2014年秋高中物理 1.1 质点 参考系和坐标系学案（新人教版必修1）

质点 参考系和坐标系
【三维目标导航】：
1．掌握质点的概念，能够判断什么情况下的物体可视为质点。
2．知道参考系的概念，并能判断物体在不同参考系下的运动情况。
3．认识坐标系，并能建立坐标系来确定物体的位置及位置变化。
【导学重点】：质点、参考系
【导学难点】：质点概念的理解
【过程引領】：观察鸟、水中的船、飞行的飞机、太阳的运动情况
【自主探究】：
1、机械运动：定义：物体的位置随时间而变 ( http: / / www.21cnjy.com )化。宇宙间的一切物体，大到宇宙天体，小到分子、原子都处在永恒的运动中，所以运动是 的．平常说的静止，是指这个物体相对于另一个物体的位置没有发生变化，所以静止是 的．
2、参考系：
⑴定义：为了研究物体的运动而选作　　　　　的物体。
⑵同一个运动，如果选不同的物体作参考系，观 ( http: / / www.21cnjy.com )察到的运动情况可能不相同。例如：甲、乙两辆汽车由西向东沿同一直线，以相同的速度10m／s并列行驶着．若两车都以路旁的树木作参考系，则两车都是以10m／s速度向东行驶；若甲、乙两车互为参考系，则它们都是 的．
⑶参考系的选取原则上是任意的，但在实际问题 ( http: / / www.21cnjy.com )中，以研究问题方便、对运动的描述尽可能简单为原则；研究地面上运动的物体，一般选取 为参考系。
3、质点：
⑴定义：用来代替物体的
⑵试讨论物体可看作质点的条件
⑶质点是一种科学的抽象，一种理想化的物理模型。
4、坐标系
要准确地描述某个物体 ( http: / / www.21cnjy.com )所在的位置，如地理上用纬度和经度来确定某个地点,在军事、大地测量等领域常采用全球卫星定位系统(GPS)来确定方位．
要准确地描述物体的位置及位置变化需要建 ( http: / / www.21cnjy.com )立坐标系．如果物体沿一条直线运动，只需建立直线坐标系，就能准确表达物体的位置；如果物体在同一平面运动，就需要建立平面直角坐标系来描述物体的位置；当物体在三维空间运动时，则需要建立三维直角坐标系来描述．
【自主梳理】：
探究中遇到的问题想问同学的？
探究中遇到的问题想问老师的
【名师导学】：
【基础训练题】在研究下列哪些运动时，指定的物体可以看作质点（ ）
A．研究火车从绵阳到西安运行的时间 B．研究车轮自转情况时的车轮．
C．研究地球绕太阳运动时的地球 D．研究地球自转运动时的地球
编者意图展示：理解质点的概念,会判断物体能被看作质点的条件
【解析】物体能被看作质点的条件是形 ( http: / / www.21cnjy.com )状和大小在研究的问题中可忽略不计，它是一种理想模型．转动的物体一定不能当作质点吗 平动的物体一定能当质点吗 很小的物体一定能当作质点吗 很大的物体一定不能当作质点吗 物体能否被抽象为质点模型，关键是看物体的形状和大小在所研究的问题中所起的作用是不是达到了可以忽略的程度．什么是理想化模型？它是为了研究问题的方便抓住主要因素忽略次要因素，对实际物体的一种科学抽象。本题答案选AC
【同步跟踪题1】关于质点的描述，正确的是（ ）
A、原子核很小，在研究原子核的结构时可把原子核看成质点
B、研究和观察地球绕太阳的运动时不能把太阳看成质点
C、在太空中，进行飞船对接的宇航员观察这个飞船，可以把飞船看成质点
D、研究汽车牵引力的来源时，不可把运动汽车的后轮看成质点
【能力提升题】甲、乙、丙三人各乘一 ( http: / / www.21cnjy.com )个热气球，甲看到房屋匀速上升，乙看到甲匀速上升，甲看到丙匀速上升，丙膏到乙匀速下，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，且V丙>V甲
D．以上说法均不正确
编者意图展示：本题考查对参考系、坐标系、运动相对性的理解
【解析】甲看到楼房匀速上升，说明甲相对于地匀 ( http: / / www.21cnjy.com )速下降．乙看到甲匀速上升，说明乙匀速下降，而且v乙＞v甲．甲看到丙匀速上升，丙看到乙匀速下降，丙可能停在空中，也可能匀速上升．故A、B正确，D错误． C、甲看到丙匀速上升，丙看到乙匀速下降，丙可能匀速下降，且v丙＜v甲．故C错误．故选AB
【同步跟踪题2】甲、乙、丙 ( http: / / www.21cnjy.com )三人各做一架直升飞机。甲看到楼房匀速上升；乙看到甲飞机匀速上升；丙看到乙飞机匀速下降；甲看到丙飞机匀速上升，那么三人相对于地面的运动情况不可能是（ ）A、甲、乙匀速下降，且V乙>V甲，丙飞机停在空中
B、甲、乙匀速下降，且V乙>V甲，丙飞机匀速上升
C、甲、乙匀速下降，且V乙>V甲，丙飞机匀速下降，且V丙D、甲、乙匀速下降，且V乙>V甲，丙飞机匀速下降，且V丙>V甲
【能力提升题】如图是体育 ( http: / / www.21cnjy.com )摄影中“追拍法”的成功之作，摄影师眼中清晰的滑板运动员是静止的，而模糊的背景是运动的，摄影师用自己的方式表达了运动的美．请问摄影师选择的参考系是(　　)
A．大地X k B B．太阳 C．滑板运动员 D．步行的人
编者意图展示：要描述物体的运动，一定要选参考系，一定要巧选参考系。
【解析】　由于摄影师眼中运动员是静止的 ( http: / / www.21cnjy.com )，所以摄影师选择的参考系是滑板运动员，此时背景相对运动员是运动的，从而模糊不清，故C正确．【答案】　C
【同步跟踪题3】某空军红鹰飞行表演队驾 ( http: / / www.21cnjy.com )驶我国自主研制的k－8高级教练机首次亮相，飞出特高难动作，如图为六机低空拉烟通场表演，以非常一致的飞行姿态通过观礼台．飞机编队保持队形不变．下列关于飞机运动情况的说法正确的是(　　)
A．地面上的人看到飞机飞过，是以地面为参考系
B．飞行员看到观礼台向后掠过，是以飞机为参考系
C．以编队中某一飞机为参考系，其他飞机是静止的
D．以编队中某一飞机为参考系，其他飞机是运动的
【能力提升题】 天文观测表明，几乎 ( http: / / www.21cnjy.com )所有远处的恒星（或星系）都在以各自的速度远离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）越大；也就是说，宇宙在膨胀，不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v=Hr，式中H为一恒量，称为哈勃常数，已由天文观测测定。为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一个爆炸的大火球开始形成的，大爆炸后各星体即以各自不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心。由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算式为T= 。根据近期观测，哈勃常数H=3×10-2m/s﹒光年，由此估算宇宙的年龄约为___ 年。
命题人意图展示：考查学生善于将实际问题转化为物理模型的能力,要求学生透过物理现象看清物理本质。
【解析】对任一星体，设速度为v，现在距我 ( http: / / www.21cnjy.com )们为r，则该星体运动r这一过程的时间T即为所要求的宇宙年龄，T=r/v将题给条件v=Hr代入上式得宇宙年龄 T=1/H
将哈勃常数H=3×10-2m/s·光年代入上式，得T=1010年。
【高手支招】：
参考系和质点的概念是运动学甚至整个力 ( http: / / www.21cnjy.com )学的最基本、最重要的概念，对于观察、比较、研究物体的运动有实际的意义．运动是绝对的，运动的描述是相对的；对同一物体，不同参考系描述形式一般不同。一般选大地为参考系。坐标系是建立在参考系之上的数学工具。坐标系的建立，为定量研究物体的运动奠定了基础。严格意义上的“有质量的点”实际上是不存在的，是一种理想化模型，是实际物体的近似，是一种科学抽象．自然界中任何一种事物及其运动变化，都是比较复杂的，研究问题，要暂时撇开起作用很小的因素，抓住主要因素．如果在我们研究的问题中，物体的形状、大小，以及物体上各部分运动的差异是次要的或不起作用的，就可以把它看成质点．
【同步跟踪题】参考答案1.D 2.D ( http: / / www.21cnjy.com ) 3. 【解析】飞机相对地面及地面上的建筑物向前飞行，而地面上的建筑物相对飞机向后运动．可见，地面上的人看到飞机飞过是以地面为参考系．飞行员看到观礼台向后掠过是以飞机为参考系，A、B正确，由于飞机编队保持队形不变，所以以某一飞机为参考系，其他飞机是静止的，C对、D错．【答案】　ABC
【同步演练】：
1.关于质点，下列说法中正确的是（ ）
A.体积很大的物体一定不能视为质点,只要体积很小就可以视为质点
B.若物体的大小和形状对于所研究的问题属于无关或次要因素时，可把物体当作质点
C.质点是一个理想化模型，实际上并不存在
D.因为质点没有大小，所以它与几何中的点没有差别
2.下列各运动的物体中，可视为质点的有（ ）
A.做高低杠表演的体操运动员
B．沿倾斜面下滑的小钢球，研究它沿斜槽下滑的速度时
C.人造卫星，研究它绕地球的运动时
D．研究水平面上的木箱，研究它在水平力作用下是先滑动还是先滚动
3.“满眼风波多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行”这句诗词中，“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
4.关于参考系的选择，下列说法错误的是（ ）
A.描述一个物体的运动，参考系可以任意选取, 参考系可以是运动的
B.选择不同的参考系，对于同一运动，观察的结果可能相同、可能不同
C.观察或研究物体的运动，必须选定参考系
D.参考系必须选定地面或与地面连在一起的物体,而不能选相对于地面运动的物体
5.第一次世界大战期间，一名法 ( http: / / www.21cnjy.com )国飞行员在2000m高空飞行时，发现脸旁有一个小东西，他以为是一只小昆虫，就把它抓过来。然而，令他吃惊的是，他抓到的竟然是一颗子弹，主要是因为（ ）
A.飞行员反应太快 B.子弹相对于飞行员是静止的
C.子弹已经飞得没有劲了，快要落在地上了 D.飞行员的手有劲, 就把它抓过来了
6.两辆汽车在平直的公路上行驶，甲车内 ( http: / / www.21cnjy.com )有一人看乙车没有动，而乙车内的一个人看见路旁的树木向西移动，如果以大地为参考系，上述观察说明（ ）
A.甲车不动，乙车向东运动 B.乙车不动，甲车向东运动
C.甲车向东，乙车向西运动 D.甲、乙两车都以相同的速度向东行驶
7.下述各运动物体的参考系的叙述正确的是（ ）
A.太阳从东方升起到西方落下，参考系地面
B.月亮在云中穿行，参考系是太阳
C.车外树木向后倒退，参考系是车
D.骑摩托车的人从观后镜中看到身后的一辆汽车迎面驶来，参考系是汽车中的人
8. 在平直公路上甲乘汽车以10m/s的速度运动，乙骑自行车以5m/s的速度运动，则下列说法正确的是（ ）
A．从同一点同时出发且同向运动时，甲观察到乙以5m/s的速度远离
B．从同一点同时出发且同向运动时，乙观察到甲以5 m/s的速度靠近
C．从同一点同时出发且反向运动时，甲观察到乙以15 m/s的速度远离
D．从同一点同时出发且反向运动时，乙观察到甲以15 m/s的速度靠近
9.在下述问题中，能够把研究对象当作质点的是（ ）
A.研究人造地球卫星绕地球一周的时间是多少
B.研究地球绕太阳公转一周地球上不同区域季节的变化、昼夜长短的变化
C.一枚硬币用力上抛，猜测落地时正面朝上还是背面朝上
D.正在进行花样滑冰的运动员
10.静止于地面的观察者看雨滴竖直下落时，坐在匀速前进的列车车厢中的乘客看到雨滴是（ ）
A.向前运动 B.向后运动 C.倾斜落向前下方 D.倾斜落向后下方
11.小华、小明和小红三人到上海“金茂大厦 ( http: / / www.21cnjy.com )”游玩，三人分别乘坐一部观光电梯。当他们从自己乘坐的观光电梯向外看时，分别发现如下现象：小华看见小红乘坐的电梯匀速上升；小明看到小华乘坐的电梯匀速下降；小红看到地面在匀速上升。试分析小华、小明和小红三人乘坐的电梯相对于地面是怎样运动的。
12．以某十字路口的交通岗亭 ( http: / / www.21cnjy.com )为坐标原点，向东为x轴正方向，向南为y轴正方向，画出用坐标系描述坐标为(－60 m,80 m)的建筑物相对交通岗亭的位置，并求该建筑物距岗亭的距离．
答案：1、BC2、BC 、3、A 4、D 5、B 6、D 7、A、C 8、AC 9、A、10、D
11、小红匀速下降；小华匀速下降，且大 ( http: / / www.21cnjy.com )于小红的速度；小明所乘电梯，可能是静止，可能匀速上升，也可能比小华电梯小的速度匀速下降。12. 【解析】　二维坐标系的坐标值顺序为x坐标、y坐标，故该建筑物的坐标x＝－60 m、y＝80 m，该建筑物位于交通岗亭西60 m、南80 m处，由勾股定理可知该建筑物距交通岗亭100 m.【答案】　见下图　100 m
【总结与反思】