2020-2021学年高中物理学案：1.1-质点-参考系和坐标系(人教版必修1).docx

1.1　质点　参考系和坐标系
[目标定位]　1.理解质点的概念，知道质点是一种抱负化模型，并可以推断物体是否可以看做质点.2.理解参考系的概念，知道运动具有相对性.3.知道坐标系和坐标系的种类．

一、物体和质点
1．质点：某些状况下，忽视物体的外形和大小，突出“物体具有质量”，把它简化成一个有质量的物质点，叫质点．
2．把物体看成质点的条件：物体的大小和外形对所争辩的问题没有影响．
3．抱负化模型：在物理学中，突出问题的主要方面，忽视次要因素，建立抱负化的物理模型，是经常接受的一种科学争辩方法．质点就是一种抱负化模型．
　想一想：
2021年10月1日，丽丽一家坐高铁从北京到青岛，丽丽想测量列车经过一座大桥的时间，可不行以将高铁看做质点？
答案　不能；物体看成质点的条件是其大小和外形对所争辩的问题没有影响．高铁的长度对测量时间有影响．
二、参考系
1．参考系：要描述物体的运动时，首先要选定某个其他物体作参考，这种用来作为参考的物体称为参考系．
2．描述一个物体的运动时，参考系可以(填“可以”或“不行以”)任意选择．但是，选择不同的参考系，得出的运动结果会有所不同．
　想一想：
作为参考系的物体肯定是静止在地面上的物体吗？
答案　不是；参考系的选取是任意的，可以选择静止在地面上的物体，也可以选择在地面上运动的物体．
三、坐标系
1．为了定量地描述物体的位置及位置变化，需要在参考系上建立适当的坐标系．
2．建立坐标系时，必需标上原点、正方向和单位长度．
3．常见的坐标系的种类：直线坐标系、平面直角坐标系和三维空间坐标系．
　想一想：
2021年10月在天津举办的第六届东亚运动会上，中国队选手陈静文在女子400米决赛中以53秒76的成果成功卫冕．为了精确     地描述她在跑道上不同时刻的位置和位置变化，应建立怎样的坐标系？
答案　运动员在400米赛跑时，要经过弯道，故建立平面直角坐标系．

一、对质点的理解
1．质点不同于几何中的“点”．质点是用来代替物体的有质量的点，具有质量，没有大小、体积、外形；与几何中的“点”有本质的区分．
2．质点是一种“抱负化模型”，是为了争辩问题便利而对实际问题的科学抽象，实际中并不存在．它是抓住了主要因素——物体的质量，忽视了次要因素——大小和外形，是典型的物理模型之一．
3．把物体看做质点的条件：物体的大小和外形对争辩问题的影响可以忽视不计．
例1　(2021浙江高一期中)关于质点，下列说法中正确的是(　　)
A．很小的物体总可以看成质点，较大的物体有时也能看成质点
B．分析香蕉球(旋转的足球)的轨迹弯曲的成因时，可以把足球看成质点
C．争辩运动员跨栏时的动作时，运动员可以看成质点
D．质点是为了突出问题的主要方面，忽视次要因素而建立的抱负化模型
解析　物体看做质点的条件是物体的外形和大小对争辩的问题没有影响，与物体大小无关，所以A错误，D正确；争辩香蕉球的轨迹弯曲成因，足球各部分的运动状况不同，所以足球不能看做质点，B错误；争辩跨栏运动员动作时进行技术分析，不能将运动员看做质点，C错误．
答案　D
借题发挥　一个物体能否看做质点不是以其大小而论的，更不能看物体的轻重，而是看物体的大小和外形对所争辩的问题有无影响．
针对训练　 其次届夏季青年奥林匹克运动会将于2022年8月在南京进行，届时将在15个体育馆进行26项竞赛．在考察下列运动员的竞赛成果时，可将运动员看做质点的是(　　)

解析　马拉松赛跑测量的运动员跑完全程的时间，与运动员的外形和大小无关；跳水、击剑、体操竞赛时，要看运动员的肢体动作，所以不能看成质点．
答案　A
二、对参考系的理解
1．物体的运动是确定的，静止是相对的，选定参考系之后，才能知道和争辩物体的运动．
2．参考系的选取是任意的．在实际问题中，参考系的选取以争辩问题便利、简洁为基本原则．通常选地面或地面上静止不动的物体为参考系．
3．对于同一个物体，选取不一样的参考系，观看的结果也会不同．
例2　如图111所示，由于风的原因，河岸上的旗帜向右飘，在河面上的两艘船上的旗帜分别向右和向左飘，两艘船的运动状态是(　　)
图111

A．A船确定是向左运动的
B．A船确定是静止的
C．B船确定是向右运动的
D．B船可能是静止的
解析　从河岸上的旗帜的运动方向，可以推断风向右吹，由此可以推断B船肯定向右运动且比风速快；A船可能静止，可也可能向左运动，还有可能向右运动，但是比风速慢．
答案　C
针对训练　以下说法正确的是(　　)
A．参考系就是不动的物体
B．任何状况下，只有地球才是最抱负的参考系
C．不选定参考系，就无法争辩某一物体是怎样运动的
D．同一物体的运动，对不同的参考系可能有不同的观看结果
解析　参考系是假定为不动的物体，实际上也运动，A错．同一物体选择不同的参考系，其运动形式的表述一般不同，选择时以便利、简洁为主，不选取参考系，就无法描述物体的位置变化，无法争辩其运动，故B错，C、D对．
答案　CD
三、坐标系的建立
1．意义：借助适当的坐标系可以定量的描述物体的位置及位置的变化．
2．方法

例3　一质点沿x轴运动，各个时刻的位置坐标如下表所示：

(1)请在图112中的x轴上标出质点在各时刻的位置．
图112

(2)哪个时刻质点离坐标原点最远？有多远？
解析　(1)依据各个时刻的位置坐标对应状况，标出位置如图所示．

(2)质点在1 s、2 s、3 s、4 s、5 s时离坐标原点的距离分别为5 m、4 m、1 m、7 m、1 m，所以4 s时质点离原点最远，为7 m.
答案　见解析
借题发挥　当描述直线运动的物体的位置及位置变化时，只要建立直线坐标系；当物体在同一平面内运动时，要用平面直角坐标系才能定量描述物体的位置及位置变化.

看做质点的条件

1．下列问题中，加下划线的物体能被视为质点的是(　　)
A．争辩“嫦娥”三号放射时离地面的高度
B．争辩从沧州开往青岛的和谐一号列车的运行时间
C．争辩跳板竞赛中运动员的动作
D．争辩地球上昼夜的形成
解析　运行中的“嫦娥”三号离地面高度与其自身大小相比，可以忽视自身大小而视为质点；列车长度远小于沧州到青岛的距离，可以忽视列车长度将其看做质点；要争辩跳板运动员的动作，不能视为质点；地球上昼夜的形成是由于自转的缘由，所以不能将地球看做质点．
答案　AB
2．下列关于质点的说法中，正确的是(　　)
A．质点是一个抱负化模型，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．万吨巨轮格外大，无论何时都不能看做质点来处理
D．假如物体的外形和大小与所争辩的问题无关或属于次要因素，可把物体看成质点
解析　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，是一个抱负化模型，实际上并不存在，A对；体积很小的物体不肯定都能看成质点，体积较大的物体有时也能看成质点，B错；当物体的外形、大小与所争辩的问题无关或属于次要因素时，可忽视其外形、大小，物体可看成质点，C错，D对．
答案　AD
参考系的选取

图113
3．在电视连续剧《西游记》中，经常有孙悟空“腾云驾雾”的镜头，这通常是接受“背景拍摄法”：让“孙悟空”站在平台上，做着飞行的动作，在他的背后呈现出蓝天和急速飘动的白云，同时加上烟雾效果；摄影师把人物动作和飘动的白云及下面的烟雾等一起摄入镜头，如图113所示．放映时，观众就感觉到“孙悟空”在“腾云驾雾”．这时，观众所选的参考系是(　　)

A．“孙悟空” B．平台
C．飘动的白云 D．烟雾
解析　观众感觉到“孙悟空”在“腾云驾雾”，即认为“孙悟空”是运动的，“白云”是静止的．
答案　C
坐标系的建立

4．2021年吴桥杂技节上，一名杂技演员将手中的球从高出地面3 m的位置竖直向上抛出，它上升5 m后回落，最终到达地面，如图114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：
图114

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，则动身点、最高点、落地点的坐标分别为x1＝3 m，x2＝8 m，x0＝0；若以抛出点为原点，则x1′＝0，x2′＝5 m，x0′＝－3 m.
答案　3 m　8 m　0　0　5 m　－3 m
(时间：60分钟)

题组一　对质点概念的理解
1．香港红磡体育馆是香港的综合室内多用途表演场馆，位于九龙油尖旺区红磡畅运道9号、港铁红磡站平台上，是众多明星开演唱会的重要场地．下列说法正确的是(　　)
A．观看蔡依林的钢管舞时，可把蔡依林看做质点
B．倾听张惠妹美丽 的歌声时，可把张惠妹看做质点
C．观赏“鸟叔”的江南Style表演时，可把“鸟叔”看做质点
D．争辩罗志祥的舞蹈动作时，可把罗志祥看做质点
解析　观看钢管舞、“鸟叔”的表演和罗志祥的舞蹈，都要看肢体动作，所以不能看做质点；而倾听张惠妹的歌声时，可以将其看做质点．
答案　B
2．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，就肯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，确定不能看成质点
解析　物体的质量、大小、运动状态都不是推断物体能否被看成质点的依据，物体的外形、大小是否对所争辩的问题起主要作用，是推断能否把物体看成质点的唯一依据，A、B、D错，质点是抽象的抱负化模型，有质量，没有大小，不占据空间，C对．
答案　C
3．下列有关质点的说法中，正确的是(　　)
A．争辩嫦娥三号围绕月球运动的轨迹时，嫦娥三号可看做质点
B．争辩4×100 m接力赛运动员交接棒的过程时，可以将运动员可看做质点
C．用GPS定位系统确定正在月球上考察的“玉兔号”月球车的位置时，月球车可看做质点
D．争辩子弹穿过一张薄纸所需的时间时，可以把子弹看做质点
解析　嫦娥三号的大小与轨道的半径相比可忽视，故能看做质点，A对；若把运动员看做质点，无法争辩其交接棒时的动作，故B错；在确定月球车的位置时，月球车的大小、外形对争辩问题没有影响，可看做质点，故C对；争辩子弹穿过一张纸的时间时，子弹的长度比纸的厚度大很多，不能忽视其长度，所以不能看做质点，故D错．
答案　AC
题组二　参考系的选取
4．有一个“形影不离”的成语，意思是人的身体和影子分不开，形容关系亲密，经常在一起．在晴天的早上，某同学在操场上自南向北跑步，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
解析　人的身体和影子的相对位置不变，两者相对静止；该同学在操场上跑步时，相对地面该同学的位置发生了变化，所以同学的影子是运动的．
答案　BC
5．小说《镜花缘》第七十九回中，宝云问奶公：“家乡有什么趣闻？”，奶公说：“前几天刮了一阵大风，把咱们家的一口井突然吹到墙外去了…….”你认为，对“井在运动”的参考系推断正确的是(　　)
A．井 B．奶公 C．墙 D．风
解析　井相对地面是不动的，“井突然被吹到墙外”是由于墙被风吹倒了，所以“井在运动”是相对于墙，是以墙为参考系的．
答案　C
6．两列火车平行地停在一站台上，过了一会儿，甲车内的乘客发觉窗外树木在向西移动，乙车内的乘客发觉甲车仍没有动，若以地面为参考系，上述事实说明(　　)
A．甲车向东运动，乙车不动
B．乙车向东运动，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向东运动
解析　甲车内的乘客发觉窗外树木在向西移动，说明甲车在向东运动，乙车内的乘客发觉甲车仍没有动，说明乙车相对甲车静止，由于甲车相对地面对东运动，所以乙车相对地面也向东运动，且与甲车速度相同，故D正确．
答案　D
7．地面的观看者看雨滴是竖直下落的，坐在匀速行驶的列车车厢中的乘客看雨滴是(　　)
A．水平向前运动 B．水平向后运动
C．倾斜落向前下方 D．倾斜落向后下方
解析　乘客是以列车为参考系看雨滴运动的，雨滴在下落的同时还相对列车向后运动，故乘客看到的雨滴是倾斜落向后下方，D正确．
答案　D

图115
8．如图115所示是体育摄影中“追拍法”的成功之作，摄影师眼中清楚的运动员是静止的，而模糊的背景是运动的，摄影师用自己的方式表达了运动的美．摄影师选择的参考系是(　　)
A．大地 B．太阳
C．运动员 D．地面上的景物
解析　由于运动员和摄影师以相同的速度运动，以运动员作为参考系，摄影师是静止的，故运动员的图片是清楚的，但由于背景相对于运动员是运动的，所以背景相对于摄像机是运动的，故拍摄的背景是模糊的．在“追拍法”中摄影师选择的参考系是运动员，故C正确．
答案　C
9．宋代诗人陈与义乘着小船在风和日丽的春日出游曾写下一首诗，其中的两句是“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．诗中这两句涉及的参考系分别是(　　)
图116

A．岸和船 B．船和岸 C．都是岸 D．都是船
解析　“卧看漫天云不动”是以船为参考系的，“不知云与我俱东”是以岸为参考系的，故B正确．
答案　B
题组三　坐标系的建立
10．关于坐标系，下列说法正确的是(　　)
A．建立坐标系是为了定量描述物体的位置和位置变化
B．坐标系与参考系都是为了争辩物体的运动而引入的
C．物体做直线运动时必需建立平面直角坐标系
D．物体在平面内做曲线运动，需要用平面直角坐标系才能确定其位置
解析　坐标系是建立在参考系上用来定量描述物体的位置及位置变化的，A、B正确；描述做直线运动的物体时需要建立一维直线坐标系，做平面曲线运动时需建立平面直角坐标系，C错误，D正确．
答案　ABD
11．一只皮球从5 m高处由静止落下，被地面弹回，在距地面1.5 m处被小明接住．以抛出点正下方距地面2 m处为坐标原点，向上为正方向建立坐标轴．则皮球抛出点、落地点、被接住点的位置坐标分别是(　　)
A．5 m、－2 m、0.5 m B．3 m、－2 m、－0.5 m
C．－3 m、－2 m、0.5 m D．5 m、2 m、－0.5 m
解析　以2 m处建立直线坐标系，向上为正方向，抛出点在原点上方，所以坐标为正，接住点和落地点在原点的下方，坐标为负，依据三点与原点的距离可知抛出点坐标为3 m，落地点坐标为－2 m，接住点坐标为－0.5 m；故答案选B.
答案　B
12．2021年12月15日4时35分，嫦娥三号着陆器与巡察器(“玉兔号”月球车)成功分别，登陆月球后“玉兔号”月球车将在月球上开展3个月巡察勘察．若以着陆器所在地为坐标原点，以月球车运动方向为x轴的正方向，建立一个一维坐标系．月球车从距离原点5 m处动身，沿直线运动，经过一段时间后到达距离动身点15 m处．月球车最初位置坐标和最终位置坐标分别是(　　)
图117

A．0，15 m B．5 m，15 m
C．0，20 m D．5 m，20 m
解析　依据题意建立的坐标系，动身点距离原点5 m，坐标为5 m，末位置距离原点20 m，坐标为20 m，所以D正确．
答案　D
13．一辆汽车从某商场门口(O点)动身，沿东偏北30°的方向运动200 m至A点，然后又向正南方向运动100 m至B点．(sin 30°＝0.5)
(1)选取适当的坐标系，描述出该物体的运动轨迹；
(2)依据建立的坐标系，分别计算出A、B两点的坐标．
解析　(1)坐标系如图，OAB为运动轨迹：

(2)xA＝100 m，yA＝100 m
xB＝100 m，yB＝0 m
答案　(1)如解析所示
(2)A(100，100)，B(100，0)