高中物理鲁科版新教材必修第一册学案 第1章 第1节　空间和时间Word版含解析

第1节　空间和时间
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)车轮的转动不是机械运动． (×)
(2)任何物体都可以被选作参考系． (√)
(3)只有静止的物体才能被选作参考系． (×)
(4)第5 s内和前5 s内指的是不相等的两段时间间隔． (√)
2．明代诗人曾写下这样一首诗：“空手把锄头，步行骑水牛；人在桥上走，桥流水不流．”其中“桥流水不流”中的“桥流”应理解成其选择的参考系是(　　)
A．水 B．桥
C．人 D．河岸
A　[“水不流”是以水为参考系，而桥相对于水是运动的，故A正确．]
3．下列说法中指时间间隔的是(　　)
A．学校每天21：40准时熄灯
B．早晨由临海开往杭州的第一班车，在06：20发车
C．高考理科综合的考试时间为150分钟
D．中央电视台的《朝闻天下》节目在6点开播
C　[选项A、B、D中的21：40、06：20和6点均指时刻，选项C中的150分钟指时间间隔，故选项C正确．]
机械运动　参考系
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”所选参考系是什么？“是船行”所选参考系又是什么？
提示：船，山．
1．选取参考系的必要性
只有选取了参考系，物体的运动才具有实际意义，也就是说，只有选择了参考系，物体的运动才具有唯一性，物体的运动规律才能唯一确定．
2．参考系选取的三原则
(1)任意：参考系的选取是任意的，任何物体都可以被选作参考系．
(2)方便：参考系的选取应该遵循方便性原则和简单性原则，也就是说，无论将哪一个物体选作参考系，应该使问题的研究更方便、更简单，杜绝使问题复杂化的情况．
(3)实用：一般选取地面为参考系．
【例1】　如图所示是某型号战斗机在空中加油的情形，以下列的哪个物体为参考系，可以认为加油机是运动的(　　)
A．战斗机
B．地面上的房屋
C．加油机中的飞行员
D．战斗机里的飞行员
思路点拨：相对于参考系位置变化的物体是运动的，位置不变的物体是静止的；本题研究的是加油机的运动情况，关键看它相对所选参考系的位置是否变化．
B　[加油机相对于战斗机位置不变，以战斗机为参考系，加油机是静止的，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考系，加油机是运动的，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考系，加油机是静止的，C错误；加油机相对于战斗机里的飞行员位置不变，以战斗机里的飞行员为参考系，加油机是静止的，D错误．]
物体运动情况的判断方法
(1)确定研究对象．
(2)根据题意确定合适的参考系．
(3)分析被研究物体相对于所选参考系的位置变化情况．
[跟进训练]
1．(多选)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
BCD　[先自己画出情景示意图，借助图景分析理解．电梯中的乘客看其他物体时，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，丙中乘客看见甲、乙两电梯都会感到甲、乙是在向上运动的．]
空间位置的描述
甲图是某运动员正在百米赛道上自南向北全力奔跑，乙图是冰场上的花样滑冰运动员，丙图是空中的飞机．
甲　　　　　乙　　　　　丙
探究：为了准确的描述三者的位置，分别建立怎样的坐标系合适？
提示：甲图：一维坐标系．
乙图：二维坐标系．
丙图：三维坐标系．
1．建立坐标系的两条原则
(1)坐标原点应建立在参考系上．
(2)对坐标方向的选取要使对物体运动规律的描述尽量简便．
2．坐标系的种类
(1)一维坐标系：如果物体沿直线运动，以这条直线为x轴，在直线上规定原点、正方向和标度，建立一维坐标系，如图甲所示．
(2)二维坐标系：当物体在某一平面内做曲线运动时，需要用两个相互垂直的坐标确定它的位置，即二维坐标系(平面坐标)，如图乙所示．
(3)三维坐标系：当物体在空间内运动时，如踢出的足球在空中运动，需要采用三个坐标确定它的位置，即三维坐标系(空间坐标)，如图丙所示．
甲．一维坐标系　　乙．二维坐标系　　丙．三维坐标系
【例2】　如图所示是为了定量研究物体的位置变化作出的坐标轴(x轴)．在画该坐标轴时规定原点在某长直公路上某广场的中心，公路为南北走向，规定向北为正方向．坐标轴上有两点A和B，A点的位置坐标为xA＝5 m，B点的位置坐标为xB＝－3 m，下列说法中正确的是(　　)
①A点位于广场中心南边5 m处；②A点位于广场中心北边5 m处；③B点位于广场中心南边3 m处；④B点位于广场中心北边3 m处．
A．①③　　B．②④　　C．①④　　D．②③
思路点拨：(1)在直线坐标系上，要明确坐标原点、正方向和单位长度．
(2)根据位置坐标确定所在位置到坐标原点的距离．
D　[坐标值的正、负只表示方向，正号表示方向与所规定的正方向相同，负号表示方向与所规定的正方向相反．本题中规定原点在某长直公路上某广场的中心，向北为正方向，A点的坐标为正值，表示A点位于广场中心北边5 m处，②正确，B点的坐标为负值，表示B点位于广场中心南边3 m处，③正确，故正确选项为D.]
描述物体空间位置的方法
(1)选定参考系，以参考系为坐标原点，建立坐标系，应明确坐标轴的正方向及其标度大小．
(2)根据物体相对参考系的距离及方位，在坐标系中找出与物体位置相对应的坐标点．
[跟进训练]
2．一个小球从距地面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．则小球的抛出点、落地点和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
B　[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．]
3．如图所示，某人从学校门口A处开始散步，先向南走了50 m到达B处，再向东走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？
[解析]　本题考查坐标系的建立方法．可以以A点为坐标原点，向东为x轴的正方向，向北为y轴的正方向建立坐标系，如图所示，则各点坐标为A(0,0)，B(0，－50 m)，C(100 m，－50 m)，D(100 m，100 m)．
[答案]　见解析
时间的描述
2019年世界杯预选赛亚洲区12强赛A组第6轮中国国家队与韩国国家队的比赛于3月23日19点35分开始．上半场第34分钟，于大宝头球破门．经过90分钟的角逐，中国队最终以1∶0战胜韩国队．则对以上表述中的“19点35分”和“90分钟”哪个是时间？哪个是时刻？
提示：“19点35分”指时刻，“90分钟”指时间．
1．时刻与时间的区别和联系
时刻 时间(间隔)
区别 时刻对应于物体所处的位置或状态 时间(间隔)对应于物体所经历的某段过程
时刻只有先与后，而没有长短之分 时间(间隔)没有先与后的区别，只有长短之分
在时间轴上，时刻用一个点表示 在时间轴上，时间用线段表示
联 系 (1)两个时刻的间隔即为时间
(2)时间能够展示物体运动的一个过程，好比是一段录像；时刻可以显示物体运动的一个瞬间，好比是一张照片．由一张张连续的照片可以组成录像，一系列连续时刻的积累便构成了时间
2.用时间轴表示时间和时刻
(1)第1 s内、第2 s内、第3 s内、…、第n s内指的都是时间，都为1 s.
(2)最初2 s内、最后3 s内、…、最初n s内都是指时间，在数值上对应所述值．
(3)第1 s末(第2 s初)、第2 s末(第3 s初)、…、第n s末，都是指时刻．如图所示，第3 s末和第8 s初都是时刻，第5 s末和第6 s初是同一时刻(在时间轴上是同一点)．第2 s初到第3 s末的时间间隔为2 s.
【例3】　以下各种关于时间和时刻的说法中正确的是(　　)
A．列车员说“火车8点42分到站”指的是时间
B．“前3秒”“最后3秒”“第3秒”指的都是时间
C．“第1秒末”“最后1秒”指的都是时刻
D．轮船船务员说本班轮船离港时间为17点25分指的是时间
思路点拨：时刻是一个状态量，时间是一个过程量．日常生活中“时间”有时指的是时刻，如“什么时间发生的地震”“什么时间开始上班”，都是指时刻．
B　[“火车8点42分到站”指的是一个时间点，是时刻，故A错误；“前3秒”“最后3秒”“第3秒”指的是时间的长度，都是时间，故B正确；“第1秒末”指的是时刻，“最后1秒”指的是时间，故C错误；17点25分指的是一个时间点，是时刻，故D错误．]
怎么区分时间间隔与时刻
首先，应明确时刻对应某个事件或运动的状态、位置，而时间间隔对应事件或运动的过程或是位置变化．其次，应掌握一些表示时刻与时间间隔的关键词，如时间数值后跟“初”“末”“时”等应是时刻；如时间数值后跟“内”“中”等一般为时间间隔．
【一题多变】　“前3秒”“最后3秒”“第3秒末”在时间轴上如何表示出来？
[解析]　“前3秒”和“最后3秒”指时间，对应一条线段，“第3秒末”指时刻，对应一个点．
[答案]　见解析
1．物理观念：机械运动、参考系、坐标系、时刻和时间概念．
2．科学思维：能理解参考系、坐标系，会解决时间、时刻的相关问题．
3．科学方法：极限法.
1．(多选)下列关于运动的说法正确的是(　　)
A．物体的位置没有变化就是不运动
B．两物体间的距离没有变化，两物体一定都是静止的
C．自然界中没有不运动的物体，运动是绝对的，静止是相对的
D．为了研究物体的运动，必须先选参考系，平常说的运动或静止是相对于地球而言
CD　[物体的位置对某一参考系不变，但对另一参考系位置可能变化，物体在运动，故A错误；两物体间距离没有变化，两者可能静止，也可能以相同的速度运动，故B错误；对于不同的参考系，同一物体可能静止，也可能运动，由于参考系的选择是任意的，故C、D正确．]
2．关于坐标系，下列说法错误的是(　　)
A．建立坐标系是为了定量描述物体的位置和位置变化
B．坐标系都是建立在参考系上的
C．坐标系的建立与参考系无关
D．物体在平面内做曲线运动，需要用平面直角坐标系才能确定其位置
C　[坐标系是建立在参考系上的，是用来定量描述物体的位置及位置变化的，A、B正确，C错误；物体做直线运动时描述需要建立一维直线坐标系，做平面曲线运动时需建立平面直角坐标系，D正确．]
3．下列各选项表述中，不是指时间的是(　　)
A．3月1日到3月2日之间 B．一光年
C．一整夜 D．45分钟
B　[一光年是指光在一年里以光的速度所通过的距离，故选项B符合题意．根据时间的定义可知选项A、C、D都是指时间，故选项A、C、D不符合题意．]
4．(多选)关于时间和时刻，下列说法正确的是(　　)
A．物体在5 s时指的是物体在5 s末时，指的是时刻
B．物体在5 s内指的是物体在4 s末到5 s末这1 s的时间
C．物体在第5 s内指的是物体在4 s末到5 s末这1 s的时间
D．第4 s末就是第5 s初，指的是时刻
ACD　[画时间轴如图所示，
5 s时指的是5 s末这一时刻，5 s内指的是0～5 s这一段时间，第5 s内指的是在4 s末到5 s末这1 s的时间，第4 s末和第5 s初是同一时刻，故选A、C、D.]
5．在2019年10月1日国庆阅兵飞行表演中，教练机梯队从天安门广场上空掠过，划出7条美丽彩带，向祖国母亲献上诚挚的生日祝福．如图所示是教练机保持队形不变飞过观礼台．
(1)以某飞行员为参考系，飞机是运动的还是静止的？
(2)以观礼台上的观众为参考系，飞机是运动的还是静止的？
[解析]　(1)以某飞行员为参考系，其他飞机的相对位置都不变，因此飞机是静止的．
(2)以观礼台上的观众为参考系，飞机的位置相对观众变化，因此飞机是运动的．
[答案]　(1)静止　(2)运动