高中物理必修一课件

物理人教版·必修1物理课时1质点参考系和坐标系课前导航我国是文明古国，对运动早就有研究．早在汉代成书的《尚书纬·考灵曜》中就有这样的记载：“地恒动不止，而人不知。譬如人在大舟中，闭牖(窗户)而坐，舟行而人不觉也。”毛泽东同志的诗中也有一名句：“坐地日行八万里，巡天遥看一千河。”请你思考：1．选什么物体为参考系，才能说“地恒动不止”？2．“日行八万里”的地球可否视为质点？3．有一个成语叫做“刻舟求剑”，如果说刻舟求剑者的错误在于错选了参照系，你同意这种看法吗？基础梳理知识精析一、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．二、质点1．质点的特点：具有质量，占有位置，无体积和形状，是一个理想化的物理模型，实际上并不存在．2．物体能否看做质点的几种情况(1)平动的物体因各部分运动情况相同，一般可以看做质点．(2)物体有转动，但物体的转动不是我们所要研究的主要问题，物体本身的形状和大小已变成了次要因素时可以看做质点．如研究地球绕太阳的公转规律时，地球的大小就变成次要因素，可以不考虑，此时地球就可以看做质点．转动的物体在研究其转动的规律时不能看成质点．如研究地球自转时，地球的大小和形状就是影响研究问题的重要因素了，因此就不能再把地球看做质点了．(3)物体本身的大小对所研究问题的影响不能忽略时，不能把物体看做质点，如研究火车过桥的时间时就不能把火车看做质点．三、参考系1．选择参考系的意义要描述一个物体的运动，必须首先选好参考系，对于同一个运动，如果选不同的物体作参考系，观察到的运动情况可能不相同．例如：甲、乙两辆汽车由西向东沿同一直线以15m/s的相同速度行驶着．若两车都以路边的树木作为参考系，则两车都是以15m/s的速度向东行驶；若以其中任意一辆车为参考系，则另一辆是静止的．2．选择参考系的原则(1)选取参考系一般应根据研究对象和研究对象所在的系统来决定．例如研究火车上物体的运动情况时，一般选取火车作为参考系；研究地面上物体的运动时，常选地面或相对地面不动的物体作为参考系，这时，参考系常可以略去不提，如“汽车运动了”，就不必说成“汽车相对地面运动了”．(2)参考系的选取可以是任意的.在实际问题中,参考系的选取应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为基本原则．四、坐标系1．建立坐标系的物理意义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．坐标系的种类及特点(1)直线坐标系：以某一点为原点，规定单位(有时是长度，有时是时间，也可能是其他物理量)、正方向或变化方向的意义．(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1－1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．图1－1(3)多维坐标系(如三维立体空间坐标系)：物体的运动不在同一平面内时，可以建立多维坐标系.方法指导一、理解质点例12008年8月16日，牙买加运动员博尔特在北京奥运会上以9秒69打破男子百米跑世界纪录，再创速度极限．下列说法正确的是()A．在博尔特的100米飞奔中，可以将他看做质点B．教练为了分析其动作要领，可以将其看做质点C．无论研究什么问题，均不能把博尔特看做质点D．是否能将博尔特看作质点,决定于我们所研究的问题解析在博尔特的100米飞奔中，我们关心的是他的名次，无需关注其动作的细节，可看做质点．教练为了分析其动作要领时，如果作为质点，则其摆臂、提腿等动作细节将被掩盖，无法研究，所以就不能看做质点．答案AD点评(1)不能以质量和体积的大小来断定能否将一个物体看做质点，关键是物体自身因素(如大小和形状)对我们所研究问题的影响程度．(2)平动的物体一般可以视为质点，平动的物体是指物体上各个点的运动情况都完全相同的物体．这样，物体上任一点的运动情况与整个物体的运动情况相同，可用一个质点来代替整个物体．但研究物体的转动时，不能把物体视为质点．二、参考系与相对运动问题例2甲、乙、丙三架观光电梯，甲中乘客看见高楼在向下运动；乙中乘客看见甲在向下运动；丙中乘客看见甲、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、乙都慢解析电梯中的乘客观看其他物体的运动情况时，是以自己所乘的电梯为参考系．甲中乘客看见高楼向下运动，说明甲相对于地面一定在向上运动．同理，乙相对甲在向上运动，说明乙相对地面也是向上运动，且运动得比甲更快．丙电梯无论是静止，还是在向下运动，或以比甲、乙都慢的速度在向上运动，丙中乘客看甲、乙两电梯都会感到它们是在向上运动．答案BCD点评要准确地描述物体的运动，参考系的选取非常关键．如在本题中，甲中乘客在观察高楼的运动时，是以自己所乘的电梯为参考系．若以地面为参考系，高楼是静止的．变式训练1我们描述某个物体的运动时，总是相对一定的参考系．下列说法正确的是()A．我们说“太阳东升西落”，是以地球为参考系的B．我们说“地球围绕太阳转”，是以地球为参考系的C．我们说“同步卫星在高空静止不动”，是以太阳为参考系的D．坐在火车上的乘客看到铁路旁的树木、电线杆迎面向他飞奔而来，乘客是以火车为参考系的解析“太阳东升西落”是相对于我们居住的地球而言，是以地球为参考系的，所以选项A正确；“地球围绕太阳转”是以太阳为参考系的，所以选项B错误；“同步卫星在高空静止不动”是相对于地球而言的，是以地球为参考系的，所以选项C错误；火车上的乘客看到铁路旁的树木、电线杆迎面向他飞奔而来，是以火车或他自己为参考系的，所以选项D正确．答案AD例3为了确定一辆行驶在北京长安街上的汽车的位置，我们可以取x轴表示长安街的东西方向，x轴的正方向指向东，并且取天安门前的旗杆作为坐标轴的原点，那么汽车的位置就由它的坐标完全确定了．若汽车的坐标是1km，则表示汽车处于什么位置？汽车的坐标是－2km呢？解析若汽车的坐标是1km，则表示汽车旗杆以东1km；汽车在的坐标是－2km，则表示汽车在旗杆以西2km.答案旗杆以东1km，旗杆以西2km点评用坐标确定了物体的位置，我们就能定量地描述物体的运动，特别要注意坐标正负号的含义，坐标的绝对值表示汽车离开坐标原点的距离，正负号表示方向．变式训练2从高出地面3m的位置竖直向上抛出一个小球，它上升5m后落回地面，如图1－2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，填写下面的表格．解析在物体运动的直线上建立直线坐标系，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′＝0.2，x2′＝5m，x3′＝－3m.坐标原点出发点坐标最高点坐标落地点坐标地面为原点抛出点为原点坐标原点出发点坐标最高点坐标落地点坐标地面为原点3m8m0抛出点为原点05m－3m同步达标一、选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分，每题至少有一个选项是正确的)1．在研究体育比赛中运动员的运动特点时，下列运动员可以当做质点处理的是()A．研究姚明在扣篮的动作时B．研究李小鹏在双杆上比赛的动作时C．研究菲尔普斯100米自由游触壁的瞬间D．记录某马拉松运动员在比赛过程中各时刻的位置时答案D2．关于参考系，下列说法不符合实际的是()A．一个物体相对于其他物体的位置变化，叫机械运动B．不选定参考系，就无法研究某一物体怎样运动C．参考系是不动的物体D．参考系是人们假设不动的物体答案C3．“坐地日行八万里，巡天遥看一千河。”这一诗句表明()A．“坐地日行八万里”选的参考系是地心B．“巡天遥看一千河”选的参考系是地球以外的星体C．人在地球上的静止是相对的，运动是绝对的D．坐在地面上的人是绝对静止解析研究物体的运动时要选定参考系．“坐地日行八万里”－－人坐在地上(赤道附近)一日(24h)绕地心运动一周，根据地球半径可知周长约4万千米，“巡天遥看一千河”－－坐在地面上的人相对地球以外的其他天体(星星)是运动的，故选项A、B正确．运动是绝对的，静止是相对的，故选项C正确、D错误．答案ABC4．下列关于质点的说法中，正确的是()A．质点是一个理想化的模型，实际并不存在B．因为质点没有大小，所以与几何中心的点没有区别C．凡是轻小的物体，都可看成质点D．如果物体的形状和大小在所研究的问题中属于无关或次要因素，就可以把物体看成质点解析质点是一个理想化的物理模型，实际上不存在，物体能否看成质点要满足D项的条件，选项A、D正确；质点是人们为了研究问题的方便而抽象出来的点，与几何中心、物体大小没有直接关系，选项B、C错误．答案AD5．某校高一的新同学分别乘两辆汽车去市公园玩．两辆汽车在平直公路上运动，甲车内一同学看见乙车没有运动，而乙车内一同学看见路旁的树木向西移动．如果以地面为参考系，那么，上述观察说明()A．甲车不动，乙车向东运动B．乙车不动，甲车向东运动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东运动解析甲看到乙车不动，说明甲和乙运动情况相同，乙车内同学看到树木向西运动，说明车在向东运动，选项D正确，A、B、C错误．答案D6．有一天下午，在我国东南部的某大城市的中心广场行人拥挤，有人突然高喊“楼要倒了！”其他人猛然抬头观看，也发现楼在慢慢倾倒，如图所示．人们便纷纷狂奔逃生，导致交通一片混乱，但过了好久，高楼并没有倒塌．人们再仔细观望时，楼依然稳稳地矗立在那里．下列有关探究分析这一现象的原因的说法中，正确的是()解析看到没有运动的楼在运动，应该是选择了运动的物体作参考系，高楼矗立在空中，是以开阔的天空为背景的高层建筑，它旁边没有别的固定的参考系，人在抬头观望时可能是选择了空中运动的云做参考系，如果天空的云在快速移动，人在突然抬头观望时，误将云看做是固定不动的，所以产生了楼在运动的错觉．“月在云中行”也是这种情况．答案C7．烟囱冒出的烟和平直路面上甲、乙两车上的小旗的朝向如图所示，关于甲、乙两车相对于路旁房子的运运情况，下列说法正确的是()A．甲、乙两车一定向左运动B．甲车可能静止或向右运动或向左缓慢运动，乙车一定向左运动C．甲车可能向右加速运动，乙车可能向右减速运动D．甲车一定向右运动，乙车一定向左运动解析首先由图中烟囱冒出的烟，可以判断当时的风向向左；甲车的小旗和烟的飘向一致，说明以甲车为参考系时风向向左，甲车有可能静止，也有可能沿和风向相同的方向运动，只是甲车的运动速度比风的速度小，还可能是甲车以任意速度向左运动；乙车的小旗和烟的飘向相反，说明乙车一定是向左运动，而且车速比风速大．答案B8．地面观察者看到雨滴竖直下落时，坐在匀速前进的列车车厢中的乘客看雨滴是()A．向前运动B．向后运动C．倾斜落向前下方D．倾斜落向后下方解析这是以乘客为参考系，此时雨滴在水平方向相对于乘客是向后运动的，再加上竖直下落的运动，故应为落向后下方．答案D9．第一次世界大战的时候，一个法国飞行员在2000m高空飞行的时候，发现脸旁有一个什么小玩意儿在游动着．飞行员以为是一只小昆虫，敏捷地把它一把抓了过来．现在请你想一想这位飞行员的惊诧吧，他发现他抓到的是一颗德国子弹！大家都知道，子弹的飞行速度是相当快的，为什么飞行员能抓到子弹？解析这是因为，一颗子弹并不是始终用800～900m/s的速度飞行的．由于空气的阻力，这个速度会逐渐减小下来，而在它的路程终点(跌落前)的速度却只有40m/s.这个速度是普通飞机也可以达到的．因此，很可能碰到这种情形：飞机跟子弹的方向和速度相同，那么，这颗子弹对于飞行员来说，它相当于静止不动的，或者只是略微有些移动．那么，把它抓住自然没有丝毫困难了．