高考物理质点参考系空间时间.docx

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高考物理质点参考系空间时间

2020年高考物理：

质点参考系空间　时间

学习目标

素养提炼

1.理解质点的概念，知道质点是一种理想化模型，会判断物体是否可以被看作质点．

2.理解参考系的概念，知道运动具有相对性．

3.知道空间的概念，能区分时刻和时间，会在坐标轴上表示时刻和时间.

物理观念：

质点、参考系、时间、时刻

科学思维：

质点模型的建构

一、机械运动和质点

1．机械运动

一个物体相对于另一个物体位置的改变，称为机械运动．

2．质点

（1）在研究一个物体的运动时，如果被研究物体的形状和大小在所讨论的问题中可以忽略，就可以把整个物体简化为一个有质量的点，这个用来代替物体的有质量的点称为质点．

（2）一个物体能否看作质点，完全取决于所研究问题的性质，而不是看物体实际体积的大小．

[思考]

“长征二号FT1”火箭全长52m，起飞质量493t，是我国目前所有火箭中起飞质量最大、长度最长的火箭．科学家在研究它发射升空后的空中位置、离地高度、飞行速度、运动轨迹等问题时，可否将火箭看成质点？

分析火箭分离过程中的姿态、方向时，能否看成质点？

提示：

火箭发射升空后，研究其位置、离地高度、飞行速度、运动轨迹等问题时，火箭虽较大，具有一定的形状，但对研究问题的影响很小，可以忽略不计．因此，火箭可看作质点．分析火箭分离过程中的姿态、方向时，火箭的大小不能忽略，故不能看成质点．

二、参考系

1．物体的运动和静止是相对的，要确定一个物体的位置并描述它的运动情况，就要选定某个其他物体做参考，这个被选作参考的物体叫作参照物，也称为参考系．

2．选择的参考系不同，对同一研究对象运动情况的描述就可能不同．在研究地面上物体的运动时，通常取地面或相对于地面静止的物体作为参考系．

[判断正误]

（1）研究同一物体的运动时，不论选取怎样的参考系，其结论是相同的．（×）

（2）参考系可任意选取，通常研究物体的运动时（如汽车）以地面为参考系．（√）

（3）描述物体的机械运动，常相对于其他物体而言，此为运动的相对性．（√）

三、空间　时间　时刻

1．时刻：

指某一瞬时．

2．时间：

指两个时刻之间的间隔．

3．时间轴上的点表示时刻；时间轴上的一段距离表示时间．如果t1、t2分别对应于时间轴上的两个点，则两个时刻之间的时间Δt＝t2－t1.

[思考]

李爷爷起床后外出晨练，在公园遇到张爷爷．“您这么早！

练多长时间了？

”“十五分钟左右吧．现在是什么时间？

”“大约六点．”李爷爷说．

对话中两个“时间”，哪个是“时间”，哪个是“时刻”？

提示：

“练多长时间”，是指时间；“现在是什么时间”指的是一个瞬间，所以是指时刻．

要点一　对质点的理解

　在土耳其室内田径世锦赛上，伊辛巴耶娃以4.80m的成绩又一次获得冠军，她是当之无愧的撑竿跳高女皇，曾先后27次刷新女子撑竿跳高世界纪录．一般来说撑竿跳高运动分为如下阶段：

助跑、撑竿起跳、越过横竿．

（1）教练员针对训练录像纠正运动员的错误时，能否将运动员看成质点？

提示：

纠正错误动作时不能忽略运动员的姿势及动作，也就是说不能忽略运动员的形状和大小，不能将其看成质点.

（2）分析运动员的助跑距离时，能否将其看成质点？

提示：

分析助跑距离时，可以忽略运动员的姿势及动作，此时姿势和动作对研究问题的影响可以忽略，能将其看成质点．

（3）测量其所跳高度（判定其是否打破世界纪录）时，能否将其看成质点？

提示：

测量其所跳高度时，可以忽略运动员的姿势及动作，能将其看成质点．

1．质点的特点

（1）质点不同于几何“点”：

质点是用来代替物体的有质量的点，其特点是只有质量，没有大小、体积、形状，它与几何“点”有本质的区别．

（2）质点是一种“物理模型”．

①物理模型是在物理研究中，突出问题的主要方面，忽略次要因素而建立的理想化模型，是物理学经常采用的一种科学研究方法，质点就是典型的物理模型之一．

②物理模型作为一种理想模型，是为了研究问题方便而对实际问题的科学抽象，实际中并不存在．

2．实际物体视为质点的常见情况

（1）物体能否看成质点不能只看其大小：

很小的物体不一定能被看成质点，很大的物体也可能被看成质点．

（2）对于同一物体，能否将其看成质点要视研究的问题而定．

　关于质点，以下说法正确的是（　　）

A．质点就是很小的物体，如液滴、花粉颗粒、尘埃等

B．体积很大的物体一定不能看作质点

C．一山路转弯处较狭窄，司机下车实地勘察，判断汽车是否能安全通过，此时在司机看来，汽车是一个质点

D．描绘航空母舰在海洋中的运动轨迹时，航空母舰可看作质点

[解析]　当物体的形状、大小对所研究的问题没有影响时，我们就可以把它看成质点，与体积大小无关，体积很大的物体也能看成质点，比如地球的公转，故A、B错误；判断汽车是否能安全通过时，汽车的大小不能忽略，不能看成质点，故C错误；描绘航空母舰在海洋中的运动轨迹时，航空母舰的大小和形状可以忽略，可以看成质点，故D正确.

[答案]　D

[方法技巧]

“三步”判断物体能否看作质点

（1）确定问题的性质，即研究的目的、观察的重点是什么．

（2）假设物体的形状、大小可以忽略，将其看作一个有质量的“点”．

（3）思考所要研究的问题或进行的观察是否受影响．若受影响，物体不能被看作质点；若不受影响，物体能被看作质点．

1．在考察下列运动员的比赛成绩时，可将运动员看作质点的是（　　）

解析：

马拉松赛跑研究的是运动员跑完全程的时间，与运动员的形状和大小无关；跳水、击剑、体操比赛时，要看运动员的肢体动作，所以不能看作质点．

答案：

A

要点二　对参考系的理解及应用

　2018年12月10日一早，由中宣部对外新闻局组织的23家媒体共39名中外记者集体乘坐G111次复兴号列车，体验了解中国高铁发展成就，如图所示，火车上的乘客正在平稳的火车里聊天．

（1）在火车站上的人来看，他们随火车以很大的速度快速运动，那火车上的正在面对面交流的乘客能感到自己在高速运动吗？

提示：

他们在和自己的同伴面对面聊天时，感觉自己都是不动的．

（2）他们若观察窗外的景色，能感到自己在高速运动吗？

提示：

他们观察窗外的景色，能感觉自己在飞速地行驶．

（3）那火车上的乘客为什么会有这两种不同的感觉呢？

提示：

乘客在和同伴聊天时感觉自己是静止的，是相对于自己的同伴来说是静止的．乘客在观察窗外的景色时感觉自己在高速行驶，是相对于外面的建筑物来说自己是运动的．

1．选择参考系的意义

要描述一个物体的运动，必须首先选取参考系，只有选取参考系后，才能研究物体做怎样的运动．

2．选取参考系的方法

研究物体的运动时，参考系是可以任意选取的，但一般根据研究问题的方便性来选取．在研究地面上物体的运动时，常选地面或相对于地面静止的物体作为参考系．

3．参考系的四性

任意性

参考系可以任意选取，任何物体都可以作为参考系

标准性

用来作参考系的物体都是假定不动的，被研究的物体是运动还是静止，都是相对于参考系而言的

差异性

选择不同的参考系，同一运动的观察结果可能不同

统一性

比较不同物体的运动时，应该选择同一参考系

（1）具体问题的分析中，选择合适的物体作为参考系，可使问题的分析变得简单．

（2）解题过程中，如果选地面作为参考系时可以不指明，但选其他物体作为参考系时必须指明．

　（多选）下列关于运动的描述中，叙述正确的是（　　）

A．诗句“卧看满天云不动，不知云与我俱东”中“云与我俱东”是以船为参考系的

B．“明月松间照，清泉石上流”，是以山石为参考系的

C．“太阳东升西落”，是以太阳为参考系的

D．升国旗时，观察到国旗冉冉升起，是以旗杆为参考系的

[解析]　选项A中的研究对象是“云与我”，是以两岸为参考系的，该选项错误；选项B中的研究对象是“泉水”，是以山石为参考系的，该选项正确；选项C中的研究对象是“太阳”，是以地球为参考系的，该选项错误；选项D中的研究对象是“国旗”，是以地面或旗杆为参考系的，该选项正确．

[答案]　BD

[方法技巧]

选取参考系的两种方法

（1）静物法：

明确观察到的现象中，什么物体是运动的，什么物体是静止的，静止的物体可能就是参考系．

（2）假设法：

假设以某物体为参考系，看对物体运动的描述是否与观察到的结果一致．若一致，该物体可能就是参考系．

2．宋代诗人陈与义乘着小船在风和日丽的春日出游曾写下了一首诗，其中的两句是“卧看满天云不动，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（　　）

A．岸和船　　　　B．船和岸

C．都是岸D．都是船

解析：

“卧看满天云不动”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

要点三　时刻和时间间隔的区别与联系

　我国在2003年10月成功地进行了首次载人航天飞行.10月15日09时0分，“神舟”五号飞船点火，经9小时40分50秒至15日18时40分50秒，我国宇航员杨利伟在太空中展示中国国旗和联合国国旗，再经11小时42分10秒至16日06时23分，飞船在内蒙古中部地区成功着陆．

（1）这几个时间表示的意义相同吗？

提示：

不相同，10月15日09时0分对应飞船点火的时间点，15日18时40分50秒对应展示国旗的时间点，16日06时23分对应飞船着陆的时间点，以上时间对应的都是一个点，指某一瞬时，是时刻；9小时40分50秒指从点火到展示国旗所用的时间，11小时42分10秒指从展示国旗到着陆所用的时间，对应的都是某一段时间，是时间间隔．

（2）在表示时间的数轴上，时刻怎么表示，时间间隔呢？

提示：

在数轴上用点表示时刻，用线段表示时间间隔．

1．区别与联系

时刻

时间间隔

对应运动描述量

位置

过程

用时间轴表示

用时间轴上的点表示

用时间轴上的线段表示

描述关键词

“第1s末”“第3s初”“第3s末”等

“第1s”“前2s”“前3s内”等

联系

两个时刻的间隔即为一段时间间隔，时间间隔是一系列连续时刻的积累过程．时间间隔能展示运动的一个过程，好比一段录像；时刻可以显示运动的一瞬间，好比一张照片

2.在时间轴上的标示

各时间间隔与时刻如图所示：

在日常生活中所说的“时间”，其含义不尽相同，有时是指时刻，有时是指时间间隔，要根据上下文认清它的含义．在物理学中，“时间”的含义就是时间间隔．

　以下的计时数据指时间的是（　　）

A．北京时间2018年12月24日3时32分日喀则市谢通门县发生5.8级地震，这里的“3时32分”

B．某同学百米赛跑时在14s末冲过终点线

C．期中物理考试时间为90min

D．开往上海的动车于07：

42从济南站发车

[解析]　3时32分是指某一瞬间，不是时间，是时刻，故A错误；在14s末指一个瞬间，是时刻，不是时间，故B错误；期中物理考试时间为90min,90min是指时间，是指开场与结束的时间间隔，故C正确；07：

42是时刻，是指一个瞬间，故D错误．

[答案]　C

[规律总结]

区别时刻和时间间隔的关键要点

（1）在时间轴上，时刻对应一点，时间间隔对应一段线段．

（2）在描述物体运动时，时刻对应物体的某一位置，时间间隔对应一段运动过程．

3．（多选）关于时间和时刻，下列说法正确的是（　　）

A．时间很长，时刻很短

B．第2s内和前2s都是指一段时间

C．时间就是时刻，时刻就是时间

D．“北京时间12点整”指的是时刻

解析：

时间指一过程，时刻指某一瞬间，A错；第2s内和前2s都指时间，B对；时间和时刻的意义不同，C错；12点整指的是时刻，D对．

答案：

BD

科学思维——质点模型的建立方法

1．物理学中的理想化模型

（