1 质点 参考系和坐标系

第一章 运动的描述
本章概要
研究一种物理现象总是先从对现象的描述入手，作为研究物体机械运动规律的第一章将要讲述的是有关描述物体运动的物理量：质点、时间、位移、速度、加速度。先讲述质点、参考系和坐标系，然后主要研究直线运动中的位置、位移、速度、加速度等概念。其中质点、位移、速度、加速度既是本章的重点，也是本章的难点。
有了本章的基础，下一章就能进一步研究匀变速直线运动的规律。本章讲述的质点、参考系、坐标系、位置、位移、时刻、时间间隔、矢量、速度和加速度等不仅仅是下一章学习的基础，也是以后力学各章学习的基础和前提。
这些基础知识在实践中有广泛、重要的应用，教材中特别注意联系生活实际引出概念，并说明它们的应用。
学习策略
作为高中物理的第一章，本章既基础又重要，质点、位移、速度、加速度是引领后面知识的先行者，在学习的过程中，一定要注意联系实际，采用一些直观、形象的方法来加深对知识点的理解，从而把难度降到最低限度。
另外，一定要领会物理学的科学思维方法，如质点模型的建立（理想化模型）、速度概念的定义（由平均速度到瞬时速度的过渡采取了极限思想）等，并将学到的科学思维方法应用到今后解决问题的过程中，达到举一反三、触类旁通。
单元规划
研究一种物理现象总是先从现象的描述入手.作为研究物体机械运动规律（力学）的第一章，本章章名“运动的描述”就清楚点明将要讲述的是有关描述物体运动的物理量：位移、时间、速度和加速度.要理解这些物理量，就必需理解质点、参考系和坐标系等概念.所以，本章首先介绍质点、参考系和坐标系，接着说明时刻和时间间隔、路程和位移，指出矢量和标量的区别，然后主要研究直线运动中的位置、位移、速度、加速度等概念.
通过本章的教学，要让学生认识描述运动的基本物理量——位移、路程、速度、加速度，了解和体会物理学研究问题的一些方法，如运用理想模型（如质点）和数学方法（如公式法、图象法），以及处理实验数据的方法（如处理打点计时器所打的纸带）等.教学中要注意引导学生初步领会这些科学思维方法.
力学是物理学及其他科学研究的典范，其表现形式是多方面的.在这一章中最为突出的是质点模型的建立.人们要科学地描述物体的运动，不是一种简单的摹写，不是拍照，而是突出研究对象和问题的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的“物理模型”，并将其作为研究对象.这样不仅使描述和研究成为可能，而且更深刻地把握了事物的本质.理想化模型源于具体事物又高于具体事物，是感知、思维的产物.
质点位置随时间的变化规律是运动学的核心问题.本章明确提出了位置坐标以区分位置和位移，研究质点的位置坐标随时间变化的关系，体现了教材内容的基础性.这一章指出应在参考系上建立坐标系，并且定量地描述质点的位置.用x表示位置，用Δx表示位移.时刻和时间间隔的区分因此更加明确.
这一章还突出了变化率的概念.任何事物的变化，包括物体位置的变化，总是伴随着一个过程.在这一过程中，我们关心的事情，一件是变化的多少，另一件是变化的快慢，后者就是变化率.比如，位移是位置坐标的变化，而速度是位置坐标变化的快慢，速度的变化量是速度变化的多少，而加速度是速度变化的快慢.
本章教材非常注意物理知识与生活、技术、社会的联系，无论是概念的引入、阐述、应用、练习都注意联系实际，特别是联系学生身边的生活、现代科技.如：阐述质点位置时，联系全球卫星定位系统；讲解位移、路程时，联系北京去重庆的交通路线；讲速度和加速度则联系学生感兴趣的一些物体和交通工具的速度和加速度等.
本章讲述的质点、参考系、坐标系、位置、位移、时刻、时间间隔、矢量、速度和加速度等不仅是下一章学习的基础知识，也是以后力学各章学习的基础知识.这些基础知识在实践中有广泛的、重要的应用，教材注意联系生活实际引出概念，并说明它们的应用.
第一讲 1 质点 参考系和坐标系
情景导入
第一次世界大战的时候，一位法国飞行员在2 000 m高空飞行的时候，发现脸旁有一个什么小玩意儿在游动着,飞行员以为这是一只什么小昆虫，敏捷地把它一把抓了过来.现在请你想一想这位飞行员的惊诧吧，他发现他抓到的是一颗德国子弹！
问题：大家都知道，子弹的飞行速度是相当快的，为什么飞行员能抓到子弹？
简答：这是因为一颗子弹并不是始终以800—900 m/s的初速度飞行的．由于空气的阻力，这个速度逐渐减低下来，而在它的路程终点（跌落前）的速度却只有40 m/s.这个速度是普通飞机也可以达到的.因此，很可能碰到这种情形：飞机跟子弹的方向和速度相同.那么，这颗子弹对于飞行员来说，它就相当于静止不动，或者只是略微有些移动.那么，把它抓住自然没有丝毫困难了.
新知预习
质点:不考虑物体的大小和形状,把物体简化为一个　　　　　，称为质点.?
物体可以看成质点的条件:如果在研究的问题中，物体的　　　、　　　以及物体上各部分运动的差异是次要的或不起作用的因素，就可以把物体当作　　　.?
参考系:描述一个物体运动时，用来作　　　的另一个物体称为参考系.?
描述同一物体的运动时，若以不同的物体作为　　　，观察的结果可能不同.?
参考系的选择原则上是　　　，在实际问题中应以研究问题的方便、对运动的描述尽可能简单为原则.?
在研究地面上的物体的运动时，通常取　　　或相对于地面静止不动的物体作参考系.
坐标系：在选定参考系上建立适当的坐标系后，就能定量描述物体的位置和位置变化.要注意：?
（1）坐标系相对参考系是静止的.?
（2）坐标的三要素：_________、_________、_________.?
（3）用坐标表示质点的位置.?
（4）用坐标的变化描述质点的位置改变.
知识·巧学·升华
一、质点
1.定义
不考虑物体的大小和形状时，用来代替物体的有质量的点。
2.物体可以看成质点的条件
（1）物体的形状、大小以及物体上各部分运动的差异对所研究的问题的影响可以忽略不计时，就可以把物体当作质点。
（2）平动的物体可以视为质点
平动的物体是指物体上各个点的运动情况都完全相同的物体。这样，物体上任一点的运动情况与整个物体的运动情况相同，可用一个质点来代替整个物体。
3.物理意义
质点是一种理想化模型，是对实际物体的科学近似，将物体看成质点是研究物理的一个重要方法，它抓住了主要矛盾，忽略次要因素，使具体问题得到简化，便于解决。
二、参考系
1.定义
描述物体的运动时，用来作参考的另外的物体。
2.对参考系的理解
（1）物体是运动还是静止，都是相对于参考系而言的；
（2）同一运动，选择不同的参考系，观察结果可能不同；
（3）比较物体的运动，应该选择同一参考系；
（4）参考系可以是运动的物体,也可以是静止的物体；
（5）参考系的选取是任意的，但应使运动的描述尽可能简单、方便。一般来说，研究地面上的运动时，取地面为参考系。
3.运动的相对性
（1）对一个物体运动情况的描述,取决于所选的参考系。参考系不同,对同一个物体运动情况的描述通常不同。例如：司机开着车行驶在高速公路上,以车为参考系,司机是静止的,以路面为参考系,司机是运动的。（选择参考系时，应以观测方便和描述运动简便为原则。注意选择不同的参考系来观察同一运动，观察的结果会不同。要比较两个物质的运动情况，必须选择同一参考系才有意义。）
（2）相对静止：如果两个运动物体运动的快慢相同,运动的方向相同,我们就说两个物体是相对静止的,即它们之间的相对位置没有发生变化。例如：肩并肩一起走的两个人,彼此就是相对静止的。
（3）平时人们所说的静止,就是相对静止,绝对静止是没有的。
三、坐标系
1.物理意义
在参考系上建立适当的坐标系，可以定量地描述物体的位置及位置变化。
2.分类
如图1-1-1所示，根据描述的物体位置及位置变化的需要，我们可以建立三种坐标系：①一维坐标系(直线坐标系)；②二维坐标系(平面坐标系)；③三维坐标系(立体坐标系)。
图1-1-1
问题·自主·探究
问题1 在什么情况下物体才能被看作质点？试分析地球、火车、自行车的运动能否被看作质点。
思路:从以上分析可以看出，不论物体是大是小，也不论物体是平动还是转动，只有当研究物体的大小、形状对所研究的问题没有影响或影响很小时，才能把物体看作质点。同样对于转动的物体，当我们研究的问题，转动对其无影响时，也可以把物体看作质点。例如研究地球的公转时，可以把物体看作质点。
探究:我们通过研究不同的问题来说明运动物体能否被看作质点。
地球：在研究地球绕太阳的公转问题时，因为地球和太阳之间的距离远大于地球的直径，地球的大小对其公转几乎没有影响，所以此时地球可看作质点；在研究地球的自转问题时，则不能看作质点，如果此时地球看作质点，就谈不上自转了。
火车：如果是求一列火车从上海到北京所用时间或运行的平均速度，火车的长度远小于两地的距离，所以能看作质点；如果是求一列火车过一座桥梁所用时间，因火车的长度与桥梁的长度可比拟，所以不能看作质点。
自行车：如果求自行车行驶的速度或通过两地所用时间则可以看作质点；如果研究自行车车轮上某一点的运动情况，则不能看作质点。
问题2 甲、乙两个同学分别坐在相对行驶的汽车中，甲说乙是运动的，乙说甲是运动的，而站在路边的丙同学说，甲和乙两个都是运动的。请思考：他们哪个说得对？如何认识运动和静止？
思路:一个物体相对于不同的标准，其运动情形是不同的，只有确定了作为标准的物体——参考系，对物体运动的描述才有意义。可见，物体的运动和静止是相对的，描述物体的运动时，需要首先选定参考系。
探究:他们说的都是对的。甲说乙是运动的，是以甲车为参考系判断的；乙说甲是运动的，是以乙车为参考系判断的；丙说甲、乙都是运动的，是以地面为参考系判断的。物体是运动的还是静止的与我们所选择的参考系有关，同一物体的运动，若选择不同的参考系其运动状态可能是不同的。
典题·热题·新题
【例1】 下列关于质点的说法中，正确的是（ ）
A.质点是一个理想化的模型，实际并不存在
B.因为质点没有大小，所以与几何中心的点没有区别
C.凡是轻小的物体，都可看作质点
D.如果物体的形状和大小在所研究的问题中属于无关或次要因素，就可以把物体看作质点
思路分析：本题是对质点基本概念的理解和考查，关键要记住质点的含义并能领会“科学抽象”这一科学方法的真正意义．
解析：质点是一个理想化的物理模型，实际上不存在，物体能否看成质点要满足D项的条件，A、D正确.质点是人们为了研究问题的方便，而抽象出来的点，与几何中心、物体大小没有直接关系，B、C项错．
答案：AD
【例2】 关于质点的说法正确的是（ ）
A.研究列车在北京和上海之间的运行时间，可把列车当作质点
B.研究列车通过南京长江大桥所用的时间，不能把列车看作质点
C.研究自行车的车轮绕车轴的运动，可以把自行车的轮当作质点
D.研究在公路上行驶的自行车的速度，可以把自行车看作质点
思路分析：本题是考查物体看成质点的条件．如果物体的大小、形状在所研究的问题中属于次要因素，可忽略不计，该物体就可看作质点，做平动的物体可视为质点，研究物体的转动时不能视为质点．
解析：研究列车在北京到上海间的运行时间时,由于列车的长度比北京到上海的距离小得多，可以不考虑列车的长度(形状等次要因素)，可以把列车看作质点；研究列车通过南京长江大桥所用的时间，由于列车的长度比大桥的长度小得不多，列车的长度不能忽略不计，故不能把列车看作质点．
研究自行车的车轮绕车轴的运动时，由于车轮上不同点的运动情况不同，距离车轴越远的点运动速度越大，显然不能把自行车的车轮看作质点；研究自行车在公路上的行驶速度时，自行车上各点的速度差别很小，可略去不计，故可把自行车看作质点.
答案：ABD
【例3】 甲、乙、丙三架观光电梯，甲中乘客看一高楼在向下运动，乙中乘客看甲在向下运动,丙中乘客看甲、乙都在向上运动．这三架电梯相对地面的运动情况可能是（ ）
A.甲向上、乙向下、丙不动 B.甲向上、乙向上、丙不动
C.甲向上、乙向上、丙向下 D.甲向上、乙向上、丙也向上，但比甲、乙都慢
思路分析：在复杂的物理情景中，要想办法化难为简．如果我们先选择同向或反向运动的物体作参考，运动的相对性是复杂的；但如果先选择静止的物体作参考研究物体的相对运动再逐渐延伸就简单多了，此题中，先选楼房为参考系．
解析：电梯中的乘客看其他物体时，是以自己所乘的电梯为参考系，甲中乘客看高楼向下运动，说明甲相对于地面一定在向上运动．同理，乙看到甲在向下运动，说明乙相对地面也是向上运动，且运动得比甲更快.丙电梯无论是静止，还是在向下运动，或者以比甲、乙都慢的速度在向上运动，则丙中乘客看见甲、乙两电梯都会感到是在向上运动．
答案：BCD
类题演练1
两列火车平行地停在一站台上，过了一会儿，甲车内的乘客发现窗外树木在向西移动，乙车内的乘客发现甲车仍没有动.如以地面为参考系，上述事实说明（ ）
A.甲车向东运动，乙车不动 B.乙车向东运动，甲车不动
C.甲车向西运动，乙车向东运动 D.甲、乙两车以相同的速度向东运动
类题演练2
通信卫星是静止卫星．那么，以下说法正确的是（ ）
A.静止卫星相对于地球是静止的 B.静止卫星相对于地面是静止的
C.静止卫星相对于地球中心是静止的 D.以上说法都正确
变式提升
甲、乙、丙三人各乘一个热气球，甲看到楼房匀速上升，乙看到甲匀速上升，丙看到乙匀速下降．那么，从地面上看，甲、乙、丙的运动情况可能是（ ）
A.甲、乙匀速下降，v乙＞v甲,丙停在空中 B.甲、乙匀速下降，v乙＞v甲,丙匀速上升
C.甲、乙匀速下降，v乙＞v甲,丙匀速下降，v丙＞v乙
D.甲、乙匀速下降，v乙＞v甲,丙匀速下降，v丙＜v乙
类题演练3
在平直公路上，甲乘汽车以10 m/s的速度运动，乙骑自行车以5 m/s的速度运动．则甲、乙（ ）
A.同向运动时，甲一定观察到乙以5 m/s的速度靠近
B.反向运动时，甲一定观察到乙以15 m/s的速度远离
C.相向运动时，乙一定观察到甲以15 m/s的速度靠近
D.背向运动时，乙一定观察到甲以15 m/s的速度远离
【例4】 为了确定一辆行驶在北京长安街上的汽车的位置，我们可以取x轴表示长安街的东西方向，x轴的正方向指东，并且取天安门前的旗杆作为坐标轴的原点，那么汽车的位置就由它的坐标完全确定了．若汽车的坐标是1 km，则表示汽车处于什么位置？汽车的坐标是-2 km呢？
思路分析：用坐标确定了物体的位置，我们就能定量地描述物体的运动了．特别要注意坐标正负号的含义，坐标的绝对值表示汽车离开坐标原点的距离，正负号表示方向．
解析：若汽车的坐标是1 km，则表示汽车在旗杆以东1 km；汽车的坐标是-2 km，则表示汽车在旗杆以西2 km．
答案：旗杆以东1 km，旗杆以西2 km．
类题演练4
从高出地面3 m的位置竖直向上抛出一个小球，它上升5 m后回落，最后到达地面，如图1-1-1所示，分别以地面和抛出点为原点建立坐标系，方向均以向上为正，填写以下表格：
图1-1-1
坐标原点的设置 出发点的坐标 最高点的坐标 落地点的坐标
以地面为原点
以抛出点为原点
知识拓展
1.理想模型
理想模型是为了便于研究而建立的一种高度抽象的理想物体，实际的物体都是具有多种属性的，但是，当我们针对某种目的，从某种角度对某一物体进行研究时，有许多对研究问题没有直接关系的属性和作用就可以忽略不计.例如，我们从力学角度研究引力作用下物体的运动时，只需考虑质量这一最重要的属性，其他因素均可略去，对于具有一定质量的物体，我们假设其质量集中在物体的质量中心，便抽象出质点模型，质点是力学中的一个基本概念，只要我们所考虑的运动仅涉及物体的位置移动，并且所涉及的空间尺度比物体自身的尺度大得多时，都可以用质点模型来代替所研究的物体.在上述条件下，不但微观世界中的电子、质子、中子等基本粒子可以看作质点，地球上的各种生物和其他物体可用质点模型来代表，就是恒星、行星等各种天体，也可以看作质点.
作为科学抽象的结果，理想模型也是一种科学概念，广泛应用在各门科学中，例如，数学上所研究的不占有任何空间的“点”，没有粗细的“线”，没有厚度的“面”；物理学中所研究的“理想的摆”（单摆），忽略分子本身体积和分子间作用力的“理想气体”，不考虑其大小的“点电荷”等；在化学和生物学中也有类似的理想模型.这些理想模型都是以客观存在为原型的，作为抽象思维的结果，它们也是对客观事物的一种反映.在自然科学的研究中，理想模型的建立，具有十分重要的意义，由于客观事物具有质的多样性，它们的运动规律往往是非常复杂的，不可能一下子把它们认识清楚，引入理想模型的概念，可以使问题的处理大为简化，从而便于人们去认识和掌握它们.
2.参考系
质点的机械运动表现为质点的位置随时间变化，质点的位置是相对于一定的参考系说的，参考系是指选来作为研究物体运动依据的一个三维的、不变形的物体（刚体）或一组物体为参考体，并在参考体上选取不共面的三条相交线作为标架，再加上与参考体固连的时钟，即参考系包括参考体、标架和时种，习惯上我们把参考体简称为参考系，为了定量地描述物体的运动，我们在参考系上还要建立坐标系.
从运动学角度看，参考系可以任意选取.对一个具体的运动学问题，我们一般从方便出发选取参考系以简化物体运动的研究.古代研究天体的运动时，很自然以地球为参考系.托勒密的“地心说”用本轮、均轮解释行星的运动.哥白尼用“日心说”解释行星运动时，也要用本轮和均轮.从运动学角度看，“地心说”和“日心说”都可以同样好地描述行星的运动.但从研究行星运动的动力学原因的角度看，“日心说”开通了走向真理的道路.开普勒在“日心说”的基础上，把行星的圆周运动改变为椭圆运动从而扔掉了本轮、均轮的说法，并在观测的基础上建立了行星运动三定律，作出了重要的贡献.牛顿进一步揭露了开普勒三定律的奥秘，建立了万有引力定律，概括出“万有引力”的概念.我们应该注意，从运动学看，所有参考系都是平权的，选用参考系时只考虑分析解决问题是否简便.从动力学看参考系可分为惯性参考系和非惯性参考系两类，牛顿定律等动力学规律只对惯性参考系成立，对不同的非惯性参考系要应用牛顿定律需引入相应的惯性力修正.
3.平动与转动
常见物体的运动有各种形式，最基本的只有两种：平动和转动.
在任何时刻，物体中各点的运动速度、位移都相同，也就是说，它们的运动状态都相同，这种运动叫做平动.例如，缝纫机针的运动，给病人注射时注射器中活塞的运动，起重机提起重物时重物的运动等.
判断物体做平动的方法：在运动物体中任意两点间连一条直线，如果这条直线在物体运动过程中总是平行的，这种运动就是平动，如图1-1-8所示.
图1-1-8
知道平动的上述特点，那么物体做平动时，它的轨迹一定是直线吗？研究物体的平动时，物体可被视为质点吗？请你认真思考并与同学们交流讨论.
如果物体中各点都绕同一条直线做圆周运动，这种运动叫做转动，这条直线叫做转轴.例如，电扇扇叶的运动，钟表指针的运动，装有合页的门窗的运动等.
物体转动时各点的运动情况相同吗？物体能被看成质点吗？请你好好想想，并与同学们交换意见.
实际上，许多物体往往既做平动，又做转动.例如，螺钉拧入螺母的运动，钻头钻孔时的运动，行进中车辆上车轮的运动等，如图1-1-9所示.
图1-1-9
4.GPS全球卫星定位系统
GPS接收器的知识
（1）坐标
描述你的位置的一组数值，一般有纬度（北或南）和经度（东或西）.坐标系以米为单位测量你离赤道（北或南）和本初子午线（东或西）的距离.纬度、经度和速度称为三维坐标，确定它需要至少4颗卫星.几乎所有GPS接收器都以提供三维坐标作为标准.
（2）路线
路线包括开始位置和目的地，同时也有途径的地点.一条路线上的两点之间称为航段.一条路线可由一个或若干个航段组成.如果你徒步旅行，你可以输入一条路线，其中包括方向、计划休息的地点或宿营地，还有你的目的地.
（3）高度
如果有足够的GPS卫星，一些GPS设备可提供高度信息（海拔）.由于GPS系统本身的特点，高度不如平面坐标那么精确.
（4）航向
这是反映沿水平方向GPS接收器移动的方向，并不需要你把GPS接收器确切地指向这个方向.在你移动时可以看到这个值，航向的值是按0——359度顺时针方向分布的，和指南针的值相对应.
（5）方位角
方位角表示车辆的行驶方向，正北方为0度，南方为180度，它是从北方向算起沿顺时针分布的值.
（6）时间
若接收器上显示的时间为10：29：57，则表示现在的时间是10点29分57秒.
GPS在交通运输中的应用
（1）三维导航
三维导航是GPS的首要功能，飞机、船舶、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航接收器进行导航.
（2）车辆跟踪
利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图;可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪.利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输.
（3）提供出行路线规律和导航
提供出行路线规划是汽车导航系统的一项重要辅助功能，只要驾驶者确定起点和目的地，通过计算机处理，显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和方法.
（4）信息查询
为用户提供主要物标，如旅游景点、宾馆、医院等数据库，用户能够在电子地图上根据需要进行查询.
（5）话务指挥
指挥中心可以监测区域内车辆运行状况，对被监控车辆进行合理调度.指挥中心也可随时与被跟踪目标通话，实行管理.
（6）紧急援助
通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助.监控台的电子地图显示求助信息和报警目标，规划最优援助方案，并以报警声光提醒值班人员进行应急处理.
读书做人
发现源于观察
魏格纳有一次生病了，躺在医院里百无聊赖.病房里贴着一张世界地图，身为气象学家的他出于职业习惯便浏览起这张世界地图来.
突然，他发现一个奇怪的现象：巴西的版图凸出的部分，正好和非洲西南部版图凹进去的部分相吻合.这个发现让他欣喜若狂，因为当时学术界对大陆的形成学说一直没有定论，而这个发现如果能成立，那么必将是石破天惊.
出院后，魏格纳开始搜集有关大陆漂移学说的证据.他发现美洲的东西部和非洲的西部都有生活在27亿年前的蜥蜴化石，这有力地证明了非洲和美洲两个大陆曾经是连在一起的，板块漂移后，把它们的化石分别带走了，“大陆漂移说”的学说雏形由此产生.
思考：
（1）这个故事说明了一个什么道理？
（2）物理是一门实验科学，实验中要注意发现那些过程中的细节，就要认真做好每一个实验，仔细观察实验现象，发现实验过程中遵循的物理规律.你有仔细观察的良好习惯吗？
自主广场
我夯基 我达标
1.关于机械运动和参考系，以下说法不正确的是（ ）
A.一个物体相对于别的物体的位置变化，叫做机械运动
B.不选定参考系，就无法研究某一物体是怎样运动的
C.参考系一定是不动的物体
D.参考系是人们假定不动的物体
解析：物体的运动状态如何，都有相应的参考系，若无参考系，也就无法确定物体怎样运动.而参考系是假定不动的物体，一般说来，题目中描述的物体的运动，都是相对于参考系的运动，物体的运动状态和所选的参考系是同时存在于题目中的.
答案：C
2.下列说法中正确的是（ ）
A.被选作参考系的物体是假定不动的
B.一乘客在车厢内走动的时候，他就说车是运动的
C.研究地面上物体的运动，必须选取地面为参考系
D.质点运动的轨迹是直线还是曲线，与参考系的选取有关
解析：宇宙间的一切物体都处在永恒的运动中，被选作参考系的物体只是被假定不动，所以选项A正确.物体是运动还是静止，是相对于参考系而言的，在车厢内走动的人，在没有明确参考系之前就说车是运动的是错误的，所以选项B错.研究物体的运动时，参考系是可以任意选取的，所以选项C错.同一物体的运动，选择不同的参考系所观察到的轨迹不同，D正确.
本题考查了机械运动的常识.在研究物体是运动的还是静止的时，首先要选定参考系；参考系的选取原则是任意的；质点的运动轨迹，是以观察者看到的情况而定的.
答案：AD
3.以下关于质点的说法中正确的是（ ）
A.质量小的物体都能看成质点
B.体积小的物体都能看成质点
C.各部分运动状态完全一致的物体可视为质点
D.某些情况下地球也可以看成质点
解析：能否将物体看作质点，取决于所研究的具体问题，而不是取决于这一物体的大小、形状及质量.只有当所研究的物体的大小和形状对所研究的问题没有影响或影响很小，可以将其形状和大小忽略时，才能将物体看作质点.
同一物体，有时能被看作质点，有时不能被看作质点.
若物体各部分的运动状态完全一致，在研究物体的运动规律时，可以将物体看作质点.
答案：CD
4.在有云的夜晚，抬头望月，发现“月亮在白莲花般的云朵里穿行”，这里取的参考系是（ ）
A.月亮 B.云 C.地面 D.观察者
解析：月亮在云朵里穿行描述的是月亮相对云的运动，是以云朵为参考系的.
答案：B
5.两列火车平行地停在一个站台上，过了一会儿，甲车内的乘客发现窗外的树木在向西运动，乙车内的乘客发现甲车仍然没有动.如以地面为参考系，上述事实说明（ ）
A.甲车向东运动，乙车不动 B.乙车向东运动，甲车不动
C.甲车向西运动，乙车向东运动 D.甲、乙两车以相同的速度向东运动
解析：选择地面为参考系，树木和地面是连在一起的，树木相对地面静止.甲车内的乘客发现窗外的树木在向西运动，说明甲车在向东运动.乙车内乘客发现甲车没动，说明乙车相对甲车静止，因而甲、乙两车的运动情况相同.由于以地面为参考系，甲车向东运动，所以乙车也相对地面向东运动.故正确选项为D.
答案：D
6.下列物体或人能看成质点的是（ ）
A.在空中做各种翻腾动作的体操运动员
B.研究足球能形成“香蕉球”的原因
C.确定标枪从掷出到落地的水平距离
D.记录万米赛跑运动员从起跑到冲线的时间
解析：物体是否能视为质点，不能仅仅以它的大小形状来确定，关键要看物体的大小形状对所研究的问题的影响大小.
选项A中的体操运动员在空中完成各种翻腾动作，充分展示其优美的身姿，故不能看成质点.
选项B中的足球之所以能形成“香蕉球”，是因为足球在空气中的旋转造成的.如果忽略足球大小，就没有旋转而言，也就形不成“香蕉球”，所以不能将形成“香蕉球”的足球看成质点.
选项C中，确定标枪的水平距离时，是测量从抛出点到枪尖落点的距离，这与标枪本身的长度无关，故可将标枪看作质点.
D选项中，记录万米赛跑运动员的成绩，这与运动员本身的身材及跑步动作均无关，故可将运动员视为质点.
答案：CD
我综合 我发展
7.在研究下述运动时，能被看作质点的物体是（ ）
A.内燃机气缸内往复运动的活塞
B.研究乒乓球的旋转效应
C.研究火车从南京到上海所需要的时间
D.研究一列火车通过南京长江大桥所需的时间
解析：活塞在气缸中运动，研究对象是整个活塞，而活塞上各部分的运动情况相同，因此可以看成质点.
研究乒乓球的旋转效应，主要是研究旋转，因此不能看成质点.
火车从南京到上海的运动距离远大于火车的长度，因此车长对研究时间的影响很小，可以忽略不计，因此火车可看成质点.
研究火车通过长江大桥的时间时，车长不能忽略，因此火车不能看成质点.
答案：AC
8.甲、乙、丙三架观光电梯，甲中的乘客看到一高楼在向下运动；乙中乘客看到甲在向下运动；丙中乘客看到甲、乙都在向上运动，这三架电梯相对地面的可能的运动情况是（ ）
A.甲向上、乙向下、丙不动 B.甲向上、乙向上、丙不动
C.甲向上、乙向上、丙向下 D.甲向上、乙向上、丙向上
解析：甲、乙、丙三个乘客均是以自己本身为参考系，甲看到高楼向下运动，说明甲是向上运动；乙看到甲向下运动，说明乙也向上运动，且比甲运动得快；丙看到甲、乙都向上运动，则丙可能向上（比甲、乙运动得慢）、向下运动或不动.
答案：BCD
9.田径场上，要描述百米赛跑运动员在运动中的位置，需建立什么样的坐标系？要描述800 m赛跑运动员在运动中的位置，需建立什么样的坐标系？在足球场，要描述足球运动员的位置需建立什么样的坐标系？要描述足球的位置呢？
解析：百米赛跑运动员沿直线运动，故建立直线坐标系；800 m赛跑运动员在弯曲的跑道上运动，故建立平面坐标系；足球运动员在平面上运动，应建立平面坐标系；足球要在空中、地面上运动，故建立空间坐标系.
答案：直线坐标系，平面坐标系，平面坐标系，空间坐标系.
我创新 我超越
10.一位电脑动画爱好者设计了一个“猫捉老鼠”的动画游戏，如图1-1-3所示，在一个边长为a的立方体木箱的一个顶角G上，老鼠从猫的爪间逃出，选择了一个较短的路线，沿着木箱的棱角奔向洞口，洞口在方木箱的另一顶角A处.若老鼠在奔跑中保持速度大小v不变，并不重复跑过任一条棱边即不再回到G点.聪明的猫选择了一条最短的路线奔向洞口（设猫和老鼠同时从G点出发）.试分析猫奔跑的速度为多大时，猫恰好能在洞口再次捉住老鼠.
图1-1-3
答案：略
更上一层楼
基础·巩固·达标
1.下列哪些现象是机械运动（ ）
A.“神舟”五号飞船绕着地球运转
B.西昌卫星发射中心发射的运载火箭在上升过程中
C.钟表各指针的运动 D.煤燃烧的过程
解析：A、B、C三种现象中物体都有机械位置变化，所以是机械运动；D项中煤的机械位置没有变化，所以不是机械运动。
答案：ABC
2.关于质点，下列说法正确的是（ ）
A.地球不能看作质点，而原子核可以看作质点
B.研究火车通过路旁一根电线杆时，火车可看作质点
C.研究奥运会男单冠军孔令辉打出的弧圈球时，不能把乒乓球看作质点
D.研究奥运会3 m跳板冠军伏明霞的跳水动作时，不能把她看成质点
解析：A项中当研究地球的公转时，由于地球直径远比地球与太阳的距离小，可以把地球看作质点；当研究地球自转时，就不能把地球看作质点。研究电子绕原子核的运动情况时，由于原子核的半径又相当于原子半径的万分之一，所以可将原子核当作质点；但若研究有关原子核结构的问题，不能把原子核当作质点。B项中研究火车通过路旁的电线杆的时间时，火车的长度不能忽略，火车不能当作质点。C项中研究乒乓球的弧圈运动时，乒乓球的大小不能忽略，乒乓球不能当作质点。D项中跳水时，在很短的时间内，完成转体和翻滚等高难度动作时，也不能看作质点。
答案：CD
3.以下说法正确的是（ ）
A.参考系就是不动的物体 B.任何情况下，只有地球才是最理想的参考系
C.不选定参考系，就无法研究某一物体是怎样运动的
D.同一物体的运动，对不同的参考系可能有不同的观察结果
解析：参考系是用来选作标准的另外的物体。例如，研究行驶中火车上的乘客的运动情况，若取火车为参考系，火车就假定为是不动的；但是，以地面为参考系时，火车也是运动的。参考系的选取是任意的，一般应考虑到使所研究的运动描述起来尽可能简便。当研究火星的公转时，以太阳为参考系比以地球为参考系要方便得多。
不选取参考系，就无法描述物体的位置变化，就无法说明其是怎样运动的。
答案：CD
4.下列说法正确的是（ ）
A.甲、乙两人均以相同的速度向正东方向行走，若以甲为参考系，则乙是静止的
B.甲向东行走，乙向西行走，甲相对乙仍是向东行走
C.两辆汽车在公路上同向直线行驶，且保持距离不变，若观察者认为两辆车都静止，则选用的参考系可能是其中的一辆车
D.甲、乙两辆车同向行驶，甲在前、乙在后，它们间距离越来越远，甲车上的人以甲车为参考系观察乙车，认为乙车向后退
解析：A项中甲、乙运动情况相同，则相对静止，所以A对。B项中甲相对乙比相对地以更大的速度向东行走，B对。C项，因为甲、乙两辆车相对静止，所以C对。D项，若认为甲不动，乙离甲越来越远，看上去是在后退，D对。
答案：ABCD
5.诗句“满眼风波多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行”中，“看山恰似走来迎”和“是船行”所选的参考系分别是（ ）
A.船和山 B.山和船 C.地面和山 D.河岸和流水
解析：“看山恰似走来迎”，山相对地面是不动的，因此所选的参考系是船；“是船行”，船相对地面或山是运动的，因此所选的参考系为山。
答案：A
6.若车辆在行进中，要研究车轮的运动，下列选项中正确的是（ ）
A.车轮只做平动 B.车轮只做转动
C.车轮的平动可以用质点模型分析 D.车轮的转动可以用质点模型分析
解析：研究车轮的运动，无需任何条件（平动、转动均可）。如果车轮做平动，车轮上各点的运动情况（速度大小和方向）相同，则可将车轮当作质点处理；如果车轮做转动，车轮上各点的运动情况不同，因此不能将整个车轮当成质点处理。故只有C项符合要求。
答案：C
7.“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”这一句诗表明（ ）
A.坐在地上的人是绝对静止的 B.坐在地上的人相对地球以外的其他星体是运动的
C.人在地球上的静止是相对的,运动是绝对的
D.以上说法都错误
解析：人是运动还是静止取决于所选参考系,参考系不同,结果就不同。但运动是绝对的,而静止是相对的。
答案：BC
8.田径场上，要描述百米赛跑运动员在运动中得位置，需建立什么样得坐标系？要描述800米赛运动员在运动中的位置，需建立什么样得坐标系？在足球场，要描述足球运动员的位置需建立什么样的坐标系？要描述足球的位置呢？
答案：百米赛运动员沿直线运动，故建立直线坐标系，800米赛，运动员在弯曲的跑道上运动，故建立平面坐标系；足球运动员在平面上运动，应建立平面坐标系；足球要在空中、地面上运动，故建立空间坐标系。
综合·应用·创新
9.下列关于质点的说法中正确的是（ ）
A.体积很小的物体都可看成质点 B.质量很小的物体都可看成质点
C.不论物体的质量多大，只要物体的尺寸跟物体间距离相比甚小时，就可以看成质点
D.只有低速运动的物体才可看成质点，高速运动的物体不可看成质点
解析：一个实际物体能否看成质点，跟它体积的绝对大小、质量的多少以及运动速度的快慢无关，主要决定于这个物体的尺寸和它与周围物体间距离相比是否能忽略，同时还跟所要研究的问题的性质有关。例如，地球可称得上是个庞然大物，其直径约1.28×107 m，质量达6×1024 kg，在太空中绕太阳运动的速度达几百米每秒。但由于其直径与地球离太阳的距离（约1.5×1011 m）相比甚小，因此在研究地球公转运动时，完全可忽略地球的形状、大小及地球自身的运动，把它看成一个质点。而同样的这个地球，在研究其昼夜交替及一年四季的成因时，就不能把它看成质点，本题的答案选C。
答案：C
10.太阳从东边升起，西边落下，是地球上的自然现象，但在某些条件下，在纬度较高地区的上空飞行的飞机上，旅客可以看到太阳从西边升起的奇妙现象。这些条件是（ ）
A.时间必须是在清晨，飞机正在由东向西飞行，飞机的速率必须较大
B.时间必须是在清晨，飞机正在由西向东飞行，飞机的速率必须较大
C.时间必须是在傍晚，飞机正在由东向西飞行，飞机的速率必须较大
D.时间必须是在傍晚，飞机正在由西向东飞行，飞机的速率不能太大
解析：设地球转动方向如右图中箭头所指，则此时A处的人正处在清晨且左为东，右为西，当转到B点时处在傍晚，且右为东，左为西，此时若飞机向西飞行且速度较大，就能看到太阳从西边出。A处不能看到此现象。要知道的是太阳不动，清晨日出东方是由于地球自西向东自转造成的，人无论处在什么位置自转方向总是东。
答案：C
11.找出下列物体做机械运动时的参考系。
（1）月亮走，我也走 （2）晚上月亮在云层中穿行
解析：（1）初看似乎是以“我”为参考系的，细想一下，你在启动时月亮相对你的位置在变吗？没有。我们在启动时看到月亮也在走，往往是看到月亮在“树梢”“房顶”上移动，因此是以地面上的高大物体像树、房子等为参考系的；
（2）是因为云层在移动，才让人们觉得月亮在云中穿行，这是以云层为参考系的。
答案：（1）树或房子 （2）云层
12.第一次世界大战期间，一飞行员驾机飞行时，发现座舱外有一黑色的小物体，他伸手抓住一看，竟是一颗子弹！飞行员为何没有被击伤？如果飞行员站在地面上，他还能抓住飞行中的子弹吗？
答案：当飞行员驾机飞行时，飞机的速度和子弹相差不多且方向相同，若取飞机为参考系，则人、子弹都是相对静止的，因此飞行员可以抓住子弹而不被击伤。如果飞行员站在地面上，取地面为参考系，则飞行员是静止的，而子弹是运动的且速度非常大，所以飞行员不能去抓住飞行中的子弹。