高中物理必修1 第一章 第一节 质点　参考系和坐标系导学案（含答案）

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1.1　质点　参考系和坐标系
[学习目标]　
1.理解什么是质点知道质点是一种理想化的物理模型.
能说出把物体看做质点的条件.
知道参考系，知道对物体运动的描述具有相对性.
4. 知道坐标系和坐标系的种类，会用一维坐标系定量描述物体的位置及位置的变化．
一、质点
[导学探究]　请分析以下物理情景并回答有关问题：2015年北京世锦赛中，中国选手刘虹20公里竞走夺冠．
(1)教练在研究刘虹的摆臂和步幅对速度的影响时，能否把她看成一个“点”？
若研究刘虹全程的速度变化时，能否把她看成一个“点”．
[知识梳理]　质点的概念及看成质点的条件
(1)质点：在某些情况下，我们可以忽略物体的大小和形状，而突出“物体具有质量”这个要素，把它简化为一个有质量的物质点，这样的点称为质点．
(2)把物体看做质点的条件
①质点是一种科学抽象，是一个理想化的物理模型，实际上不存在．
②如果忽略物体的大小和形状，不影响问题的研究时，就可以把物体看做是质点．
[即学即用]　在下列问题中，括号内的运动物体可以看做质点的有 ．(填选项前的序号)
①观看研究花样滑冰的(运动员)的表演
②研究远洋航行的(巨轮)在海洋中的位置
③研究(地球)环绕太阳公转的时间
④研究(砂轮)上某一点的转动情况
⑤研究(地球)的自转情况
⑥研究(乒乓球)的弧圈技术
一、对质点的理解
例1　下列关于质点的说法中，正确的是(　　)
A．质点是一个理想化模型，实际上并不存在，所以引入这个概念没有多大意义
B．体积很小的物体更容易看做质点
C．凡轻小的物体，皆可看做质点
D．当物体的形状和大小对所研究的问题属于无关或次要因素时，即可把物体看做质点
[总结提升]
1．质点的特点
(1)质点具有质量，与几何中的“点”有本质的区别．
(2)质点是为了研究问题方便而对实际物体的科学抽象，实际中并不存在，是一种物理模型．
2．物体能否看成质点的判断
(1)判断依据：一个物体能否看成质点，与物体的大小和形状无关，仅由研究问题的性质决定，当物体的大小和形状相对于研究的问题可以忽略时，物体可以看成质点，否则不能看成质点．
(2)判断中的两个注意：
①大物体有时也能看做质点．
②同一个物体有时可以看成质点，有时不能看成质点．
二、参考系
[导学探究]　在公路上奔驰的大巴中，小伟看着窗外说：“快看，树在飞快地往后跑！”小霞看了说：“不对，是我们和汽车在往前跑，树怎么会动呢！”小山对小霞说：“你说得也不对，是汽车在跑，我们没有动！”科学老师笑咪咪地说：“你们说得都对！”
你同意科学老师的说法吗？为什么？
[知识梳理]　对参考系的理解
(1)参考系：要描述一个物体的运动，首先要选定某个其他物体做参考，观察物体相对于这个“其他物体”的位置是否随时间变化，以及怎样变化．这种用来做参考的物体称为参考系．
(2)参考系对观察结果的影响
对一个物体运动情况的描述，取决于所选的参考系，选取的参考系不同，对同一个物体运动的描述也往往不同．
[即学即用]　关于参考系，下列说法正确的是(　　)
A．参考系必须是静止不动的物体
B．参考系必须是静止不动或正在做直线运动的物体
C．研究物体的运动，可选择不同的参考系，但选择不同的参考系观察的结果是一样的
D．研究物体的运动，可选择不同的参考系，但选择不同的参考系对研究同一物体的运动而言，一般会出现不同的结果
二、参考系与相对运动
例2　下列关于运动的描述中，叙述正确的是(　　)
A．诗句“飞流直下三千尺”，是以飞流作为参考系的
B．“钱塘江观潮时，观众只觉得潮水扑面而来”，是以潮水作为参考系的
C．“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”，是以万重山作为参考系的
D．升国旗时，观察到国旗冉冉升起，是以国旗作为参考系的
[归纳总结]
1．选取参考系的意义：要描述一个物体的运动，首先必须选定参考系，之后才能确定物体的位置、研究物体的运动．对于同一个物体，选择不同的参考系，观察结果往往不同．
2．参考系的选取原则
(1)对物体运动的描述尽可能简单．
(2)一般地，根据研究对象所在的系统来选取，当研究地面上物体的运动时，常选地面或相对于地面静止的物体作为参考系．
针对训练　观察图1中的烟和小旗，关于甲、乙两车相对于房子的运动情况，下列说法正确的是(　　)
图1
A．甲、乙两车一定向左运动
B．甲、乙两车一定向右运动
C．甲车可能运动，乙车向右运动
D．甲车可能静止，乙车向左运动
三、坐标系
[导学探究]　描述下列三种运动需要建立怎样的坐标系呢？
(1)描述百米运动员在跑动中的位置．
(2)描述滑冰场上花样滑冰运动员的位置．
[知识梳理]　对坐标系的理解
(1)要准确地描述物体的位置及位置变化需要建立坐标系，这个坐标系上包括原点、正方向和单位长度．
(2)研究物体的直线运动时，一般建立一维直线坐标系，坐标轴上的一个坐标点对应物体的一个位置．
[即学即用]　一质点在x轴上运动，各个时刻的位置坐标如表所示：
t/s 0 1 2 3 4 5
x/m 0 5 －4 －1 －7 1
(1)请在图1中的x轴上标出质点在各时刻的位置．
图1
(2)哪个时刻离开坐标原点最远？有多远？
三、坐标系的建立及应用
例3　湖中O点有一观察站，一小船从O点出发向东行驶4 km，又向北行驶3 km，则O点的观察员对小船位置的报告最为精确的是(　　)
A．小船的位置离O点7 km
B．小船向东北方向运动了7 km
C．小船向东北方向运动了5 km
D．小船的位置在东偏北37°方向距O点5 km处
[归纳总结]
1．建立坐标系的物理意义：借助适当的坐标系可以定量地描述物体的位置及位置变化．
2．坐标系建立的三要素：原点、正方向、单位长度．
3．在坐标系中物体的位置与坐标原点的位置有关，而物体位置的变化与坐标原点的位置无关．
课堂练习
1．在以下情况中可将所研究的物体看成质点的是(　　)
A．研究撬棒撬物体时用力大小与支点位置的关系
B．研究“玉兔”号从“嫦娥”的怀抱中“走”出来，即两器分离过程中“玉兔”一连串技术含量极高的“慢动作”
C．研究“玉兔”号巡视器巡视月球时的运动轨迹
D．研究旋转的电扇扇叶所受阻力大小的影响因素
2．诗句“卧看满天云不动，不知云与我俱东．”中“云与我俱东”所对应的参考系是(　　)
A．两岸 B．船 C．云 D．诗人
3．如图2所示，我国空军在进行空中加油训练，大型加油机与受油机在空中以同样的速度沿同一方向水平飞行．下列说法中正确的是(　　)
图2
A．选地面为参考系，受油机是静止的
B．选地面为参考系，加油机是静止的
C．选加油机为参考系，受油机是运动的
D．选加油机为参考系，受油机是静止的
4．一个小球从距地面4 m高处落下，被地面弹回，在距地面1 m高处被接住．坐标原点定在抛出点正下方2 m处，向下为坐标轴的正方向．则小球的抛出点、落地点、被接住点的位置坐标分别是(　　)
A．2 m，－2 m，－1 m B．－2 m,2 m,1 m
C．4 m,0,1 m D．－4 m,0，－1 m
1.1　质点　参考系和坐标系答案
一、质点
答案　(1)不能　（2）能　
[即学即用]答案　②③
一、对质点的理解
例1　答案　D
解析　建立理想化模型是物理中重要的研究方法，对于复杂问题的研究有重大的意义，A错误；一个物体能否看做质点不应看其大小，关键是看其大小对于研究的问题的影响能否忽略，体积很小的物体有时可以看成质点，有时不能看成质点，B错误；一个物体能否看做质点不以轻重而论，C错误；物体能否看成质点取决于其大小和形状对所研究的问题是否属于无关或次要因素，若是就可以看成质点，D正确．
二、参考系
[导学探究]答案　同意．对于一个物体运动情况的描述，取决于所选的参考系，选取的参考系不同，对同一个物体运动的描述也往往不同．
[即学即用]　答案　D 解析　参考系的选取是任意的，A、B错误；选择不同的参考系，对同一物体运动的描述一般是不同的，C错误，D正确．
二、参考系与相对运动
例2　答案　C 解析　选项A中的研究对象是“水”，故是以地面为参考系，该选项错误；选项B中的研究对象是“潮水”，是以观察者为参考系，该选项错误；选项C中的研究对象是“轻舟”，是以万重山为参考系，该选项正确；选项D中的研究对象是“国旗”，是以地面或旗杆为参考系的，该选项错误．
针对训练　答案　D 解析　题图中房子相对于地面是静止的，由烟囱冒出的烟向左飘，可知此时风向向左(相对于地面而言)．甲车上的小旗向左飘，则有三种可能的情况：一是甲车不动，风把小旗向左吹；二是甲车向右运动，风相对甲车向左，风把小旗向左吹；三是甲车向左运动但速度小于风速，因此风仍能把小旗向左吹．对于乙车，则只有乙车向左运动并且速度大于风速时，风才能把小旗向右吹．故只有选项D正确．
三、坐标系
[导学探究]答案　
以起点为坐标原点，建立一维直线坐标系；
(2)以滑冰场中心为坐标原点，向东为x轴正方向，向北为y轴正方向，建立二维平面直角坐标系；
[即学即用](1)各时刻质点的位置坐标如图所示
由图可知第4 s末质点离开坐标原点最远，有7 m.
三、坐标系的建立及应用
例3　解析　如果取O点为坐标原点，向东为x轴正方向，向北为y轴正方向，则小船的位置坐标为(4 km,3 km)，小船虽然运动了7 km，但在O点的观察员看来，它离自己的距离是 km＝5 km，方向要用角度表示，sin θ＝＝0.6，θ＝37°，表示小船的位置在东偏北37°方向．
答案　D
课堂练习
1．答案　C
解析　质点是指有质量而不考虑大小和形状的物体，它是我们为了研究问题的方便而引入的一种理想化模型．C情景中物体的大小和形状能忽略，因而可看成质点；支点位置影响撬棒用力大小，撬棒不可以看做质点；研究“嫦娥”、“玉兔”两器分离过程中的技术动作时，不能把“玉兔”看成质点；扇叶所受阻力与扇叶的形状、大小有关，不能看做质点．故选C.
2．答案　A
解析　参考系是为了研究问题方便而假定静止不动的物体，故只要研究对象与参考系的相对位置不发生变化，则观察到的结果是物体静止不动．在本题中船是向东高速行驶，而“卧看满天云不动”是指“云与我”保持相对静止，即“云与我”以相同的速度相对于地球向东运动．所以“云与我俱东”所选择的参考系是地球和地球上相对于地球保持静止不动的物体，故A正确．
3．答案　D
4．答案　B
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