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新课标物理必修11质点参考系和坐标系[学习目标]1.知道质点的概念，知道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，知道运动具有相对性．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)物体和质点[先填空]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．[再思考]1．形状规则的物体一定能看做质点吗？【提示】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．做直线运动的物体一定能看做质点吗？【提示】做直线运动的物体有时其大小和形状不能忽略，也不能看成质点．例如，研究火车过桥的时间时，做直线运动的火车不能看成质点．[后判断]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．()参考系[先填空]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．[再思考]1.宇宙飞船是目前重要的航天载人工具，当宇宙飞船绕地飞行时，以地球为参考系，坐在宇宙飞船中的宇航员如何运动？以宇航舱为参考系呢？图1－1－1【提示】以地球为参考系，宇航员在绕地球做近似圆周的运动．以宇航舱为参考系，宇航员则处于静止状态．2．“只能选静止的物体作为参考系”，这种说法对吗？【提示】不对．因为参考系的选取具有任意性，可以选任意物体作为参考系．[后判断]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．()坐标系[先填空]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．[再思考]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1－1－2【提示】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．[后判断]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．(×)预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3问题4学生分组探究一对质点的理解(深化理解)第1步探究——分层设问，破解疑难如图所示为伦敦奥运会上牙买加飞人博尔特在100m决赛中以9.63秒的惊人成绩成功卫冕的比赛现场．图1－1－31．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？【提示】能．2．在研究博尔特脚和腿的运动情况时能否把他看做一个质点？【提示】不能．第2步结论——自我总结，素能培养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，其特点是具有质量，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第3步例证——典例印证，思维深化(2013·天津南开中学高一期中)在研究以下四种情况中提出的问题时，所涉及到的对象可看作质点的是()【思路点拨】(1)确定各图中问题的性质，即确定要关注的要素(大小、形状)．(2)假设物体的形状、大小被忽略，对研究问题是否有影响，有影响不可看做质点，无影响可看做质点．【解析】绕太阳公转时，地球的大小远小于地球到太阳的距离，符合看成质点的条件；火车进站时间是从车头进站开始到车尾进站为止，不能将火车看成质点；花样滑冰运动员比的是身体各部分的动作及协调性等方面，不能将其看成质点；要研究刘翔跨栏的姿势(即身体各部分的位置及协调性)，显然不能将其视为质点，选A.【答案】A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．第4步巧练——精选习题，落实强化1．下列关于质点的判断正确的是()A．质点是指很小的物体B．研究在平直的高速公路上行驶的汽车通过100km所用的时间时，汽车可视为质点C．研究巨轮通过某一位置所用的时间时，可视为质点D．杂技演员做空翻动作时，可视为质点【解析】质点是一种理想化的模型，当物体的大小和形状对研究的问题没有影响，可忽略时，物体可以看做质点．一个物体能否看做质点，其大小不是决定因素，故A、C错，B对；杂技演员在空中优美的动作被人欣赏，不能视为质点，故D错．【答案】B2．2013年8月31日到9月12日，辽宁省成功举办了第十二届全运会．在本次全运会上，下列人或物体可以看做质点的是()A．研究花样游泳运动员的动作B．研究百米赛跑运动员的起跑动作C．研究运动员在射击时，子弹从射出到击中靶心所用时间D．研究对方运动员打过来的乒乓球的转动【解析】首先，要明确题目中给定的每个运动的研究目的，如动作、速度、时间、转动等；然后，看物体本身的大小和形状对所研究的运动是否有影响．以研究运动员的动作、姿势是否优美为目的，运动员的身躯、四肢是研究对象，不能看成质点，选项A、B错误；以研究子弹击中靶心所用时间为目的，子弹本身的形状大小可忽略不计，可以看成质点，选项C正确；以研究乒乓球的转动为目的，乒乓球的形状大小不可忽略，不能看成质点，选项D错误．【答案】C学生分组探究二对参考系的理解(深化理解)第1步探究——分层设问，破解疑难1．研究物体的运动时，一定选静止的物体作为参考系吗？【提示】不一定，也可以选运动的物体作为参考系．2．研究物体的运动时常选什么物体作为参考系？【提示】常选地面或相对地面静止的物体作为参考系．3．在描述物体运动的过程中，参考系可以更换吗？【提示】不可以，在描述同一物体的同一运动过程时，参考系必须是同一物体．第2步结论——自我总结，素能培养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(1)标准性：被选为参考系的物体都是假定不动的，被研究的物体是运动还是静止，都是相对于参考系而言的．(2)任意性：参考系的选取是任意的，任何物体都可以作为参考系．(3)统一性：比较不同物体的运动应选择同一个参考系．(4)差异性：对于同一个物体，选择不同的参考系，观察结果一般不同．例如，站在向上运动的观光电梯内的客人，以地面为参考系是运动的，以电梯为参考系是静止的．第3步例证——典例印证，思维深化热气球运动起源于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，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，丙停在空中B．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【解析】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v甲．丙看到乙匀速下降，也有三种可能：丙静止；丙匀速上升；丙匀速下降，且v丙v乙．综上所述，C正确．【答案】C判断参考系的方法对于观察到的运动现象，判断观察时所选取的参考系，有两种方法：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．第4步巧练——精选习题，落实强化3．2013年11月26日上午，我国辽宁号航母在海军导弹驱逐舰沈阳舰、石家庄舰和导弹护卫舰烟台舰、潍坊舰的伴随下赴南海进行训练．以下说法正确的是()图1－1－4A．航母上的观察员感觉海水向后退，所选的参照物是海水B．航母上的观察员感觉海水向后退，所选的参照物是航母C．航母上的观察员感觉其他舰没有动，其他舰一定是静止的D．航母上的观察员感觉天空的白云没有动，航母一定是静止的【解析】航母上的观察员感觉海水向后退，所选的参照物是航母，感觉其他舰和天空的白云没有动，可能是其他舰和天空的白云都与航母同速运动，故只有B项正确．【答案】B4．(2014·济南高一检测)第一次世界大战期间，一名法国飞行员在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，敏捷地把它一把抓过来，令他吃惊的是，抓到的竟是一颗子弹．飞行员能抓到子弹，是因为()A．飞行员的反应快B．子弹相对于飞行员是静止的C．子弹已经飞得没有劲了，快要停止运动了D．飞行员的手有劲【解析】因为高速运动的飞机驾驶员与子弹一起飞行，子弹相对于飞机的位置没有发生改变，所以子弹相对于飞机是静止的，这是飞机驾驶员伸手抓到一颗子弹的原因；故选项ACD错误，选项B正确．【答案】B学生分组探究三三种常见坐标系(拓展延伸)第1步探究——分层设问，破解疑难1．坐标系建立的三要素是什么？【提示】原点、正方向、单位长度．2．在坐标系中物体位置的变化与坐标原点的位置有关吗？【提示】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．第2步结论——自我总结，素能培养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．坐标系的种类分类适用的运动建立方法直线坐标系物体沿直线运动，即做一维运动时在直线上规定原点、正方向和单位长度，就建立了直线坐标系平面坐标系物体在某一平面内做曲线运动时在平面内画两条相互垂直的数轴(x轴与y轴)，即可组成平面直角坐标系．物体的位置由一对数确定空间坐标系物体在空间内运动时在空间画三个相互垂直的数轴(x轴、y轴和z轴)，即可组成三维坐标系．这时物体的位置由三个数来确定3.举例说明如图1－1－5所示为三种不同的坐标系，其中：甲中M点位置坐标为x＝2m；乙中N点位置坐标为x＝3m，y＝4m；丙中P点位置坐标为x＝3m，y＝4m，z＝2m.甲乙丙直线坐标系平面直角坐标系空间坐标系图1－1－5第3步例证——典例印证，思维深化一个小球从距地面4m高处落下，被地面弹回，在距地面1m高处被接住．坐标原点定在抛出点正下方2m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．2m，－2m，－1mB．－2m,2m,1mC．4m,0,1mD．－4m,0，－1m【思路点拨】选取原点―→建坐标系―→确定坐标【解析】根据题意建立如