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第1节质点参考系和坐标系1新情境·激趣引航在任何情况下，描述物体的运动都必须要考虑物体的大小和形状吗？由于物体有大小和形状，各部分运动情况一般不同，要描述物体各部分空间位置随时间的变化，是很困难的．我们能不能把复杂的问题简化呢？前人给我们提出了一种非常好的办法，建立理想化的物理模型——质点．2新知识·预习探索学习目标1.理解质点的概念，知道物体可看成质点的条件，体会科学研究中建立物理模型的重要方法．2.理解参考系的概念，知道运动具有相对性．3.通过坐标系的理解，会建立坐标系和定量描述物体位置的变化．新知预习一、物体与质点1．机械运动一个物体相对于其他物体的位置变化，也就是物体的空间位置随时间的变化，是自然界中最简单、最基本的运动形态，称为机械运动．运动是绝对的，静止是相对的．2．质点(1)质点质点是为了研究问题方便而对物体的简化．它忽略了物体的大小和形状等次要因素，而突出了物体具有质量这个主要因素．质点是一种科学抽象，是一种理想化的物理模型，实际上不存在(填“存在”或“不存在”)．(2)把物体看成质点的条件如果忽略物体的大小和形状等因素，不影响问题的研究时，就可以把物体看做质点．二、参考系1．定义：在描述物体的运动时，用来作为参考的物体．2．说明(1)同一个物体的运动，选择不同的参考系，得出的运动结果会有所不同．也就是说，物体的运动具有相对性．(2)参考系的选取是任意的，但应以观测方便和描述运动简单为原则，研究地面上物体的运动时，常选地面为参考系．三、坐标系1．建立目的：定量地描述物体的位置及位置的变化．2．建立方法：当物体做直线运动时，可以选取某一点为坐标原点建立坐标轴，坐标轴的方向表示规定的正方向，坐标轴上的数值表示物体的位置．问题探索◆想一想问题1宋代诗人陈与义乘着小船在风和日丽的春日出游时曾写过这样一首诗：飞花两岸照船红，百里榆堤半日风，卧看满天云不动，不知云与我俱东．诗人艺术性地表达了他对运动相对性的理解．诗中“卧看满天云不动”和“云与我俱东”分别以什么物体做为参考系？提示“卧看满天云不动”是以船(或诗人)为参考系；“云与我俱东”是以河岸为参考系．问题2要描述一艘正在海上进行军事演习的军舰的位置，你认为应该怎样建立坐标系？如果要确定一架在空中飞行的飞机的位置，应怎样建立坐标系？提示由于军舰在海面上演习并不是在一条直线上运动，而是在一平面内运动，所以应建立平面坐标系．飞机飞行时在空间中运动，要确定它的位置应建立三维坐标系.3新课堂·互动探究知识点一理想化模型质点重点聚焦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．关于质点的认识(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”和“占有位置”，但是质点没有大小、体积、形状，它与几何中的“点”有本质区别．(2)质点是实际物体的一种高度抽象，实际中并不存在，是一种“理想化模型”.(3)可将物体看做质点的几种情况：特别提醒(1)并不是只有很小的物体才能被看做质点，也不是很大的物体就一定不能被看做质点，关键是看物体的大小和形状在研究物体的运动时是否为次要因素．(2)对于同一物体，能否将其看做质点要视研究的问题而定，例如研究地球的自转时，不可以视地球为质点，研究地球的公转时，就可以视地球为质点．典例精析观察下列的四幅图，对图中各运动物体的描述正确的是()A．图①中研究投出的篮球运动路径时不能将篮球看成质点B．图②中观众欣赏体操表演时不能将运动员看成质点C．图③中研究地球绕太阳公转时不能将地球看成质点D．图④中研究子弹头射穿苹果的时间时可将子弹看成质点【解析】在研究篮球的运动路径和地球绕太阳公转时篮球和地球的大小是次要因素，可以将其看成质点，观众在欣赏体操表演和研究子弹射穿苹果的时间时，运动员和子弹的大小、形状不能被忽略，不能看成质点，综上所述应选择B.【答案】B【方法归纳】判断物体能否看成质点应注意两点：(1)明确要研究的问题；(2)分析物体的大小和形状对所研究的问题而言能否忽略．跟踪练习1．研究图中四个物体运动时，能够将物体看成质点的是()A．绕太阳转动的地球B．绕支点转动的撬棒C．旋转的乒乓球D．旋转的叶片【答案】A知识点二参考系与相对运动重点聚焦1．运动的相对性(1)对一个物体运动情况的描述，取决于所选的参考系，选取的参考系不同，对同一个物体运动的描述也不同．(2)相对静止：如果两个物体运动的快慢相同，运动的方向也相同，我们就说这两个物体是相对静止的．(3)平时我们所说的静止的物体，都是相对静止，绝对静止是没有的．2．选取参考系的原则(1)选择参考系时，应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为原则．比如研究月球的运动，以地球为参考系十分简便，若以太阳为参考系就复杂得多．(2)通常选取相对于地面静止的物体为参考系，但有时选取运动的物体为参考系时，也很方便．典例精析甲、乙两辆汽车均以相同的速度行驶，下列有关参考系的说法不正确的是()A．如果两辆汽车均向东行驶，若以甲车为参考系，乙车是静止的B．如果观察的结果是两辆车均静止，参考系可以是第三辆车C．如果以在甲车中一走动的人为参考系，乙车仍是静止的D．如果甲车突然刹车停下，乙车向东行驶，以乙车为参考系，甲车往西行驶【解析】两车的速度相同时，其相对位置不变，以其中任一辆车为参考系，另一辆车一定静止，故A正确；若有第三辆车丙与甲、乙两车同向同速行驶时，以丙车为参考系时，甲、乙两车均静止，故B正确；若一人在甲车中走动时，他与乙车的相对位置是变化的，则乙车是运动的，故C错；甲车刹车停下，乙车向东行驶，甲车与乙车间的距离增大，甲车相对乙车向西运动，故D正确．综上所述应选择C.【答案】C【方法归纳】(1)由于运动描述的相对性，凡是提到物体的运动，都应该明确它是相对哪个参考系而言．(2)在同一问题中，若要研究多个物体的运动或同一物体在不同阶段的运动时，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，如果选地面为参考系可以不指明，选其他物体为参考系时必须指明．跟踪练习2．甲、乙、丙三个观察者，同时观察一个物体的运动，甲说：它在做匀速直线运动；乙说：它是静止的；丙说，它在做加速运动．下列说法正确的是()A．在任何情况下都不可能出现这种情况B．三人中总有一人或两人讲错了C．如果选同一参考系，那么三人的说法都对D．如果三人各自选择不同的参考系，那么三人的说法可能都对【解析】研究物体运动时，只有选定了参考系，才能确定物体的运动形式．选取不同的参考系，描述同一物体的运动时，其结果往往不同．【答案】D知识点三建立坐标系的意义和方法重点聚焦1．意义(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位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系．(2)物体的位置可认为就是质点在某时刻所在的空间的一点．2．方法(1)直线坐标系：如果物体沿直线运动，即一维运动时，可以以这条直线为x轴，在直线上规定原点、正方向和标度，建立直线坐标系．(2)平面坐标系：物体在某一平面内运动时需建立平面坐标系．如图所示：在图甲中，a、b、c三点有相同的横坐标，在图乙中，A、B、C三点有相同的纵坐标，由此可以发现：如果仅仅确定某点的横坐标或纵坐标，该点的位置并不能唯一确定；如果同时确定某点的横坐标和纵坐标，则该点的位置唯一确定．(3)三维坐标系：当物体在空间内运动时，需采用三个坐标确定它的位置，即三维坐标系(空间坐标系)．特别提醒(1)建立何种坐标系要针对物体是在直线上、平面内，还是空间中运动而定．(2)建立坐标系来描述物体的位置，实际上是借助数学方法来解决物理问题．典例精析从高出地面3m的位置竖直向上抛出一个小球，它上升5m后回落，最后到达地面，如图所示，分别以地面和抛出点为原点建立坐标系，方向均以向上为正，填写以下表格：坐标原点的设置出发点的坐标最高点的坐标落地点的坐标以地面为原点以抛出点为原点【解析】本题中的物体沿直线运动，可以在该直线上建立直线坐标系，来定量描述物体的位置．若以地面为原点，则出发点、最高点、落地点的坐标分别为x1＝3m，x2＝8m，x3＝0；若以抛出点为原点，则x1′＝0，x2′＝5m，x3′＝－3m.【答案】3m8m005m－3m【方法归纳】建立坐标系后，物体的位置用物体在坐标系中的坐标值表示，其中正负号表示方向．跟踪练习3．要描述在纸箱表面爬行的蚂蚁的位置，可以选用什么坐标系()A．直线坐标系B．二维坐标系C．三维坐标系D．以上坐标系无法描述【解析】由于蚂蚁在纸箱表面爬行时位置的变动是立体空间的，所以应选择三维坐标系描述其位置，C正确．【答案】C4新思维·随堂自测1.关于机械运动和参考系，以下说法正确的是()A．研究和描述一个物体的运动时，必须选定参考系B．由于运动是绝对的，描述运动时，无需选定参考系C．一定要选固定不动的物体为参考系D．研究地面上物体的运动时，必须选地球为参考系【解析】研究同一个物体的运动选定不同的参考系，其运动形式可能是不一样的，故研究和描述一个物体的运动时，必须选定参考系，A正确，B错误．参考系的选取具有任意性，C、D错误．【答案】A2．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，上述事实表示()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、乙两车以相同的速度都向西运动【解析】乙车相对甲车内的人没有运动，说明甲、乙两车运动情况相同；以甲车内的人为参考系，树向东运动，则以树为参考系，甲车向西运动，所以甲、乙两车以相同的速度向西运动，故正确答案为D.【答案】D3．在研究下述运动时，能把物体看成质点的是()A．研究地球的自转效应B．研究彗星的公转效应C．研究乒乓球的旋转效应D．用“北斗”定位系统确定正在南极考察的某科考队员的位置时，该队员不能看成质点【解析】物体的大小、形状对所研究的问题无影响或影响不大时，物体可以看成质点．研究地球的自转以及乒乓球的旋转效应时，必须考虑其大小和形状，此时不能把物体看成质点，故B正确，A、C、D错误．【答案】B4．(多选)无人战斗机由无人侦察机发展而来，但其复杂程度远高于无人侦察机，下列可将无人战斗机视为质点的是()A．研究人员观察测试无人战斗机的飞行速度时B．研究人员观察无人战斗机飞行姿式、测各项技术参数时C．敌方确定无人战斗机位置时D．敌方欲对无人战斗机关键部位实施打击时【解析】观察无人战斗机飞行速度时；确定其位置时，无需考虑形状、大小，可将其看成质点，A、C正确．而观察无人战斗机飞行姿式或确定关键部位时，都必须考虑其形状、大小，不能看成质点，B、D错误．【答案】AC5．如图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点的位置坐标为xA＝50m，B点的位置坐标为xB＝－30m，下列说法中正确的是()①A点位于交通亭中心南边50m处②A点位于交通亭中心北边50m处③B点位于交通亭中心南边30m处④B点位于交通亭中心北边30m处A．①③B．②④C．①④D．②③【解析】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50m处，B点位于交通亭中心南边30m处，故D正确．【答案】D5新视点·名师讲座太阳能从西边升起吗？太阳东升西落，是地球上的自然现象，有些人为了表达自己不愿意做某件事情，经常会说“要想让我干某件事情，除非太阳从西边升起来”这样的话，来表达自己不愿意干这件事的决心，但随着科学技术的发展，太阳从西边升起的现象在地球上是可以看到的．下面看这样一道题：太阳从