物理必修一2019新人教版：1.1质点 参考系 导学案

第1节　质点　参考系
学习目标
核心素养形成脉络
1.理解质点的概念，知道质点是一种理想化模型，并可以判断物体是否可以看做质点．
2．理解参考系的概念，知道运动具有相对性．
3．对参考系能灵活应用，并能掌握相对速度的计算.
一、物体和质点
1．质点的定义：忽略物体的形状和大小，把物体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：物体的形状和大小对研究问题的影响可以忽略．
3．理想化模型：在物理学中，突出问题的主要因素，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，是经常采用的一种科学研究方法．质点就是一种理想化模型．
二、参考系
1．定义：为了描述物体的运动而假定为不动、用来作参考的物体．
2．参考系的选取
(1)参考系的选取是任意的，但选取的参考系不同，结论往往不同，通常选地面为参考系．
(2)参考系既可以是静止的物体，也可以是运动的物体．
思维辨析
(1)很小的物体一定能看成质点．(　　)(2)做直线运动的物体一定能看成质点．(　　)
(3)自然界中没有绝对静止的物体．(　　)
(4)只能选择静止的物体作为参考系．(　　)
(5)描述直线运动，一般建立直线坐标系．(　　)
提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√
基础理解
(1)中国空军于2018年12月出动多型战机进行“绕岛巡航”，成体系飞越对马海峡赴日本海国际空域训练．在某次多型战机飞行训练中，下列说法中正确的是(　　)
A．研究飞机的起飞状态，飞机可以看做质点
B．探究飞机从起点到终点的飞行时间，飞机可以看做质点
C．研究歼击机进行空中加油，歼击机可以看做质点
D．研究歼击机在空中的翻滚动作，歼击机可以看做质点
提示：选B.研究飞机的起飞状态是要看飞机起飞时的形态变化，所以不能看成质点，故A错误；飞机长度相对于从起点到终点的距离很小，以至于对飞行时间的影响可忽略，所以飞机可看成质点，故B正确；研究歼击机进行空中加油时要看油孔在什么位置，不能把歼击机看成质点，故C错误；研究歼击机在空中的翻滚动作时要看歼击机各点动作，不能看成质点，故D错误．
(2)敦煌曲子词中有一首：“满眼风光多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行．”请用物理学知识解释“看山恰似走来迎”和“山不动，是船行”．你由此得到什么启示？
提示：作者得出“看山恰似走来迎”是以自己(或船)为参考系的；得出“山不动，是船行”则是以大地为参考系的．可见参考系不同，对于物体运动的描述往往是不同的．
　对质点和理想化模型的理解
问题导引
小明从家到学校参加体操比赛，在研究小明从家到学校所用时间时，能否将小明看做质点？在研究小明做体操的动作时能否将小明看做质点？
要点提示　研究小明从家到学校所用时间时，因家到学校的距离远大于小明本身的大小，由小明的大小和形状而引起的小明身上各部分的运动差异就可以忽略不计，此时可将小明看做质点；研究小明做体操的动作时，小明身上各点的运动情况不相同，若将小明看做质点，那么这个质点的运动不能反映小明身上各点的运动情况，也就无法研究小明的动作，此时不能把小明看做质点．
【核心深化】
1．质点的特点
2．对质点的理解
科学抽象
质点是对实际物体的科学抽象，是一种理想化的模型，真正的质点是不存在的
可看做质点的条件
一个物体能否被看做质点，要看物体的大小、形状在所讨论的问题中是主要因素还是次要因素，若是次要因素，即使物体很大，也能看做质点；相反，若是主要因素，即使物体很小，也不能看做质点
质点与几何中的“点”的区别
质点是对实际物体进行科学抽象的模型，有质量，只忽略了物体的大小和形状；几何中的“点”仅仅表示空间中的某一位置
3.理想化模型
(1)“理想化模型”是为了使研究的问题得以简化或研究问题方便而进行的一种科学的抽象，实际并不存在．
(2)“理想化模型”是以研究目的为出发点，突出问题的主要因素，忽略次要因素而建立的“物理模型”．
(3)“理想化模型”是在一定程度和范围内对客观存在的复杂事物的一种近似反映，是物理学中经常采用的一种研究方法．
关键能力1　对质点概念的理解
　关于质点，下列说法正确的是(　　)
A．质点一定是很小的物体
B．质点是实际存在的有质量的点
C．质点是研究物体运动时的一种理想化模型
D．质点就是物体的重心
[解析]　质点是研究物体运动时，根据研究的需要忽略物体的大小和形状，而把物体看成一个有质量的点，它是一种理想化模型，实际上是不存在的．一个物体能否看成质点，并不在于它的大小，关键在于这个物体在所研究的问题中，它的大小和形状是否可以忽略，如果能够忽略就可视为质点，如果不能忽略就不能视为质点，所以只有选项C正确．
[答案]　C
关键能力2　质点模型化的条件判断
　第32届夏季奥林匹克运动会将于2020年在日本东京举行．东京成为奥运史上亚洲第一个举办两次奥运会的城市，在评判下列运动员的比赛成绩时，运动员可视为质点的是(　　)
[解析]　马拉松比赛时，由于路程长，运动员的体积可以忽略，可以将其视为质点，故选项A符合题意；跳水时，评委要关注运动员的动作，所以不能将运动员视为质点，故选项B不符合题意；击剑时评委需要观察运动员的肢体动作，不能将其视为质点，故选项C不符合题意；体操比赛时评委主要根据体操运动员的肢体动作进行评分，所以不能将其视为质点，故选项D不符合题意．
[答案]　A
质点概念判断的误区
(1)关键词错误，“在一定条件下物体可以看做质点”而不是“物体是质点”．
(2)“质点”不同于几何中的“点”，质点有物体的全部质量而几何中的点没有质量．
(3)不能说“平动的物体一定能看做质点，转动的物体一定不能看做质点”，关键还是看研究的问题中物体的大小和形状是否可以忽略不计．平动的物体有时不能看做质点，转动的物体有时能看做质点．　
【达标练习】
1．(2019·江苏南通高一期末)在下列诗句中，加着重号的字表示的物体可以看成质点的是(　　)A．大漠孤烟直，长河落日圆
B．两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山
C．天接云涛连晓雾，星河欲转千帆舞
D．天苍苍，野茫茫，风吹草低见牛羊
解析：选B.长河落日圆，描写日圆，太阳大小和形状不能忽略，故不能看做质点，故A错误；两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山，轻舟的大小可以忽略不计，故可以简化为质点，故B正确；星河欲转千帆舞，描写帆的动作，故不能看做质点，故C错误；风吹草低见牛羊，草的大小不能忽略，故不能看做质点，故D错误．
2．(2019·贵州遵义高一期末)在以下情况中可将所研究的物体看成质点的是(　　)
A．观察“辽宁舰”航空母舰上的“歼－15”战斗机起飞时，可以把航空母舰看做质点
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．研究自行车的运动时，因为车轮在转动，所以无论什么情况下，自行车都不能看成质点
解析：选C.观察“辽宁舰”航空母舰上的“歼－15”战斗机起飞时，航空母舰的长度不能忽略，所以不可以把航空母舰看做质点，故A错误；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，故B错误；研究“玉兔”号巡视器巡视月球时的运动轨迹时，物体的大小和形状能忽略，可看成质点，故C正确；研究自行车的运动时，若研究自行车的平动时，自行车可以看成质点，故D错误．
　对参考系的理解和应用
问题导引
下雨天，地面观察者看到雨滴竖直下落，坐在匀速行驶的车厢里的乘客看到的雨滴却是斜向后方的(如图所示)．原因为何？请谈谈你的看法．
要点提示　这是因为选取的参考系不同．以地面为参考系时，看到雨滴是竖直下落的；以匀速行驶的车厢为参考系时，看到的雨滴是斜向后方运动的．
【核心深化】
1．对参考系的理解
选取参考
系的作用
描述物体是否运动首先要选择一个参考系，以此为标准来衡量物体是运动还是静止的，参考系一旦确定，对物体运动的描述也是唯一确定的．一个物体是运动还是静止，都是相对于参考系而言的．解答物理问题时若能巧妙地选择参考系，则可使解题过程大为简化
选择参考
系的原则
(1)理论上讲，参考系的选取是任意的
(2)选取参考系以描述运动尽可能简单为原则，通常选地面或相对地面静止的物体为参考系
(3)在解题过程中，如果选地面作为参考系可以不指明，但选其他物体作为参考系时必须指明
2.参考系的六性
关键能力1　由运动判断选取的参考系
　如图是体育摄影中“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　　　　　　　　 B．太阳
C．滑板 D．步行的人
[思路点拨] 一般选取地面为参考系，但参考系可以是静止的物体，也可以是运动的物体．
[解析]　由于运动员和摄影师以相同的速度运动，故以摄影师作为参考系，运动员是静止的，故运动员的图片是清晰的，但由于背景相对于摄影师是运动的，所以拍摄的背景是模糊的．故在“追拍法”中摄影师选择的参考系是自己或相对自己静止的物体，如滑板，故选项C正确．
[答案]　C
关键能力2　由参考系判断物体的运动
　火炬传递是各种重大体育赛事的重要环节．在某次运动会火炬传递中，观察到同一地点的旗帜和甲、乙两火炬手所传递的圣火火焰如图所示．关于甲、乙两火炬手相对于静止旗杆的运动情况，下列说法中正确的是(　　)
A．甲、乙两火炬手一定都在向右运动
B．甲、乙两火炬手一定都在向左运动
C．甲火炬手一定向右运动，乙火炬手一定向左运动D．甲火炬手可能静止，乙火炬手一定向左运动
[思路点拨] 解决本题的关键是正确判定风的方向，选择恰当的参考系，从而正确判断两火炬手的运动情况．
[解析]　根据旗帜的飘动情况可知风向左吹．甲火炬手所传递的圣火火焰向左飘，所以甲火炬手可能相对于旗杆静止，也可能向右运动，还可能向左运动，但此时的运动速度比风速小；乙火炬手所传递的圣火火焰向右飘，表明乙火炬手一定相对于旗杆向左运动，且运动速度比风速大，选项D正确．
[答案]　D
关键能力3　巧选参考系——相对运动法
　某人在河中划船逆流航行，经过A地时草帽落入水中，0.5 h后他才发觉，此时船已行至B点，于是他立即调转船头追赶，在A点下游5.4 km处的C点追上，该船相对水流的速率v1不变，求水流速率v2.
[思路点拨] 以水为参考系，化水动为水静，这样船在水中往返如同人在直线上往返一样，大大简化了解题过程．
[解析]　该题如果取地面为参考系，运动过程复杂，易造成思维混乱而出错．这时我们不妨逆向思维，把流动的水看做是静止的，并取水为参考系，则船相对于水和水中的草帽将以速率v1先背离运动0.5 h后，立即返回到追上草帽时也只需0.5 h，所以从草帽落水到追上草帽共历时1 h，即水流速率为
v2＝＝ m?s＝1.5 m?s.
[答案]　1.5 m/s
1．判断参考系的两种方法
静物法
明确观察到的现象中，什么物体是运动的，什么物体是静止的，静止的物体可能就是参考系
假设法
假设以某物体为参考系，看对物体运动的描述是否与观察到的结果一致．若一致，该物体可能就是参考系
2．选取参考系的方法——相对运动法
研究运动学问题必须选取参考系，而参考系选取原则上是任意的，但是一般情况下，选取地面或相对地面静止的物体为参考系．在研究有相对运动的两个以上物体的运动时，如果巧妙地选取其中一个物体作为参考系，那将会大大简化解题过程，从而达到化难为易、事半功倍的效果．
【达标练习】
1．下列有关运动的描述中，参考系的选取符合描述的是(　　)
A．诗句“飞流直下三千尺”是以“飞流”作为参考系的
B．“钱塘观潮时，观众只觉得潮水扑面而来”是以“潮水”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”为参考系的
D．升国旗时，观察到国旗冉冉升起，观察者是以“国旗”为参考系的
解析：选C.选项A中的研究对象是“水”，直下三千尺，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”，扑面而来，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”，已过“万重山”，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．2．(2019·江苏南通模拟)中国是掌握空中加油技术的少数国家之一．如图所示是我国自行研制的第三代战斗机“歼－10”在空中加油的情景，以下列的哪个物体为参照物，可以认为加油机是运动的(　　)
A．“歼－10”战斗机
B．地面上的房屋
C．加油机中的飞行员D．“歼－10”战斗机里的飞行员
解析：选B.加油机相对于“歼－10”战斗机位置不变，以“歼－10”战斗机为参照物，加油机是静止的，故A错误；加油机相对于地面上的房屋位置不断变化，以地面上的房屋为参照物，加油机是运动的，故B正确；加油机相对于加油机中的飞行员位置不变，以加油机中的飞行员为参照物，加油机是静止的，故C错误；加油机相对于“歼－10”战斗机里的飞行员位置不变，以“歼－10”战斗机里的飞行员为参照物，加油机是静止的，故D错误．
1．物理学中的“质点”是一种理想化模型，研究下列物体的运动时，研究对象可视为质点的是(　　)
A．研究运动员跳高时的过杆动作
B．研究车轮边缘的速度
C．计算轮船在海洋中的航行速度
D．研究乒乓球的接发球技术
解析：选C.研究运动员跳高时的过杆动作，要看运动员的动作是否符合要求，所以此时不能将运动员看成质点，选项A错误；研究车轮边缘的速度时车轮的大小和形状是不能忽略的，否则就没有车轮的边缘可言了，选项B错误；轮船的大小相对于航线来说是微不足道的，所以计算轮船在海洋中的航行速度时，可以忽略轮船的大小，能将轮船看成质点，选项C正确；研究乒乓球的接发球技术时，要考虑乒乓球的转动情况，不能将乒乓球看成质点，选项D错误．
2.钓鱼岛群岛附近海域是渔民祖祖辈辈传统的谋生渔场．我国派出海监编队到钓鱼岛海域护渔．如图，中国海监46船(甲)和中国海监49船(乙)，在钓鱼岛领海内开展例行维权巡航．甲、乙两船并排行驶，甲船上的船员看见钓鱼岛向东移，乙船内的船员发现甲船没有动．如果以钓鱼岛为参考系，上述事实说明(　　)
A．甲船向西运动，乙船不动
B．乙船向西运动，甲船不动
C．甲船向西运动，乙船向东运动
D．甲、乙两船以相等的速度都向西运动
解析：选D.以钓鱼岛为参考系，甲船向西运动，因乙船内的船员发现甲船没有动，所以甲、乙两船速度相同，均向西运动，故选项D正确．
3．(2019·江苏南通高一期末)火车上的乘客往往会发现这样的现象：对面的火车缓缓起动了，过了一会儿发现原来
是自己乘坐的火车离开了站台，对面的火车并没有动．乘客认为“对面火车启动”和“自己乘坐的火车离开站台”所选取的参考系分别为(　　)
A．站台、对面火车
B．对面火车、自己乘坐的火车
C．站台、站台
D．自己乘坐的火车、站台
解析：选D.此类现象在我们的日常生活中随处可见，是参考系的选取不同造成的，乘客出站时，看到对面火车运动，实际上是以自身为参考系造成的，当等到站台出现，发现自己乘坐的火车开动了，这是乘客以站台为参考系造成的，故A、B、C错误，D正确．
4．(2019·徐州学业考试)2019年1月3日上午10点26分，“嫦娥四号”探测器成功着陆月球背面的预选着陆区，这是人类首次在月球背面软着陆．探测器在地球发射场发射阶段通过运载火箭上的摄像头观察到地面正在向下运动，此时我们选取的参考系是(　　)
A．地面 　　　　　　　　　 B．运载火箭
C．发射架 D．发射场内的树木
解析：选B.探测器在地球发射场发射阶段通过运载火箭上的摄像头观察到地面正在向下运动，说明地面相对火箭在向下运动，故选择的参考系是运载火箭，故B正确，A、C、D错误．