人教版高中物理必修1第一章第1节质点参考系和坐标系学案

2020人教版高中物理―必修一第一章1节
学员姓名：
年
级：高一
辅导科目：物理课时数：
学科教师：
授课日期
2020
授课时段
组长签字
授课类型
T
C
T
星级
★★
★★★
★★★★
教学目的
1.知道质点的概念，理解物体在什么情况下可以看做质点．(重点)2．知道参考系的概念，理解运动具有相对性．3．应用一维坐标系定量描述物体的位置以及位置变化的方法．(重点、难点)
重点难点
1、应用一维坐标系定量描述物体的位置以及位置变化的方法．(重点、难点)
教学内容
什么是质点？1．机械运动物体的空间位置随时间的变化．2．质点(1)定义：忽略物体的大小和形状，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．(2)物体视为质点的条件：物体的大小和形状可以忽略或物体上任意一点的运动可代替整个物体的运动．1．质点就是质量小，体积小的物体．(×)2．一个物体能否看做质点，关键是其大小和形状对所研究问题的影响可否忽略．(√)3．质点是一种理想化模型，实际的质点是不存在的．(√)1．形状规则的物体一定能看做质点吗？【答案】　不一定．形状规则的物体有时其大小和形状不能忽略，也不能看成质点．例如，研究“香蕉球”的成因时，形状规则的足球不能看成质点．2．丽丽一家坐高铁从北京到青岛，丽丽想测量列车经过一座大桥的时间，可不可以将列车看做质点？【答案】　不可以．物体看成质点的条件是其大小和形状对所研究的问题没有影响．列车的长度对测量过桥时间有影响.如图1?1?1所示为里约奥运会上牙买加飞人博尔特在100
m决赛中以9秒81的成绩成就三冠王的比赛现场．图1?1?1探讨1：在研究博尔特百米决赛所用时间时能否把他看做一个质点？【答案】　能．探讨2：教练员在研究博尔特的摆臂和步幅对速度的影响时，能否把他看成一个“点”？【答案】　不能．1．质点的特点(1)质点不同于几何“点”：质点是用来代替物体的有质量的点，其特点是只有质量，没有大小、体积、形状，它与几何“点”有本质的区别．(2)质点是一种“物理模型”．①物理模型是在物理研究中，突出问题的主要方面，忽略次要因素而建立的理想化模型，是物理学经常采用的一种科学研究方法，质点就是典型的物理模型之一．②物理模型作为一种理想模型，是为了研究问题方便而对实际问题的科学抽象，实际中并不存在．2．实际物体视为质点的常见情况1．(多选)
2016年法国欧洲杯于当地时间2016年6月10日至7月10日在法国境内9座城市的12座球场内举行.6月16日，A组次轮瑞士对阵罗马尼亚在王子公园球场开始首场较量．第57分钟，罗德里格斯角球发到禁区，穆罕默迪禁区左侧凌空抽射，足球沿着弯刀弧线直挂球门远角，为本队扳平了比分．以下说法正确的是(　　)
A．分析穆罕默迪在球场上跑动的轨迹时，可以把他看成质点B．球迷们在观看远角进球时，可以把足球看成质点C．穆罕默迪在制造角球时，可以把足球看成质点D．穆罕默迪在躲过对方防守时，可以把防守球员看成质点【答案】　分析穆罕默迪在球场上跑动的轨迹时，可以不考虑其身高等因素，故可以看成质点，选项A正确；球迷们观看远角进球时，足球大小和形状可以忽略不计，可以看成质点，选项B正确；穆罕默迪制造角球时，踢球位置和足球形状及大小有关，不可以看成质点，选项C错误；躲避对方防守时，要注意对方的动作，这与其身体外形等有关，不可以看成质点，选项D错误．【答案】　AB2.下列关于质点的说法正确的是(　　)
A．质点是客观存在的一种物体，其体积比分子还小B．很长的火车一定不可以看做质点C．为正在参加吊环比赛的陈一冰打分时，裁判们可以把陈一冰看做质点D．如果物体的形状和大小对所研究的问题无影响，即可把物体看做质点【答案】　质点是一种理想化的物理模型，没有大小和形状，故A错误；一个物体能不能看做质点关键是看物体的形状或大小在所研究的问题中是否可以忽略，研究火车从北京开往上海的时间，火车可以看成质点，故B错误；吊环比赛要考虑运动员的形状，故此时不能看做质点，故C错误；如果物体的形状和大小对所研究的问题无影响，即可把物体看做质点，故D正确．
一个物体是否可以看做质点的判断方法1．看物体的大小和形状对所研究的问题有无影响，如果无影响或影响不大，该物体可以视为质点，否则不能视为质点．2．一般情况下，平动的物体可以看做质点，转动的物体不能看做质点．3．当物体的大小远小于所研究的范围时，该物体可以看做质点．
1．运动与静止的关系自然界的一切物体都处于永恒的运动中，绝对静止的物体是不存在的——运动是绝对的．2．参考系(1)定义：在描述物体的运动时，被选定做参考、假定为不动的其他物体．(2)选取原则：参考系可以任意选取，一般以地面为参考系．但在具体问题中，要考虑研究问题的方便性．(3)参考系对观察结果的影响：选择不同的参考系观察同一个物体的运动，观察结果会有所不同．1．研究同一物体的运动时，不论选取怎样的参考系，其结论是相同的．(×)2．参考系可任意选取，而研究物体的运动时(如汽车加速)通常以地面为参考系．(√)3．自然界中没有绝对静止的物体．(√)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？【答案】　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．关于机械运动，同学们来围绕几个常见的场景进行讨论．(1)坐火车旅行；(2)飞机投弹．请同学们设想一下：探讨1：你和一位同伴正坐在这辆火车上，铁路边的人看到火车中的乘客是什么情景，而同伴认为你是怎样的？【答案】　铁路边的人看到火车中的你在和火车一起运动，而同伴认为你和他一起静止在火车上．探讨2：地面上的人观察炸弹是怎样下落的，而飞机驾驶员看炸弹是怎样下落的？【答案】　地面上的人看到炸弹倾斜着飘落向地面，而飞机驾驶员看到炸弹沿直线竖直落向地面．1．选取参考系的意义要描述一个物体的运动，首先必须选好参考系，只有选定参考系后，才能确定物体的位置、研究物体的运动．2．参考系的选取原则(1)参考系的选取是任意的，在实际问题中，参考系的选择原则应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为基本原则．(2)研究地面上物体的运动时，一般情况下选择地面或地面上静止不动的物体为参考系，此时参考系可以省略不写．(3)要比较不同物体的运动情况时，必须选择同一个参考系．3．参考系的四性→
↓→
↓→
↓→3．(多选)在平直公路上，甲以10
m/s的速度运动，乙以5
m/s的速度运动，甲、乙从同一点出发，则(　　)
A．同向运动时，甲观察到乙以5
m/s的速度远离B．同向运动时，乙观察到甲以5
m/s的速度靠近C．反向运动时，甲观察到乙以15
m/s的速度远离D．反向运动时，乙观察到甲以15
m/s的速度靠近【答案】　同向运动时，甲观察到乙时是以甲为参考系，此时乙以5
m/s的速度远离，故A正确；同向运动时，乙观察到甲时是以乙为参考系，此时甲以5
m/s的速度远离，故B不正确；反向运动时，甲观察到乙时是以甲为参考系，此时乙以15
m/s的速度远离，故C正确；反向运动时，乙观察到甲时是以乙为参考系，此时甲以15
m/s的速度远离，故D不正确．　AC4．下列对物体运动的描述中，有关参考系的说法正确的是(　　)
A．“一江春水向东流”以水面上的船为参考系B．“地球绕太阳的公转”以地球为参考系C．“钟表的时针在转动”以表盘为参考系D．“火车行驶出站台”以该列车上的乘客为参考系【答案】　“一江春水向东流”是以地面为参考系得出的，故A错误；“地球绕太阳的公转”以太阳为参考系，故B错误；“钟表的时针在转动”以表盘为参考系，故C正确；“火车行驶出站台”以站台为参考系，故D错误．　C5．(多选)根据中国已经确定的探月工程的计划，整个探月工程分为三个阶段，一期工程为“绕”，二期工程为“落”，三期工程为“回”．在“嫦娥一号”卫星飞向38万千米外月球的漫长旅途中，需要进行一系列高度复杂又充满风险的动作，即三次绕地球变轨，然后进入月地转移轨道，再三次绕月球变轨，最后绕月球做圆周运动．如图1?1?2所示是“嫦娥一号”运行的路线图，下列说法正确的是(　　)
图1?1?2A．图中描述卫星绕地球运行情景的三个椭圆轨道都是以地球为参考系的B．图中描述卫星绕月球运动情景的三个椭圆轨道都是以月球为参考系的C．图中描述卫星运动情景的所有轨道都是以地球为参考系的D．图中描述卫星运动情景的所有轨道都是以太阳为参考系的【答案】　从题图中可看出，“嫦娥一号”绕地球运行的三个椭圆轨道，地球的位置没有发生变化，绕月球运行的三个轨道，月球的位置没有发生变化，因此卫星绕地球运行时是以地球为参考系的，卫星绕月球运行时是以月球为参考系的，故选项A、B正确．　AB判断选用的参考系的方法1．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．2．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．1．建立目的定量描述物体的位置及位置的变化．2．直线运动的描述建立直线坐标系，在直线上规定原点、正方向和单位长度．1．描述直线运动，一般建立直线坐标系．(√)2．物体在某平面内做曲线运动时，应当用平面直角坐标系描述．(√)3．描述花样滑冰运动员的位置，应用直线坐标系．(×)1．某运动员正在百米赛道上自南向北全力奔跑，为准确描述他在不同时刻的位置和位置变化，应建立怎样的坐标系？图1?1?3【答案】　可以以赛道起点为原点，选择向北方向为正方向，选取一定的标度，建立直线坐标系．2．如图1?1?4甲所示，冰场上的花样滑冰运动员，要描述他的位置，你认为应该怎样建立坐标系？如图乙所示，要描述空中飞机的位置，又应怎样建立坐标系？甲　
乙图1?1?4【答案】　描述运动员的位置可以以冰场中央为坐标原点，向东为x轴正方向，向北为y轴正方向，建立平面直角坐标系．如果要描述飞机的位置，则需要确定一点(如观察者所在的位置)为坐标原点，建立空间直角坐标系．探讨1：坐标系建立的三要素是什么？【答案】　原点、正方向、单位长度．探讨2：在坐标系中物体位置的变化与坐标原点的位置有关吗？【答案】　无关，物体位置的变化用物体位置坐标之差来表示，与坐标原点的位置无关．1．建立坐标系的意义和原则(1)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)原则：建立坐标系的原则是确定物体的位置方便、简捷．2．三种坐标系的比较分类直线坐标系平面坐标系空间坐标系适用运动物体沿直线运动时物体在某平面内做曲线运动时物体在空间内做曲线运动时建立方法在直线上规定原点、正方向和标度，就建立了直线坐标系在平面内画相互垂直的x轴与y轴，即可组成平面直角坐标系．物体的位置由一对坐标值确定在空间画三个相互垂直的x轴、y轴和z轴，即可组成三维坐标系．物体的位置由三个坐标值来确定应用实例M点位置坐标：x＝2
mN点位置坐标：x＝3
m，y＝4
mP点位置坐标：x＝3
m，y＝4
m，z＝2
m6．一个小球从距地面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，向下方向为坐标轴的正方向．小球的抛出点、落地点、接住点的位置坐标分别是(　　)A．2
m，－2
m，－1
m
B．－2
m,2
m,1
mC．4
m,0,1
m
D．－4
m,0，－1
m【答案】　根据题意建立如图所示的坐标系，A点为抛出点，坐标为－2
m，B点为坐标原点，D点为地面，坐标为2
m，C点为接住点，坐标为1
m，所以选项B正确．　B7．如图1?1?5所示，某人从学校的门口A处开始散步，先向南走了50
m到达B处，再向东走了100
m到达C处，最后又向北走了150
m到达D处，则A、B、C、D各点位置如何表示？
图1?1?5【答案】　选取A点为坐标原点建立平面直角坐标系，以正东方向为x轴正向，以正北方向为y轴正向，则各点坐标分别为：A(0,0)、B(0，－50
m)、C(100
m，－50
m)、D(100
m,100
m)．　A(0,0)，B(0，－50
m)，C(100
m，－50
m)，D(100
m,100
m)位置坐标的“相对性”和位置变化的“绝对性”1．物体的位置坐标与坐标系原点的选取、坐标轴正方向的规定有关．同一位置，建立某种坐标系时所选原点不同，或选定的正方向不同，物体的位置坐标不同．2．物体位置的实际变化与坐标系原点的选取、坐标轴正方向的规定无关．1．在考察下列运动员的比赛成绩时，可将运动员看做质点的是(　　)A．马拉松
B．跳水　　C．击剑　　　　D．体操【答案】　跳水、击剑、体操的比赛成绩，都与运动员的动作有重要的关联，其形状不能忽略，所以不能视为质点，对马拉松比赛只关心从起点到终点的时间，与运动员的形状无关．所以，马拉松运动员可以视为质点．选A.　2．(多选)下列情况的物体，哪些可看做质点(　　)A．放在地面上的木箱，在上面的箱角处用水平推力推它，木箱可绕下面的箱角转动B．放在地面上的木箱，在其箱高的中点处用水平推力推它，木箱在地面上滑动C．研究地球公转一周所需时间是多少D．研究钟表时针的转动情况【答案】　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，该物体就可看做质点．B项中箱子、C项中的地球虽大，但对于研究的问题其形状和大小可以忽略，所以能看做质点．D项中钟表转动的时针不能看做质点．A项中转动的箱子，不能视为质点．　BC3．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．参考系必须是固定不动的物体B．参考系可以是变速运动的物体C．地球很大，又因有自转，研究地球公转时，地球不可作为质点D．研究跳水运动员转体动作时，运动员不可作为质点【答案】　描述一个物体的运动时，参考系可以任意选取，选取参考系时要考虑研究问题的方便，使之对运动的描述尽可能的简单，故A错误，B正确.
地球很大，又有自转，但在研究地球公转时，地球可作为质点，故C错误．研究跳水运动员转体动作时，运动员不可作为质点，如果看成质点无法研究其动作，故D正确．　BD4．据新华社消息，6月12日23时30分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功发射了第二十三颗北斗导航卫星，它是地球静止轨道卫星，可以定点在赤道上空的某一点．则关于该颗卫星下列说法正确的是(　　)
图1?1?6A．以地面为参考系，北斗导航卫星静止B．以太阳为参考系，北斗导航卫星静止C．北斗导航卫星在高空一定是运动的D．北斗导航卫星相对地面上静止的物体是运动的【答案】　该北斗导航卫星是地球同步卫星，相对地面是静止的，选项A正确，D错误；若以太阳为参考系，该北斗导航卫星则是运动的，选项B错误；选项C没有选定参考系，不能确定该北斗导航卫星的运动情况，选项C错误．　A5．“坐在火车里的人看到窗外相邻轨道上的另一火车启动了，此时他感到自己坐的火车在后退，实际上，他坐的火车并没有动．”这句话的描述中，所选择的参考系有几个(　　)A．1个
B．2个
C．3个
D．4个【答案】　“坐在火车里的人看到窗外相邻轨道上的另一火车启动了”，另一火车在动是以乘客所乘火车为参考系；“他感到自己坐的火车在后退”是以另一火车为参考系；“他坐的火车并没有动”是以地面为参考系．故该题中描述的运动所选的参考系有3个，C对．6．如图1?1?7所示是为了定量研究物体的位置变化作出的坐标系(x轴)，在画该坐标系时规定原点在一长直公路上某交通亭中心，公路为南北走向，规定向北为正方向．坐标系上有A、B两点，A的位置坐标为xA＝50
m，B的位置坐标为xB＝－30
m．下列说法中正确的是(　　)
图1?1?7①A点位于交通亭中心南边50
m处②A点位于交通亭中心北边50
m处③B点位于交通亭中心南边30
m处④B点位于交通亭中心北边30
m处A．①③
B．②④
C．①④
D．②③【答案】　因A点位置坐标为正值，B点位置坐标为负值，由题给条件可知，A点位于交通亭中心北边50
m处，B点位于交通亭中心南边30
m处，故D正确．7．下列运动的物体，可以看做质点的是(　　)A．质量小于1
g的物体B．研究“悟空号”暗物质粒子探测器在太空中的运行时间C．研究乒乓球的旋转效应D．在空中做翻滚动作的跳伞运动员【答案】　只要物体的形状和大小对研究问题没有影响或者影响可以忽略不计时物体就可以当做质点，故质量大的物体也可以做为质点，而质量小的物体有时却不能当做质点，故A错误．研究“悟空号”在太空中的运行时间时不必考虑其大小，故可以看做质点，故B正确；研究乒乓球的旋转效应时，球的大小是不能忽略的，故不能看做质点，故C错误；研究空中做翻滚动作的跳伞运动员时，运动员的大小不能忽略，故不能看做质点，故D错误．　B8．某运动物体在平面内由点(3
m，1
m)出发，沿直线运动到点(1
m,4
m)；然后又由点(1
m,4
m)沿直线运动到点(5
m,5
m)．试在图中完成坐标系的建立并画出物体的运动轨迹．图1?1?8【答案】　该物体的运动为平面内的运动．要描述其运动就需建立平面直角坐标系，并有原点、单位长度和正方向，此时，只需再定义两坐标轴的名称和单位即可．水平坐标线为x轴，竖直坐标线为y轴，单位都取为m.根据题目的描述就可画出物体的运动轨迹如图所示．9．太阳东升西落是地球上的自然现象，但在某些条件下，在纬度较高地区上空飞行的飞机上，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，飞机的速度必须较大B．时间必须是在清晨，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度必须较大C．时间必须是在傍晚，飞机正在由东向西飞行，飞机的速度必须较大D．时间必须是在傍晚，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度必须较大【答案】　地球自西向东自转，我们以地球为参考系，看到的太阳东升西落，即以地球为参考，太阳绕着地球自东向西转．若飞机以太阳相对地球转动的速度飞行，即飞机也自东向西飞，则飞机上的人看到的太阳是静止的，不升也不降；若飞机的速度比太阳自东向西转的速度大，则飞机上的人(以飞机为参考系)看到太阳相对于飞机自西向东运动，即看到太阳从西边升起．若要看到太阳从西边升起的效果，则需要飞机傍晚时以较快的速度自东向西飞．故C正确．10．热气球运动起源于18世纪的法国，随着球皮材料和致热燃料的普及，热气球已成为公众休闲观光和体育旅游项目．在一次观光游览中，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，甲看到丙匀速上升，丙看到乙匀速下降．那么，从地面上看，关于甲、乙、丙的运动情况说法正确的是(　　)A．甲、乙匀速下降，v乙v甲，丙匀速下降，且v丙>v甲C．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速上升D．以上说法均不对【答案】　楼房和地面相当于同一参考系，所以，甲是匀速下降．乙看到甲匀速上升，说明乙也是匀速下降，且v乙>v甲．甲看到丙匀速上升，有三种可能：丙静止；丙匀速上升；丙匀速下降，且v丙m至A点，然后又向正南方向运动5
m至B点．(1)建立适当的坐标系，描述出该物体的运动轨迹；(2)依据建立的坐标系，分别求出A、B两点的坐标．【答案】　(1)物体的运动轨迹是在同一个平面内，故需要建立平面直角坐标系．以O点为原点，以正东方向为x轴，正北方向为y轴，建立如图所示的坐标系，OAB为物体的运动轨迹．(2)A点到O点的距离为10
m，由数学知识得B点恰在坐标轴x轴上，则可得A点坐标xA＝OA×cos
30°＝5
m，yA＝OA×sin
30°＝5
m．B点坐标xB＝5
m，yB＝0.所以A(5
m,5
m)，B(5
m,0
m)．　12．如图1?1?9所示，一根长0.8
m的直杆竖直放置，今有一内径略大于杆直径的环，从杆的顶点A向下滑动，规定向下为正方向．图1?1?9(1)取杆的下端O为坐标原点，图中A、B两点的坐标各是多少？环从A到B的过程中，位置变化了多少(OB间距离为0.2
m)?(2)取A端为坐标原点，A、B点的坐标又是多少？环从A到B的过程中位置变化了多少？(3)由以上两问可以看出，坐标原点的不同对位置坐标和位置变化是否有影响？
【答案】　(1)由于杆长0.8
m，OB长为0.2
m，坐标系向下为正方向，故以O点为坐标原点，A、B的坐标分别为xA＝－0.8
m，xB＝－0.2
m，从A到B位置变化为xB－xA＝0.6
m.(2)由题意知，AB长为0.6
m，以A为原点，A、B两点的坐标分别为xA＝0，xB＝0.6
m．从A到B位置变化为xB－xA＝0.6
m.(3)选取的坐标原点不同，同一位置的坐标不同，但两点间的位置变化相同．　
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