高中物理必修一第一章第一节-课件
第一章 运动的描述
第一课时 质点 参考系和坐标系
一 情景导入
“满眼风波多闪烁,看山恰似走来迎。仔细看山山不动,是船行。诗人为什么会有“山迎”“船行”这两种不同的感觉呢?为了生活和梦想,我们的祖先从远古就开始探索自然运动的奥秘.经过长期的探索,人们逐渐建立了描述运动的概念,并不断寻求探索运动问题的方法,揭开了一个又一个与运动有关的奥秘.
二 课标点击
1. 知道质点的概念及条件
2. 知道参考系的概念及其作用,体验不同参考系中运动的相对性
3. 掌握坐标系的简单应用.
三 课前导读
要点1 质点
1.在某些情况下,我们可以忽略物体的和“这个要素,把它简化为一个有质量的 物质 点,称为质点.
2.一个物体能否看作质点是由决定的.
3.质点是一种科学抽象,是在研究物体运动时,抓住实际物体简化,是一个 理想化模型 .
我们总这样描述物体的运动,例如“他向我们走来”“车急驰而去”“月亮绕着地球转,地球绕着太阳转”.在这些描述中,我们并没有考虑“他”的高矮胖瘦、“车”的型号款式,我们也没有特意去想“月亮”或“地球”是个庞然大物,这样合理吗?
1.将物体看成质点的条件.
(1)当物体上各部分的运动情况都相同时,物体上任何一点的运动情况都能反映物体的运动,物体可看成质点.
(2)当物体的大小、形状对所研究的问题无影响或可以忽略不计的情况下,物体可看成质点,如研究地球绕太阳公转时,地球大小相对太阳到地球的距离可忽略不计,故可视为质点.
(3)只研究物体的平动时,或物体虽转动但不研究转动及转动的各个部分时,可以把物体看作质点.
2.质点与物体的异同.
质点是一个理想模型,没有体积,没有大小,也不是几何上的“点”,是一个与物体质量相等的,不占空间的抽象模型.
特别提示:能否把物体看作质点是由问题的性质决定的,而不是由物体的大小决定的.同一物体在不同的问题中,有时可看作质点,有时则不能.
1.下列关于质点的概念正确的是( )
A .只有质量很小的物体才可以看成质点
B .只要物体运动得不是很快,就一定可以把物体看成质点
C .质点是把物体抽象成有质量而没有大小的点
D .旋转的物体,肯定不能看成质点
解析:物体的质量、大小、运动状态都不是判断物体能否被看成质点的依据,物体的形状、大小是否对所研究的问题起主要作用,是判断能否把物体看成质点的唯一依据,选项A 、B 、D 三项错,质点是抽象的理想化模型,有质量,没有大小,不占据空间,C 对. 答案:C
2.(双选) 关于质点,下列说法正确的是( )
A .质点是一个理想化模型,实际是不存在的
B .因为质点没有大小,所以与几何中的点是一样的
C .凡是小的物体,都可以看成质点;凡是大的物体都不能看成质点
D .如果物体的形状和大小对于所研究的问题无关或次要因素时,可把物体看成质点
解析:质点是一个理想化模型,尽管不是实际的物体,但它是实际物体的一种近似反映,是为了研究问题的方便而进行的科学抽象,它突出了事物的主要特征,抓住了主要因素,使所研究的复杂问题得到了简化.
答案:AD
要点2 参考系
1.参考系:要描述一个物体的运动,首先要选定某个其他物体作,观察物体相对于这个“其他物体”的位置是否随时间变化,以及怎样变化.这种用来 作参考 的物体称为参考系.
2.对同一个物体的运动,所选择的参考系不同,观察的结果.研究地面上物体运动时,通常选择 地面或相对于地面静止不动的物体 为参考系比较方便.
你坐在火车上想着心事,“纹丝不动”,车上其他旅客会如何描述你的运动情况呢?车外的行人又会如何描述你的运动情况呢?车上的旅客会认为:你静止不动.车外的行人会认为:你急速向前运动.为什么会有这样的差异呢?是不是有谁的感觉错了?
参考系的选择和运动的相对性.
1.参考系的选择.
(1)研究物体的运动时,参考系的选取是任意的,一般根据研究问题的方便来选取.
(2)在研究地面上物体的运动时,通常把地面或者相对于地面静止不动的其他物体做参考系.
2.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,参考系选取不同,对同一个物体运动的描述也不同.
(2)相对静止:如果两个运动物体运动的快慢相同,运动的方向相同,我们就说这两个物体是相对静止的.例如,肩并肩一起走的两个人之间就是相对静止的.
(3)平时人们所说的静止的物体,就是指相对静止,绝对静止是没有的.
特别提示:凡是提到运动,都应搞清楚它是相对哪个参考系而言的.虽然生活中我们描述某物体的运动时,很少点明参考系,但是实际上我们已经自觉地选取了参考系.
1.(双选) 汉语成语中有一个“形影不离”的成语,意思是人的身体和影子分不开,形容关系密切,经常在一起.在晴天的早上,某同学在操场上跑步,下列说法正确的是( )
A .以地面为参考系,影子是静止的
B .以地面为参考系,影子是运动的
C .以人为参考系,影子是静止的
D .以人为参考系,影子是运动的
答案:BC
2.“小小竹排江中游,巍巍青山两岸走”歌词中隐含的参考系分别是( )
A .河岸、竹排 B .竹排、江水
C .江水、青山 D .河岸、青山
答案:A
要点3 坐标系
为了 定量 地描述运动物体的位置及 位置的变化 ,需要在参考系上建立适当的坐标系.对于在一维空间运动,即研究沿一条直线运动的物体时,要沿着 运动直线 建立直线坐标系,即以物体运动所沿的直线为x 轴,在直线上规定 原点 、 正方向 和 单位长度 .
一辆汽车在东西方向的平直公路上行驶,要研究汽车在某个时刻的位置和某段时间内的位置变化,应该怎么办?
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、正方向和单位长度,建立直线坐标系;当物体在平面上运动,即二维运动时,需采用两个坐标确定它的位置;当物体做空间运动,即三维运动时,需要三个坐标确定它的位置.
特别提示:只有定量研究物体的位置及位置变化时,才应用坐标系.
1.如图所示,桌面离地面的高度是0.8 m,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1.3 m、0.4 m,则A 、B 的坐标应该是多少?
解析:根据所建直线坐标轴可知,A 点的坐标应为
x A =-(1.3 m-0.8 m)=-0.5 m;
B 点的坐标应为x B =0.8 m-0.4 m=0.4 m.
答案:x A =-0.5 m,x B =0.4 m
(1)请在下面的x 轴上标出质点在各时刻的位置.
(2)哪个时刻离开坐标原点最远?有多远?
答案:
(1)
(2)第4 s末质点离开坐标原点最远,有7 m.
四 知识解惑
题型1 质点
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
解析:当研究地球的公转时,由于地球直径(约1.3×107 m) 比地球与太阳之间的距离(约
1.5×1011 m)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,选项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,选项D 正确.
答案:CD
名师点睛:若被研究物体的大小、形状以及各部分运动的差异,对我们所研究的问题没有影响或者影响不大,便可以将物体看作质点.其中的关键是:“物体自身的因素”对“所研究的问题”的影响程度.
1.下列哪些现象中的物体可视为质点( )
A .研究“神九”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“神九”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
题型2 参考系
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
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
名师点睛:选取参考系后描述物体运动的方法:选定参考系后,想象自己置身其中,充当一个静止的观察者,然后观察物体与自己在该空间的位置变化,从而确立物体的运动情况.
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 m
C .4 m,0,1 m
D .-4 m,0,-1 m
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-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.
答案:
B