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第一章运动的描述机械运动机械运动：物体的空间位置随时间的变化，称为机械运动(mechanicalmotion).在物理学中，研究物体做机械运动规律的分支叫做力学(mechanics)。“……力学都是物理学的基础，也是物理学及其他科学研究的典范……力学之于物理学如同骨骼之于人体。——霍尔顿（G.Holton）怎样描述机械运动？诗人：“气势磅礴”、“矫捷如燕”、“飞流”画家：科学家：难？易？物理学中对于研究运动问题，需要考虑下列问题：研究对象？参考物？位置？位置怎样变？描述物体运动的困难出在哪呢？大小形状研究飞机在空中的位置、离开地面的高度、飞行的速度、运动轨迹等问题时，需要考虑它本身的大小和形状吗？研究飞机在空中的位置、离开地面的高度、飞行的速度、运动轨迹等问题时，可以用一个小点代替这个“庞大”的飞机。因为飞机的大小与形状在研究的问题中影响很小,可忽略不计。1．质点研究物体的运动时，在某特定情况下，可以不考虑物体的和，把它简化为一个有的物质点，这样的点称为质点。2．把物体看成质点的条件物体的和对研究问题的影响可忽略不计时，就可以把物体看成质点。[自学教材]大小形状质量大小形状一、质点在物理学中为了研究的方便,可以用一个小“点”代替物体。这个有质量的点称为质点。是不是大的物体就一定不能看做质点，小的物体就一定能看做质点？问题一:地球可否看成质点？研究地球公转时，地球本身的大小和形状是次要因素可忽略，可以看成质点。地球平均半径6371千米问题一:地球可不可以看成质点.研究地球自转时，地球本身的大小和形状不可忽略.不能看成质点.问题二:粉笔可以看成质点吗？当物体的大小与形状在研究的问题中影响很小,可忽略不计时,可看成质点。并不是很大的物体就不能当作质点,也不是很小的物体就一定能看作质点，关键是看物体的形状和大小在研究物体的运动中是否为次要因素。[重点诠释]1．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。2．对质点的认识(1)质点是用来代替物体的有质量的点，其突出的特点是“具有质量”，但是没有大小、体积、形状，它与几何中的“点”有本质区别。(2)质点是一种“理想化模型”。(3)可将物体看成质点的几种情况：(4)一个物体能否看做质点，与物体本身的大小和形状无关。关键是看物体的大小和形状在研究物体的运动中是否为次要因素。[特别提醒]体积很小的物体不一定能看成质点，体积很大的物体也可能会被看成质点。1．下列关于质点的说法中，正确的是()A．质点就是一个体积很小的球B．只有很小的物体才能看成质点C．质点不是实际存在的物体，只是一种理想化模型D．大的物体有时也可以看成质点解析：质点不是实际存在的物体，更不是小球，是实际物体的近似，是一种理想化模型。一个物体能否看成质点，并不在于它的大小，关键在于在所研究的问题中，其大小能否忽略。答案：CD1．定义在描述物体的运动时，用来做的物体称为参考系。2．说明(1)同一个物体的运动，选择不同的参考系，得出的运动结果可能会有所不同，即物体的运动具有。(2)描述一个物体的运动时参考系可以任意选择，但一般以观察方便和描述运动简单为原则，研究地面上物体的运动时，常选为参考系。[自学教材]参考相对性地面二、参考系1、“坐地日行八万里”2、飞机空中加油运动的描述是相对的。运动是绝对的。参考系：描述物体运动时,用来作参考(假定为不动)的另外的物体。参考系的选择是任意的。[重点诠释](1)由于物体的运动具有相对性，描述物体的运动时，必须首先选好参考系。(2)在同一个问题当中，若要研究多个物体的运动或同一个物体在不同阶段的运动，必须选取同一参考系。(3)在研究物体的运动情况时，如果一个物体一旦被选为参考系，就认为它是静止的。(4)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．下列关于运动的描述中，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：选项A中的研究对象是“水”，流下三千尺，故应以地面为参考系，该选项错误；选项B中的研究对象是“潮水”，扑面而来，应以观察者为参考系，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。答案：C(1)物体做机械运动时，其位置会随时间发生变化，为了定量地描述物体的及，需要在参考系上建立适当的坐标系。(2)建立坐标系时，必须标上、正方向、。[自学教材]位置位置的变化单位长度原点为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系。三、坐标系如果物体沿直线运动，可以以这条直线为x轴，在直线上规定原点，正方向和单位长度，建立直线坐标系。XO5mA点坐标XA=-3mX/mO如图所示，汽车沿X轴做直线运动，从A点运动到B点，由图判断A点坐标、B点坐标和走过的路程。1-1234-2-3-4ABB点坐标XB=2m走过的路程ＳＡB=５m3．如图1－1－2所示，桌面离地面的高度是0.8m，坐标系原点定在桌面上，设竖直向下为坐标轴的正方向，A、B离地面的高度分别是1.3m、0.4m，则A、B的坐标应该是多少？图1－1－2解析：根据所建直线坐标轴可知，A点的坐标应为xA＝－(1.3m－0.8m)＝－0.5m；B点的坐标应为xB＝0.8m－0.4m＝0.4m。答案：xA＝－0.5m，xB＝0.4m本节收获质点参考系坐标系科学研究方法：突出问题的主要方面，忽略次要因素，忽略次要因素，建立理想化的“物理模型”，并将其作为研究对象。本节作业课后“问题与练习”1、2、3.[例1]下列说法正确的是()A．运动中的地球不能看成质点，而原子核可以看成质点B．研究火车通过路旁一根电线杆的时间时，火车可看成质点C．研究奥运会乒乓球女单冠军张怡宁打出的乒乓球时，不能把乒乓球看成质点D．研究在平直的高速公路上飞驰的汽车的速度时，可以将汽车看成质点[思路点拨]一个物体能否看成质点，要看物体的形状和大小对研究问题的影响是否可以忽略。[解析]当研究地球的公转时，由于地球直径(约1.3×107m)比地球与太阳之间的距离(约1.5×1011m)要小得多，可以忽略不计，可以把地球看成质点(忽略地球的自转)；当研究地球的自转引起的昼夜交替等现象时，就不能忽略地球的大小和形状，当然就不能把地球看成质点了。当研究电子绕原子核的运动情况时，因为原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，所以可以把原子核看成质点；但若研究有关原子核结构的问题时，就不能把原子核看成质点，选项A错；研究火车通过路旁的一根电线杆的时间时，因电线杆的粗细比火车的长度小得多，故电线杆可以看成质点，而火车不能看成质点，选项B错；奥运冠军张怡宁打出的乒乓球虽小，但飞旋多变，不能看成质点，C正确；在平直的高速公路上飞驰的汽车，尽管车轮在转动，但我们研究的是汽车的速度，对整个车的运动来讲，车轮的转动不是研究的主要问题，可将车看成质点，D正确。[答案]CD［借题发挥］做平动的物体在不研究其运动规律的时候，有时也要考虑到物体的长度，因而不一定能看成质点，翻转的物体在不研究其转动问题时有时也可以看成质点。1．下列哪些现象中的物体可视为质点()A．研究“神七”飞船绕地球飞行的高度B．地面上放置一个木箱，在上面的棱角处用水平力推，研究它是滑动还是翻转的问题C．研究汽车在行驶过程中汽车中齿轮的转动问题D．研究刘翔跨栏动作是否科学合理解析：在研究“神七”飞船绕地球飞行的高度的问题中，飞船的大小和形状属于次要因素，飞船可视为质点；研究木箱是否翻转的问题中，其大小和形状属于主要因素，不能将木箱视为质点；研究汽车部件的运动情况，不能将汽车的大小忽略，所以汽车不能被视为质点；研究动作问题中，身体的大小和形状属于主要因素，不能将刘翔视为质点。选项A正确。答案：A[例2]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、丙的运动情况可能是()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[审题指导]解答本题应注意以下两点：(1)选择不同的参考系，物体运动情况的描述不同。(2)要比较物体运动的快慢，必须选择同一参考系。[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3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3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，A、C正确。[答案]AC［借题发挥］描述物体的运动，必须选择参考系。其一般方法为：(1)确定研究对象。(2)根据题意确定参考系，并假定参考系是不动的。(3)分析被研究物体相对于参考系的位置变化情况。2．甲、乙两辆汽车在平直的公路上并排行驶，甲车内的旅客看见窗外的树木向东移动，乙车内的旅客发现甲车没有运动。如果以地面为参考系，上述事实表明()A.甲车向西运动，乙车不动B.乙车向西运动，甲车不动C.甲车向西运动，乙车向东运动D.甲、乙两车以相等的速度都向西运动解析：旅客观察物体的运动，实际上是以自身(或与自身保持相对静止的车厢)为参考系的。从“乙车内的旅客发现甲车没有运动”这一条件容易判断，甲、乙两车的运动快慢是相等的，方向也是相同的；又从“甲车内的旅客看见窗外的树木向东移动”这一条件可以判断，甲车向西运动。故甲、乙两车以相等的速度都向西运动，选项D正确。答案：D[例3]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]根据题意建立如图所示的坐标系，A点为抛出点，坐标为－2m，B点为坐标原点，D点为地面，坐标为2m，C点为接住点，坐标为1m，所以选项B正确。[答案]B(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的原点不同，或选定的正方向不同，物体的位置坐标不同。(2)物体的位置变化与坐标系原点的选取、坐标轴正方向的规定无关。［借题发挥］(1)若选择抛出点为坐标原点，向下的方向为坐标轴的正方向，则抛出点、落地点、接住点的位置坐标分别是多少？(2)抛出点与接住点之间的距离是多少？此距离与坐标原点的位置有无关系？解析：(1)改变坐标系后三点的位置坐标分别是：0,4m,3m。(2)抛出点与接住点之间的距离为：x＝4m－1m＝3m。此距离与坐标原点的位置无关。答案：(1)0,4m,3m(2)3m，无关本节收获质点参考系坐标系科学研究方法：突出问题的主要方面，忽略次要因素，忽略次要因素，建立理想化的“物理模型”，并将其作为研究对象。本节作业课后“问题与练习”1、2、3.