参考系和坐标系的理解

第01章第01节对质点、参考系和坐标系的理解质点(1)用来代替物体的有质量的点叫做质点．(2)研究一个物体的运动时，如果物体的形状和大小对问题的影响可以忽略，就可以看做质点．(3)质点是一种理想化模型，实际并不存在．【例1】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，所以与几何中的点没有区别C．凡是轻小的物体，都可看作质点D．如果物体的形状和大小在所研究的问题中属于次要因素，就可以把物体看作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，A、D正确；质点是有质量的，它是人们为了研究问题的方便而抽象出来的点，与物体大小没有直接关系，B、C项错．答案AD【变式题组】1.下列关于运动的说法中，正确的是()A．物体的位置没有变化就是不运动B．两物体间的距离没有变化，两物体一定都是静止的C．自然界中没有不运动的物体，运动是绝对的，静止是相对的D．为了研究物体的运动，必须先选择参考系，平常说的运动或静止是相对于地球而言的．答案CD解析物体的位置对某一参考系不变．但对另一参考系可能变化了，所以物体可能在运动，故A错误；两物体间的距离没有变化，二者可能静止，也可能以相同的速度运动，故B错误；由于参考系的选择是任意的，对于不同的参考系，同一物体可能静止，也可能运动，故C、D正确．2.下列情形中，不可以把物体看作质点的是()A．研究高速旋转的砂轮的运动B．研究芭蕾舞演员的动作C．研究花样滑冰中的运动员D．研究飞行中直升机上的螺旋桨答案ABCD3.在研究下列问题时，可以把汽车看作质点的是()A．研究汽车在行驶时车轮的转动情况B．研究人在汽车上的位置C．研究汽车在上坡时有无翻车的危险D．计算汽车从北京开往大连的时间答案D解析A、B、C三项的物体均需要考虑汽车的形状参考系(1)参考系可以是运动的物体，也可以是静止的物体，但被选为参考系的物体，我们都假定它是静止的．(2)比较两物体的运动情况时，必须选同一参考系．(3)选取不同的物体作为参考系，对同一物体运动的描述可能不同．通常以地球为参考系．【例2】某校高一的新同学分别乘两辆汽车去市公园游玩．当两辆汽车在平直公路上运动时，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，根据上述观察到的现象可说明()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正确分析“乙车内一同学看见路旁的树木向西移动”是解决本题的关键．树木相对地面本是静止的，由此判断乙车(相对地面)一定是向东运动．“甲车内一同学看见乙车没有运动”则说明甲、乙两车相对静止，速度一定是相同的．答案D【变式题组】4.歌词“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”所描写的运动的参考系分别是()A．竹排上的人、江岸B．江岸、竹排C．竹排上的人、竹排D．江岸、江岸答案B解析“小小竹排江中游”是以江岸为参考系；“巍巍青山两岸走”是以竹排为参考系．5.下列说法中正确的是()A．被选作参考系的物体是假定不动的B．一乘客在车厢内走动的时候，他说车是运动的C．研究地面上物体的运动，必须选取地面为参考系D．质点运动的轨迹是直线还是曲线，与参考系的选取有关答案A解析宇宙间的一切物体都处在永恒的运动中，被选作参考系的物体只是被假定不动，所以选项A正确；物体是运动的还是静止的是相对于参考系而言的，在车厢内走动的人，在没有明确参考系之前就说车是运动的是错误的，所以选项B错误；研究物体的运动时，参考系是可以任意选取的，所以选项C错；运动质点通过的路线是质点运动的轨迹，它与观察者以哪一物体作参考系看到的情况无关，所以选项D是错误的．坐标系1．建立坐标系的意义物体做机械运动时，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．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1－1－1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，该点的位置并不能惟一确定，如果同时确定某点的横坐标和纵坐标，则该点的位置惟一确定．(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．3．建立坐标系的原则要能方便简洁地确定物体的位置【例3】一质点在x轴上运动，各个时刻的位置坐标如下表：t/s012345x/m05－4－1－71(1)请在图1－1－2中的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？解析(1)以运动路径所在的直线为x轴，标出各时刻质点的位置坐标如下图所示．(2)由图可知第4s末质点离开坐标原点最远，有7m.答案(1)见解析图(2)4s末7m(1)画坐标系时，必须标上原点、正方向和单位长度．(2)位置坐标的意义：正负表示方向，数值表示距坐标原点的距离．(3)坐标轴的方向不一定非得在水平方向或竖直方向上，同时不能忽略“＋”、“－”号.【变式题组】1.[对质点和参考系的理解]2013年8月15日消息，科学研究表明，在太阳系的边缘可能还有一颗行星——幸神星．这颗可能存在的行星是太阳系现有的质量最大的行星——木星质量的4倍，它的轨道半径是地球轨道的几千倍．根据以上信息，下列说法正确的是()A．幸神星质量太大，不能看做质点B．研究幸神星绕太阳运动，可以将其看做质点C．比较幸神星运行速度与地球运行速度的大小关系，可以选择太阳为参考系D．幸神星运行一周的位移要比地球运行一周的位移大解析物体能否看做质点与质量无关，A错；幸神星的形状和大小相对其到太阳的距离来说属于次要的因素，因此可以看做质点，B对；比较两个物体运动速度的大小，要选择同一参考系，C对；幸神星运行一周的位移和地球运行一周的位移均为零，D错．答案BC2.[对质点的理解]在研究下述运动时，能把物体看做质点的是()A．研究短跑运动员的起跑动作时B．研究飞往火星的宇宙飞船最佳运行轨道时C．将一枚硬币用力上抛并猜测它落地时正面是朝上还是朝下时D．研究汽车在上坡时有无翻倒的危险时答案B3.[对质点和参考系的理解]美国宇航局科学家宣布，1977年9月5日发射升空的“旅行者1号”探测器经过36年的长途跋涉，终于飞出了太阳系，进入星际空间，则以下说法正确的是()A．在分析探测器36年的运动时，不能将其视为质点B．研究探测器的姿态控制问题时，能将其视为质点C．研究探测器的运动时，可选太阳为参考系D．研究探测器的位移时，可将其看作质点答案CD4.[对坐标系的理解]一个小球从距地面4m高处竖直向下抛出，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．则小球的抛出点、落地点、接住点的位置坐标分别是()A．2m，－2m，－1mB．－2m,2m,1mC．4m,0m,1mD．－2m,0m，－1m答案B对“理想化模型”的理解(1)理想化模型是分析、解决物理问题常用的方法，它是对实际问题的科学抽象，可以使一些复杂的物理问题简单化．(2)物理学中理想化的模型有很多，如“质点”、“轻杆”、“光滑平面”、“自由落体运动”、“点电荷”、“纯电阻电路”等，都是突出主要因素，忽略次要因素而建立的1．下列关于质点的说法中，正确的是()A．质点是一个理想化模型，实际上并不存在B．只有体积很小的物体才能被看成质点C．凡轻小的物体，皆可被看成质点D．如果物体的形状和大小与所研究的问题无关或属于次要因素，可把物体看成质点解析：选AD.质点是由实际物体抽象而得到的，只有质量，没有大小，不占据空间，是一个理想化模型，实际上并不存在．A对；体积很小的物体不一定都能看成质点．体积较大的物体有时也能看成质点，例如，研究地球公转时，地球可看成质点．B错；轻小的物体在很多情况下不能看成质点，例如在研究乒乓球的旋转时，乒乓球不能看成质点．C错；当物体的形状、大小与所研究的问题无关或属于次要因素时，可忽略其形状、大小，物体可看成质点．D对．2．(原创题)下列说法不正确的是()A．研究“神舟”八号绕地球飞行时，飞船可看做质点B．研究“神舟”八号与“天宫”一号对接时，“天宫”一号可看做质点C．研究火车通过路旁的一根电线杆的时间时，火车可看做质点D．研究电子绕原子核的运动情况时，电子可看做质点解析：选BC.“神舟”八号的尺寸比飞船到地球的距离小的多，可以把飞船抽象为一个点；对接时，要研究“天宫”一号的形状、姿态等，不能看做质点；火车的长度比一根电线杆的直径大得多，因此不可抽象为一个点；电子的大小比电子到原子核的距离小几千倍，故可把电子抽象成一个点．3．宋代诗人陈与义乘着小船在风和日丽的春日出游时曾写下了一首诗，其中两句是“卧看漫天云不动，不知云与我俱东”，表达了他对运动相对性的理解，诗中这两句中涉及的参考系分别是()A．岸和船B．船和岸C．都是岸D．都是船解析：选B.“卧看漫天云不动”的原因是诗人乘坐的小船与云以相同的速度运动，这里的“云不动”是以船为参考系的；“云与我俱东”意思是云和诗人都向东运动，这里是以河岸为参考系的，故B正确．4．(2012·衡水中学高一检测)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，丙匀速上升C．甲、乙匀速下降，v乙v甲，丙匀速下降，且v丙v甲D．以上说法均不对解析：选AB.甲看到楼房匀速上升，说明甲匀速下降，乙看到甲匀速上升，说明乙也匀速下降，且v乙v甲；丙看到乙匀速下降，说明丙可能在匀速上升或停在空中，也可能在匀速下降，而v丙v乙，甲看到丙匀速上升，说明丙可能在匀速上升或停在空中，也可能在匀速下降，且v丙v甲，故A、B正确，C、D错误．5．如图1－1－3所示，质点由西向东运动，从A点出发到达C点再返回B点静止．若AC＝100m，BC＝30m，以B点为原点，向东为正方向建立直线坐标系，则：出发点的位置为______m，B点位置为______m，C点的位置为______m，A到B位置变化为______m，方向______，C到B的位置变化为______m，方向______．解析：以B点为原点，建立坐标系，如下图所示，A(－70m)，B(0m)，C(＋30m)，A到B的位置变化为＋70m，方向向东；C到B的位置变化为－30m，方向向西．答案：－700＋30＋70向东－30向西