高中物理 第11节 质点 参考系和坐标系导学案 江苏版必修1.docx
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高中物理第11节质点参考系和坐标系导学案江苏版必修1
2019-2020年高中物理第1.1节质点参考系和坐标系导学案江苏版必修1
【学习要求】1．理解质点的概念。
2．知道参考系的概念及与运动的关系。
3.能正确分析和建立坐标系。
【学习重点】1．理解质点的概念
2．从参考系中明确地抽象出坐标系的概念
【学习难点】对物体能否看成质点的判断
【学习方法】自学、讨论、总结
【学习过程】
任务一：
自主学习
知识梳理
1.物体和质点
（1）机械运动（简称运动）：
物体与物体间或是物体的一部分和另一部分__________随时间发生改变的过程，是最基本、最简单、最普遍的运动形式。
（2）质点：
用来代替物体的_____________________。
2.参考系
（1）参考系：
在描述一个物体的运动时，选来作为_______的另外的物体.
（2）描述一个物体的运动时，参考系可以任意选择，但是，选择不同的参考系来观察同一物体的运动其结果会___________。
3.坐标系
位置就是质点在某时刻所在的空间的一点。
物体做机械运动时，其______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________。
坐标系是在参考系的基础上抽象出来的概念，是抽象化的参考系。
任务二：
对质点的理解
学生讨论：
（１）是不是只有很小的物体才能看作质点？
（２）地球的自转和转动的车轮能否被看作质点？
（３）物理中的“质点”和几何中的点有什么相同和不同之处？
将物体看成质点的条件是
【例1】在下列物体的运动中，可视作质点的物体有：
……………（）
A.从北京开往广州的一列火车B.研究转动的汽车轮胎
C.研究绕地球运动时的航天飞机D.表演精彩芭蕾舞演员
E.参加百米跑竞赛的运动员F.在推力的作用下，沿水平面运动的箱子
任务三：
对参考系的理解
1．参考系的选取可以是任意的。
2．思考课本10页图1.1-4中的问题，为什么会出现两种不同的回答？
３．选择不同的参考系来观察同一个物体的运动，结果往往是不同的。
如行驶的汽车，若以路旁的树为参考系，车是 的，若以车中的人为参考系，则车就是 的。
学生讨论：
１.小小竹排江中游，巍巍青山两岸走
２.月亮在莲花般的云朵里穿行
３.坐地日行八万里，巡天遥看一千河
在上述三个例子中，各个物体的运动分别是以什么物体为参考系的？
【例2】甲、乙、丙三架观光电梯，甲中乘客看一高楼在向下运动，乙中乘客看甲在向下运动。
丙中乘客看甲、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
任务四：
怎样定量地描述物体的位置及位置的变化？
描述物体在一条直线上运动，即物体做一维运动时，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。
如图汽车沿X轴做直线运动，从B点运动到A点，由图判断A点坐标、B点坐标和走过的路程。
【例3】为了确定平面上物体的位置，我们建立以平面直角坐标系如图所示．以O点为坐标原点，沿东西方向为x轴，向东为正；沿南北方向为y轴，向北为正．图中A点的坐标如何表示?
其含义是什么?
【当堂检测】
1.在研究下列问题时．可以把汽车看作质点的是（）
A.研究汽车通过某一路标所用的时间 B.研究人在汽车上所处的位置
C.研究汽车在斜坡上有无翻车的危险 D.计算汽车从上海开往南京的时间
2.关于参考系的选取，下列说法正确的是（）
A.参考系必须选取静止不动的物体B.参考系必须是和地面联系在一起的
C.在空中运动的物体不能作为参考系D.任何物体都可以作为参考系
3.某校高一的新同学分别乘两辆汽车去市公园游玩。
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
【课后作业】
【课后反思】
2019-2020年高中物理第10章热力学定律限时检测新人教版选修3-3
一、选择题（共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分）
1．（上海理工大学附中xx～xx学年高二下学期期中）下列说法中正确的是（ ）
A．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，因此做功与热传递是没有区别的
B．虽然做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但我们还是可以通过分析改变前后的物体的内能，来区别是做功还是热传递改变内能的
C．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，表明要使物体的内能发生变化，既可以通过做功来实现，也可以通过热传递来实现
D．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，说明人在出汗散热时，还可以通过对外做功来代替出汗改变内能
答案：
C
解析：
做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但做功是能量的转化，热传递是能量的转移，故A错误；虽然做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但不可以通过分析改变前后的物体的内能，来区别是做功还是热传递改变内能的，故B错误；做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，表明要使物体的内能发生变化，既可以通过做功来实现，也可以通过热传递来实现，故C正确。
做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但是在人出汗散热时，不可以通过对外做功来代替出汗改变内能，故D错误。
2．如图是压力保温瓶的结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。
假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压a的过程中，瓶内气体（ ）
A．内能增大B．体积增大
C．压强不变D．温度不变
答案：
A
解析：
向下压a的过程中，外界对气体做功，瓶内气体内能增大，选项A正确。
向下压a的过程中，瓶内气体体积减小，压强增大，温度升高，选项B、C、D错误。
3.
热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一是：
不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其他变化；其二是：
不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。
第一种表述方式可以用如右图示意图来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为下列示意图中正确的是（ ）
答案：
B
解析：
第二种表述的意思是：
热机吸收热量，对外做功，同时把热量传给低温物体。
4．如图所示，有一导热性良好的气缸放在水平面上，活塞与气缸壁间的摩擦不计，气缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体，忽略气体分子间的相互作用（即分子势能视为零），忽略环境温度的变化，现缓慢推倒气缸，在此过程中（ ）
A．气体吸收热量，内能不变
B．气缸内分子的平均动能增大
C．单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多
D．气缸内分子撞击气缸壁的平均作用力增大
答案：
A
解析：
由题图可知，该过程气体对外做功，由于忽略环境温度变化，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体吸收热量。
内能不变。
A正确。
5．下面提供了科技发展的四则信息。
①低温技术已有重大突破，1933年低温已达0.25K,1957年达到了2×10－5K,1995年通过一系列巧妙的方法已达到1×10－8K。
随着低温技术的出现和发展，科学家一定能把热力学温度降到绝对零度以下；
②随着火箭技术的发展，人类一定能够在地球上任意位置的上空发射一颗同步卫星；
③一个国际科研小组正在研制某种使光速大大降低的介质，这些科学家希望在不久的将来能使光的速度降到每小时40m左右，慢到几乎与乌龟爬行的速度相仿；
④由于太阳的照射，海洋表面的温度可达30℃左右，而海洋深处的温度要低得多，在水深600～1000m的地方，水温约4℃，因此人们正在研制一种抗腐蚀的热交换器，利用海水温差发电，并取得了成功。
请辨别、判断以上信息中正确的是（ ）
A．①②B．②④
C．①③D．③④
答案：
D
解析：
四则信息均为与当今科技发展前沿相关的信息，但①项违背了热力学第二定律，即绝对零度不可达到；②项中同步卫星只能定点在赤道正上方；③项中光速与介质有关，光在不同介质中传播速度不相同；④项中叙述符合能量守恒定律而不违背其他物理原理。
6．如图，一绝热容器被隔板K隔开成a，b两部分。
已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。
抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。
在此过程中（ ）
A．气体对外界做功，内能减少
B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度降低
D．气体压强不变，温度不变
答案：
B
解析：
因b内为真空，抽开隔板K后，a内气体对外界不做功，由ΔU＝W＋Q知内能不变，故选项A错误。
选项B正确。
稀薄气体可看作理想气体，其内能只与温度有关，气体的内能不变，温度也不变，由p1V1＝p1V2和V1p2，即气体压强变小，故选项C、D错误。
7．据××报报道：
天津一小男孩睡觉时，将压在臀部下面的打火机焐炸，丁烷气体外泄，致使屁股局部速冻成伤。
请你运用学过的热学知识判断下列说法正确的是（ ）
A．焐炸是因为打火机内丁烷液体变热汽化，体积增加，压强增大而爆炸
B．焐炸的过程符合热力学第一定律
C．××报关于局部速冻成伤的报道不符合科学道理
D．爆炸后，丁烷外泄并迅速汽化吸热，由于吸热速度快而使屁股局部速冻成伤
答案：
ABD
解析：
丁烷液体变热汽化，体积增加，压强增大而爆炸，由于吸热速度快而使屁股局部速冻成伤。
8.导热气缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止，现在把沙桶底部钻一个小洞，细沙慢慢漏出，并缓慢降低气缸外部环境温度，则（ ）
A．气体压强增大，内能可能不变
B．外界对气体做功，气体温度降低
C．气体体积减小，压强增大，内能一定减小
D．外界对气体做功，气体内能一定增加
答案：
BC
解析：
由平衡条件知活塞受到的沙桶拉力减小，其他力如活塞重力、大气压力不变，则气体压强增大、体积减小，外界对气体做功，由于环境温度缓慢降低，则气体内能减少，由ΔU＝W＋Q知Q<0，即向外放热。
9．如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B、等容过程B→C、等温过程C→A又回到了状态A，则（ ）
A．A→B过程气体降温
B．B→C过程气体内能增加，可能外界对气体做了功
C．C→A过程气体放热
D．全部过程气体做功为零
答案：
AC
解析：
A→B过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，其对应的内能必定减小，即气体温度降低，选项A正确；B→C过程气体等容升压，由p/T＝C（常量）可知，气体温度升高，其对应内能增加，因做功W＝0，选项B错；C→A过程气体等温压缩，故内能变化为零，但外界对气体做功，因此该过程中气体放热，选项C正确；A→B过程气体对外做功，其数值等于AB线与横轴包围的面积。
B→C过程气体不做功。
C→A过程外界对气体做功，其数值等于CA线与横轴包围的面积，显然全过程对气体做的净功为ABC封闭曲线包围的面积，选项D不正确。
10．（济南市xx～xx学年部分高中高二联考）下列四幅图的有关说法中正确的是（ ）
A．分子间距离为r0时，分子间不存在引力和斥力
B．水面上的单分子油膜，在测量油膜直径d大小时可把分子当做球形处理
C．食盐晶体中的钠离子、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性
D．猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，气体对外界做正功
答案：
BC
解析：
分子间同时存在引力和斥力，分子间距离为r0时，分子力的合力为零，故A错误；从B图可以看出，水面上的单分子油膜，在测量油膜直径d大小时可把分子当做球形处理，故B正确；从C图可以看出，食盐晶体中的钠离子、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，故C正确；猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，外界对气体做正功，故D错误。
第Ⅱ卷（非选择题 共60分）
二、填空题（共3小题，共18分。
把答案直接填在横线上）
11．（5分）某同学做了如图所示的探究性实验，U形管左管口套有一小气球，管内装有水银，当在右管内再注入一些水银时，气球将鼓得更大。
假设封闭气体与外界绝热，则在注入水银时，封闭气体的体积________________，压强________________，温度________________，内能________________。
（均选填“增大”“减小”“升高”“降低”或“不变”）
答案：
减小 增大 升高 增大
解析：
注入水银，封闭气体的压强变大，水银对气体做功，气体体积减小，由于封闭气体与外界绝热，所以温度升高，内能增大。
12．（6分）根据制冷机的工作原理，试分析每个工作过程中工作物质的内能改变情况和引起改变的物理过程：
（1）工作物质的内能________________，是________________的过程；
（2）工作物质的内能________________，是________________的过程；
（3）工作物质的内能________________，是________________的过程。
答案：
（1）增加 做功
（2）减小 放热 （3）增加 吸热
解析：
在
（1）中，压缩气体，对气体做功，内能增加；在②中，气体液化要放出热量，内能减小；在（3）中，是工作物质的汽化过程，要吸收热量，内能增加。
13．（7分）开发利用太阳能，将会满足人类长期对大量能源的需求。
太阳能的光热转换是目前技术最为成熟、应用最广泛的形式。
太阳能热水器的构造示意图如图所示，下方是象日光灯管似的集热管，由导热性能良好的材料制成，在黑色管的下方是一块光亮的铝合金反光板，做成凹凸一定的曲面。
（1）说明太阳能热水器哪些结构与其功能相适应，水箱为何安装在顶部而非下部？
答：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
（2）下图中A是集热器，B是储水容器，在阳光直射下水将沿________________时针方向流动，这是因为______________________________。
C是辅助加热器，其作用是______________________________。
请在下图中适当位置安上进水阀门和出水阀门，并说明选择位置的理由。
答案：
（1）日光灯管似的集热管面积较大，便于吸收较多的太阳能；外有透明玻璃管，内有黑色管子，使阳光能直射入玻璃管而不易被反射；在黑色管和外面透明管间有空隙，并抽成真空，减少两管间因空气对流引起的热损失，减少热传导；集热管的下方是一块光亮的铝合金板子，做成凹凸一定的曲面，使周围及穿过管隙的阳光尽量聚焦在水管内，水箱安装在顶部而非下部，便于水的对流。
（2）顺；集热器中的水被太阳光晒热后密度变小，沿管向右上方运动；在阴天用电加热的方式使水温升高；在封闭的环形管道的左下方安上进水阀门，在贮水容器下方竖直管道上安出水阀门，可使热水流出，冷水得以补充。
三、论述·计算题（共4小题，42分。
解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
14．（10分）如图所示为焦耳测定热功当量的实验装置，若重物P、P′的质量共为m＝26.320kg，每次下落的高度均为h＝160.5cm，共下落n＝20次，量热器及其中的水和其他物体的平均热容量为C＝6316cal/℃，实验中测得温度升高Δt＝0.31℃，试根据这些数据算出热功当量的值。
（热功当量J＝
）
答案：
4.23J/cal
解析：
重物下落n＝20次共做功
W＝nmgh
量热器中的水及容器等温度升高Δt需吸热Q＝CΔt
由热功当量的定义得
J＝
＝
＝
≈4.23J/cal。
15．（10分）
如图所示，为一气缸内封闭的一定质量的气体的p－V图线，当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时，有335J的热量传入系统，系统对外界做功126J，求：
（1）若沿a→d→b过程，系统对外做功42J，则有多少热量传入系统？
（2）若系统由状态b沿曲线过程返回状态a时，外界对系统做功84J，问系统是吸热还是放热？
热量传递是多少？
答案：
（1）251J
（2）放热 293J
解析：
（1）沿a→c→b过程
ΔU＝W＋Q＝（－126＋335）J＝209J。
沿a→d→b过程，
ΔU＝W′＋Q′，Q′＝ΔU－W′＝[209－（－42）]J＝251J，即有251J的热量传入系统。
（2）由b→a，ΔU′＝－209J。
ΔU′＝W″＋Q″＝84J＋Q″，
Q″＝（－209－84）J＝－293J。
负号说明系统放出热量。
16．（10分）如图所示，一导热汽缸放在水平地面上，其内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过定滑轮与一重物连接，并保持平衡，已知汽缸高度为h，开始时活塞在汽缸中央，初始温度为t摄氏度，活塞面积为S，大气压强为p0。
物体重力为G，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞上升Δx，封闭气体吸收了Q的热量。
（汽缸始终未离开地面）求：
（1）环境温度升高了多少度？
（2）气体的内能如何变化？
变化了多少？
答案：
（1）
（273＋t）K
（2）内能增加；ΔU＝Q－（p0S－G）Δx
解析：
（1）活塞缓慢移动，任意时刻都处于平衡状态，故气体做等压变化，由盖·吕萨克定律可知：
＝
得ΔT＝
（273＋t）K
（2）气体温度升高，内能增加。
设汽缸内压强为p，由平衡条件得：
pS＝p0S－G，
封闭气体对外做功W＝pSΔx＝（p0S－G）Δx，
由热力学第一定律得：
ΔU＝Q＋（－W）＝Q－（p0S－G）Δx。
17．（12分）一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0。
经过太阳曝晒，气体温度由T0＝300K升至T1＝350K。
（1）求此时气体的压强。
（2）保持T1＝350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0。
求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值。
判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因。
答案：
（1）
p0 （3）
吸热 原因见解析
解析：
（1）由题意知，气体体积不变，由查理定律得
＝
所以此时气体的压强p1＝
p0＝
p0＝
p0
（2）抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为V2，由玻意耳定律可得p1V0＝p0V2
可得V2＝
＝
V0
所以集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值为
＝
因为抽气过程中剩余气体温度不变，故内能不变，而剩余气体的体积膨胀对外做功。
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体一定从外界吸收热量。
点评：
考查气体的实验定律应用及热力学第一定律，求解时应灵活处理变质量气体问题。
本题中如果只选集热器内气体，则属于变质量问题，但如果把抽出的气体全部包括，则属于定量气体问题，应用气体实验定律处理会很方便。
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