)的困難和麻煩出在哪里？能不能克服這些麻煩呢？

詳細(xì)描述的困難就在于物體有自己的大小和形狀，物體各部分的運(yùn)動(dòng)情況有可能不一樣。問(wèn)題思考是不是我們研究的所有問(wèn)題，物體的大小和形狀都起關(guān)鍵作用而不可忽略呢？實(shí)例①：高速動(dòng)車從上海開(kāi)往廣州，如果要研究這列動(dòng)車的運(yùn)行時(shí)間，什么情況下可以不考慮動(dòng)車的長(zhǎng)度，什么情況下動(dòng)車的長(zhǎng)度不能忽略？

如果要研究這列動(dòng)車從上海到廣州的運(yùn)行時(shí)間時(shí)，動(dòng)車的長(zhǎng)度與廣州到上海的距離相比要小得多，就能不考慮動(dòng)車的長(zhǎng)度，這時(shí)可以把動(dòng)車看成一個(gè)“點(diǎn)”，用一個(gè)“點(diǎn)”的運(yùn)動(dòng)代替整列動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)。

但如果討論的是這列動(dòng)車通過(guò)隧道或道口的時(shí)間，動(dòng)車的長(zhǎng)度就不能忽略，也就不可以把動(dòng)車看成一個(gè)“點(diǎn)”了。實(shí)例②：我們生活的地球在繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，同時(shí)又在自轉(zhuǎn)，什么情況下可以不考慮地球的大小，什么情況下地球的大小不能忽略？（地球的直徑是1.3×104km，地球到太陽(yáng)的距離約為1.5×108km）地球的直徑相比地球到太陽(yáng)的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小得多，如果研究地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，由地球的大小而引起的地球上各部分的運(yùn)動(dòng)差異就可以忽略不計(jì)，可以把地球看成一個(gè)“點(diǎn)”去研究；但如果研究一架飛機(jī)從南京飛向北京的情況，這時(shí)候就不能忽略地球的大小，不可以把地球看成一個(gè)“點(diǎn)”去研究了。討論與交流

有人認(rèn)為,體積很小的物體可以被看成質(zhì)點(diǎn),體積很大的物體不能被看成質(zhì)點(diǎn);只有低速運(yùn)動(dòng)的物體才可被看成質(zhì)點(diǎn),高速運(yùn)動(dòng)的物體不可被看成質(zhì)點(diǎn).上述觀點(diǎn)正確嗎?

我們有時(shí)候關(guān)注物體各部分的運(yùn)動(dòng)，有時(shí)關(guān)注物體的整體運(yùn)動(dòng)，因此如何描述物體的運(yùn)動(dòng)要看我們關(guān)注的問(wèn)題是什么。當(dāng)物體的大小與形狀在研究的問(wèn)題中影響很小，可忽略不計(jì)時(shí)，我們就可以把物體看成一個(gè)“點(diǎn)”。定義：物理學(xué)中，我們把用來(lái)代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)，叫做質(zhì)點(diǎn)（masspoint）。這樣對(duì)實(shí)際物體運(yùn)動(dòng)的描述，就簡(jiǎn)化成對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述。知識(shí)提煉一、質(zhì)點(diǎn)1．質(zhì)點(diǎn)：用來(lái)代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)。2．關(guān)于質(zhì)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)(1)質(zhì)點(diǎn)是用來(lái)代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)，其突出的特點(diǎn)是“具有質(zhì)量”和“占有位置”，但是質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有大小、體積、形狀，它與幾何中的“點(diǎn)”有本質(zhì)區(qū)別．(2)質(zhì)點(diǎn)是實(shí)際物體的一種高度抽象，是一種“理想化模型”，實(shí)際中并不存在．(3)物體可視為質(zhì)點(diǎn)的三種情況：①做平動(dòng)的物體可視為質(zhì)點(diǎn)．所謂平動(dòng)即物體上各部分的運(yùn)動(dòng)情況都相同，物體上任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況都能反映物體的運(yùn)動(dòng)，如從斜面上滑下來(lái)的木塊．②物體有轉(zhuǎn)動(dòng)，但相對(duì)于平動(dòng)而言可以忽略其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可把物體視為質(zhì)點(diǎn)．如汽車在運(yùn)行時(shí)，雖然車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，但我們研究的是車輛整體的運(yùn)動(dòng)快慢，這時(shí)可將汽車視為質(zhì)點(diǎn)．③問(wèn)題所涉及的空間距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，通常物體自身的大小可以忽略不計(jì)，這時(shí)可將物體視為質(zhì)點(diǎn)．3．理想化模型(1)在物理學(xué)中，突出問(wèn)題的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的物理模型并將其作為研究對(duì)象，是經(jīng)常采用的一種科學(xué)研究方法．(2)“理想化模型”是為了使研究的問(wèn)題得以簡(jiǎn)化或研究問(wèn)題方便而進(jìn)行的一種科學(xué)的抽象，實(shí)際并不存在．例1.下列說(shuō)法正確的是(

)A．運(yùn)動(dòng)中的地球不能看成質(zhì)點(diǎn)，而原子核可以看成質(zhì)點(diǎn)B．研究火車通過(guò)路旁一根電線桿的時(shí)間時(shí)，火車可看成質(zhì)點(diǎn)C．研究奧運(yùn)會(huì)乒乓球女單冠軍張怡寧打出的乒乓球時(shí)，能把乒乓球看成質(zhì)點(diǎn)D．研究在平直的高速公路上飛馳的汽車的速度時(shí)，可以將汽車看成質(zhì)點(diǎn)解析：當(dāng)研究地球的公轉(zhuǎn)時(shí)，由于地球直徑(約1.3×107m)比地球與太陽(yáng)之間的距離(約1.5×1011m)要小得多，可以忽略不計(jì)，可以把地球看成質(zhì)點(diǎn)(忽略地球的自轉(zhuǎn))；當(dāng)研究地球的自轉(zhuǎn)引起的晝夜交替等現(xiàn)象時(shí)，就不能忽略地球的大小和形狀，當(dāng)然就不能把地球看成質(zhì)點(diǎn)了．

當(dāng)研究電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，因?yàn)樵雍说陌霃街幌喈?dāng)于原子半徑的十萬(wàn)分之一，所以可以把原子核看成質(zhì)點(diǎn)；但若研究有關(guān)原子核結(jié)構(gòu)的問(wèn)題時(shí)，就不能把原子核看成質(zhì)點(diǎn)，選項(xiàng)A錯(cuò)；

研究火車通過(guò)路旁的一根電線桿的時(shí)間時(shí)，因電線桿的粗細(xì)比火車的長(zhǎng)度小得多，故電線桿可看成質(zhì)點(diǎn)，而火車不能看成質(zhì)點(diǎn)，選項(xiàng)B錯(cuò)；

在平直的高速公路上飛馳的汽車，盡管車輪在轉(zhuǎn)動(dòng)，但我們研究的是汽車的速度，對(duì)整個(gè)車的運(yùn)動(dòng)來(lái)講，車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)不是研究的主要問(wèn)題，可將車看成質(zhì)點(diǎn)，D正確．故選D.奧運(yùn)冠軍張怡寧打出的乒乓球雖小，但飛旋多變，不能看成質(zhì)點(diǎn)，C錯(cuò)誤；如何解釋物體的運(yùn)動(dòng)或靜止？想一想物體的運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的——運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性

描述運(yùn)動(dòng)要尋找參考物體觀察觀察:同樣的物體，運(yùn)動(dòng)是否會(huì)不同？知識(shí)提煉二、參考系1．參考系：研究一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，選來(lái)作為參考的其他物體。(1)有了參考系，才能確定物體的位置．(2)參考系選得不同，則對(duì)同一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)得出的結(jié)論也不同．通常在研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果不聲明參考系，則默認(rèn)以地面為參考系．2．參考系的四性(1)標(biāo)準(zhǔn)性，選作參考系的物體都假定不動(dòng)，被研究的物體是運(yùn)動(dòng)的還是靜止的，都以參考系為標(biāo)準(zhǔn)．(2)任意性，參考系的選取具有任意性，但應(yīng)以觀察方便和使運(yùn)動(dòng)的描述盡可能簡(jiǎn)單為原則。(3)統(tǒng)一性，比較不同物體的運(yùn)動(dòng)或同一個(gè)物體不同階段的運(yùn)動(dòng)都應(yīng)選擇同一參考系．(4)差異性，對(duì)于同一物體選擇不同的參考系結(jié)果一般不同．3．參考系的特征(1)由于運(yùn)動(dòng)描述的相對(duì)性，凡是提到物體的運(yùn)動(dòng)，都應(yīng)該明確它是相對(duì)哪個(gè)參考系而言．(2)在同一個(gè)問(wèn)題當(dāng)中，若要研究多個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)或同一個(gè)物體在不同階段的運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須選取同一個(gè)參考系．(3)無(wú)論物體原來(lái)運(yùn)動(dòng)情況如何，一旦把它選為參考系，就認(rèn)為它是靜止的．例2.下列關(guān)于參考系的認(rèn)識(shí)正確的是A．只有靜止的物體才能被選作參考系

B．對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)的描述與參考系的選擇無(wú)關(guān)C．描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，一定要選擇參考系D．做直線運(yùn)動(dòng)的物體，無(wú)論選哪個(gè)物體為參考系，其運(yùn)動(dòng)軌跡都不可能是曲線C4.坐標(biāo)系為了定量描述物體的位置及位置的變化，需要在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。如果物體沿直線運(yùn)動(dòng)，我們可以以這條直線為x軸，在直線上規(guī)定原點(diǎn)、正方向和單位長(zhǎng)度，建立直線坐標(biāo)系。建立坐標(biāo)系后，我們就可以用坐標(biāo)表示質(zhì)點(diǎn)的位置，用坐標(biāo)的變化描述質(zhì)點(diǎn)的位置變化。問(wèn)題思考若某一物體運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)A、此時(shí)它的坐標(biāo)是多少？若運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)B呢？問(wèn)題思考若某人從學(xué)校門(mén)口A處開(kāi)始散步，先向南走了50m到達(dá)B處，再向東走了100m到達(dá)C處，最后又向北走了150m到達(dá)D處，則A、B、C、D各點(diǎn)的位置如何表示？xyxA＝2m，xB＝-1mA（0，0）、B（0，-50m）C（100m，-50m）、D（100m，100m）討論與交流我們?cè)诶镁W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)購(gòu)買(mǎi)機(jī)票時(shí),可以從如圖所示的頁(yè)面中得知某航班的時(shí)間信息:該航班從廣州起飛的時(shí)間為14:00,到達(dá)北京的時(shí)間為17:05，飛行時(shí)間為3小時(shí)5分鐘.請(qǐng)問(wèn)以上對(duì)“時(shí)間”的說(shuō)法有什么不同?知識(shí)提煉三、時(shí)間1．時(shí)刻：某一瞬間。2．時(shí)間間隔：兩個(gè)時(shí)刻之間的間隔。有時(shí)也簡(jiǎn)稱時(shí)間。3．二者的關(guān)系：用t1和t2分別表示兩個(gè)時(shí)刻，Δt表示兩個(gè)時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，則Δt=t2－t1。4．注意幾種時(shí)間和時(shí)刻常見(jiàn)的說(shuō)法(1)第1秒末，第2秒末，第3秒末……第n秒末。意義：時(shí)間軸上對(duì)應(yīng)數(shù)值為n的一個(gè)點(diǎn)，為時(shí)刻。例如，第3秒末為時(shí)間軸上數(shù)值為3的點(diǎn)。相同意義的名稱：第1秒末=第2秒初，第2秒末=第3秒初……第n秒末=第n+1秒初。(2)第1秒內(nèi)，第2秒內(nèi)，第3秒內(nèi)……第n秒內(nèi)。意義：時(shí)間軸上從數(shù)據(jù)n-1到數(shù)據(jù)n的長(zhǎng)度為1秒的一段時(shí)間。(3)前1秒，前2秒，前3秒……前n秒。意義：時(shí)間軸上從數(shù)字0到數(shù)字n的長(zhǎng)度為n秒的一段時(shí)間。例如，第4秒內(nèi)即指時(shí)間軸上數(shù)值為3和4之間的1秒鐘間隔。例如，前4秒即指時(shí)間軸上數(shù)值為0到4之間的4秒鐘間隔。相同意義的名稱：前1秒=前1秒內(nèi)，前2秒=前2秒內(nèi)……前n秒=前n秒內(nèi)。問(wèn)題思考一物體沿直線從O點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，如果各點(diǎn)之間的時(shí)間間隔都是1s，則下列各