2021 第1章 1质点 参考系.docx

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2021第1章1质点参考系

1．质点　参考系

学习目标

核心素养

1.知道什么是质点，知道质点是一种理想化模型，初步体会物理模型在探索自然规律中的作用。

（重点）

2.理解把物体看成质点的条件。

（难点）

3.知道什么是参考系，知道在不同的参考系中对同一运动的描述可能是不同的。

（重点）

1.物理观念：

质点、参考系。

2.科学思维：

体会建构物理模型的思维方式。

3.科学探究：

探究质点模型、参考系的确定原则。

4.科学态度与责任：

认识物理模型在探索自然规律中的作用，培养学生热爱自然，勇于探索的精神。

阅读本节教材，回答第11页“问题”并梳理必要知识点：

教材第11页问题提示：

描述物体的运动，首先要选择参考系，从不同的角度研究物体的运动时，其大小和形状有时可以忽略。

一、物体和质点

1．质点的定义：

忽略物体的大小和形状，把物体简化为一个具有质量的点，这样的点称为质点。

2．把物体看作质点的条件：

物体的大小和形状对研究问题的影响可以忽略。

3．理想化模型：

在物理学中，突出问题的主要因素，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，是经常采用的一种科学研究方法．质点就是一种理想化模型。

注意：

在高中物理中，我们主要研究那些能够简化为质点的物体的运动，所以常常不区分“物体”和“质点”两个词。

二、参考系

1．定义：

在描述一个物体的运动时，首先要选定某个其他物体作为参考，这种用来作为参考的物体叫作参考系。

2．参考系的选取

（1）参考系的选取是任意的，但选取的参考系不同，结论往往不同，通常选地面为参考系。

（2）参考系既可以是静止的物体，也可以是运动的物体。

注意：

物体被选作参考系后，就认为该物体是静止的。

1．思考判断（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）马拉松　　　

（2）跳水　　　　　（3）击剑

（1）在马拉松比赛中研究运动时间时运动员可以视为质点。

（　　）

（2）裁判给跳水运动员打分时运动员可视为质点。

（　　）

（3）击剑比赛、体操比赛中运动员可视为质点。

（　　）

（4）一个物体的运动情况与参考系的选择无关。

（　　）

[答案]　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×

2．Science刊登的一篇报道表明，研究人员发现在蚂蚁体内似乎存在一种“计步器”，将蚂蚁腿加长后，蚂蚁会“过家门而不入”，而“截肢”后的蚂蚁还没有到家就开始寻找巢穴，下列说法正确的是（　　）

A．蚂蚁很小，一定可以看成质点

B．研究蚂蚁走过的轨迹，可以把蚂蚁看成质点

C．研究蚂蚁的走路姿态，可以把蚂蚁看成质点

D．小蚂蚁可以看成质点，大蚂蚁不能看成质点

B　[研究蚂蚁的走路姿态时，不能把蚂蚁看作质点，故A、C错误；研究蚂蚁走过的轨迹，不考虑蚂蚁的形状，可以把蚂蚁看成质点，故B正确；能否看作质点，与蚂蚁的大小无关，只取决于蚂蚁的大小和形状对研究内容是否有影响，故D错误。

]

3．（多选）下列关于参考系和物体的运动的说法正确的是（　　）

A．我们说“旭日东升，日落西山”选取的参考系是地球

B．诗句“惟有长江水，无语东流”选取的参考系是长江水

C．“抬头望明月，月在云中行”选取的参考系是云

D．诗句“轻舟已过万重山”选取的参考系是万重山

ACD　[我们说“旭日东升，日落西山”选取的参考系是地球，选项A正确；诗句“惟有长江水，无语东流”选取的参考系是地面，选项B错误；“抬头望明月，月在云中行”选取的参考系是云，选项C正确；诗句“轻舟已过万重山”选取的参考系是万重山，选项D正确。

]

物体和质点

（教师用书独具）教材第12页“思考讨论”答案提示：

（1）“香蕉球”沿弧线运动的同时还是旋转的，踢球时要偏离中心部位，球的大小和形状不能忽略，不能把足球看作质点。

（2）研究足球从离脚到射进球门运动的轨迹时，可以忽略其大小和形状，把足球看作质点。

近些年风靡全国的广场舞是一项男女老少皆宜的运动项目，当我们盯住一个人的舞蹈动作进行模仿学习时能把舞蹈者简化成一个点吗？

当我们在广场上方观察人们的队形进行航拍时，能把舞蹈者简化成一个点吗？

提示：

不能　能

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，突出问题的主要因素，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

[名师点睛]　一个物体能否视为质点，是由研究问题的性质决定的，例如跳水比赛时，如果仅记录空中的运动时间，可将运动员视为质点，如果观察其动作是否规范，则不能视为质点。

【例1】　观察题中所示四幅图，对图中各运动物体的描述正确的是（　　）

A．图①中研究投出的篮球运动路径时不能将篮球看成质点

B．图②中观众欣赏体操表演时不能将运动员看成质点

C．图③中研究地球绕太阳公转时不能将地球看成质点

D．图④中研究子弹射穿苹果的时间时可将子弹看成质点

B　[研究投出的篮球运动路径的时候，可以将篮球看成质点，故A错误；观众欣赏体操表演时，不可以把运动员看成质点，否则无法欣赏动作，故B正确；研究地球绕太阳公转时，可以忽略地球的大小，可以看作质点，故C错误；研究子弹穿过苹果的时间时，子弹的大小不能忽略，不能把子弹看作质点，故D错误；故选B。

]

假设法判断物体能否当作质点

（1）确定问题的性质，即研究目的、观察的重点是什么。

（2）假设物体的形状、大小被忽略，成了一个有质量的“点”。

（3）思考所要研究的问题，所进行的观察是否受影响。

若受影响，物体不能被当作质点；若不受影响，物体就能被当作质点。

1．下列几种情况下的物体，可将物体当作质点来处理的有（　　）

A．研究正在吊起货物的起重机的运动时

B．研究正在旋转的硬币的运动时

C．研究太空中宇宙飞船的位置时

D．研究门的运动时

C　[选项A、B、D中的研究对象的大小、形状被忽略后，起重机、硬币、门的运动将无法研究，故选项A、B、D中的研究对象不能被当作质点；C选项中宇宙飞船的大小、形状被忽略后，对于确定宇宙飞船的位置无影响，故选项C中的宇宙飞船可以被当作质点。

]

参考系

下雨天，地面观察者看到雨滴竖直下落，坐在匀速行驶的车厢里的乘客看到的雨滴却是斜向后方的（如图所示）。

原因为何？

请谈谈你的看法。

提示：

这是因为选取的参考系不同，以地面为参考系时，看到雨滴是竖直下落的；以匀速行驶的车厢为参考系时，看到的雨滴是斜向后方运动的。

1．选取参考系的意义

要描述一个物体的运动，首先必须选好参考系，只有选定参考系后，才能确定物体的位置、研究物体的运动。

2．参考系的选取原则

（1）参考系的选取是任意的。

在实际问题中，参考系的选择应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为基本原则。

（2）研究地面上物体的运动时，一般情况下选择地面或地面上静止不动的物体为参考系，此时参考系可以省略不写。

（3）要比较不同物体的运动情况时，必须选择同一个参考系。

3．参考系的四性

[名师点睛]　运动与静止的理解

【例2】　我国是掌握空中加油技术的少数国家之一，如图是我国自行研制的第三代战斗机“歼10”在空中加油的情景，以下列哪个物体为参考系，可以认为加油机是运动的（　　）

A．“歼10”战斗机

B．地面上的房屋

C．加油机中的飞行员

D．“歼10”战斗机里的飞行员

[思路点拨]　解答本题可从以下两个角度思考：

（1）相对于参考系位置变化的物体是运动的，位置不变的物体是静止的；

（2）本题研究的是加油机的运动情况，关键看它与所选参考系的位置是否变化，据此对各个选项逐一进行分析即可作出选择。

B　[加油机相对于“歼10”战斗机的位置不变，以“歼10”战斗机为参考系，加油机是静止的，故A不符合题意；加油机相对于地面上的房屋位置在不断变化，以地面上的房屋为参考系，加油机是运动的，故B符合题意；加油机相对于加油机中的飞行员位置不变，以加油机中的飞行员为参考系，加油机是静止的，故C不符合题意；以“歼10”战斗机里的飞行员为参考系，加油机相对于“歼10”战斗机里的飞行员位置不变，加油机是静止的，故D不符合题意。

]

判定参考系的两种方法

（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．（参考系的选取与应用）下列有关运动的描述中，参考系的选取符合描述的是（　　）

A．“地球的公转”是以“地球”为参考系的

B．“太阳东升西落”是以“太阳”为参考系的

C．“一江春水向东流”是以“春水”为参考系的

D．升国旗时，观察到国旗冉冉升起，观察者是以“地面”为参考系的

D　[研究“地球的公转”，是以“太阳”为参考系的，A错误；“太阳的东升西落”，是以“地球”为参考系的，B错误；“一江春水向东流”是以“河岸”为参考系的，C错误；升国旗时，观察到国旗冉冉升起，观察者是以“地面”为参考系的，D正确。

]

3．（运动的相对性）（多选）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，丙看到乙匀速下降．那么，从地面上看，甲、乙、丙三人的运动情况可能是（　　）

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乙

D．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速下降，且v丙

ABD　[甲看到楼房匀速上升，说明甲相对于地面匀速下降。

乙看到甲匀速上升，说明乙匀速下降，且v乙>v甲。

丙看到乙匀速下降，丙可能停在空中，也可能向上匀速运动，或者是丙也匀速下降，只不过速度小于乙的速度，故A、B、D正确。

]

1．（多选）如图所示为正在航拍的四旋翼无人飞机。

下列过程中不能将无人飞机看作质点的是（　　）

A．调节飞机旋翼的转速

B．调整飞机在空中的姿态

C．观察飞机在空中的位置

D．调整飞机上摄像机镜头的方向

ABD　[调节飞机旋翼的转速时，飞机旋翼的大小和形状不能忽略不计，不能看作质点；调整飞机在空中的姿态，飞机各部分运动不同，不可以将飞机看作质点；观察飞机在空中的位置，飞机的大小可以忽略；调整飞机上摄像机镜头的方向时，飞机的大小不能忽略。

故选A、B、D。

]

2．公路上一辆卡车紧急刹车，由于惯性，卡车上的货物相对车厢向前滑行了x＝15mm，为了测出这个距离x，我们选择的最合理的参考系应该是（　　）

A．树木　　　　　　　B．行人

C．卡车D．公路

C　[据题意，参考系是指为了研究问题的方便选来作为标准的物体。

由于货物相对车厢向前滑行了15mm，这是货物相对车厢的运动，为了测量出这个距离，选择最理想的参考系是卡车，这样方便测量，也是最合理的选择。

]

3．“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间实验室自动交会对接成功，如图所示。

这标志着我国向建成空间站的目标又往前迈进了一大步，并为最终实现在2022年前后完成载人空间站的全部建设奠定了基础。

根据以上信息，下列说法正确的是（　　）

A．“神舟十一号”飞船与“天宫二号”实验室对接的过程，可将它们视为质点

B．对接成功后，以“天宫二号”为参考系，“神舟十一号”飞船是运动的

C．对接成功后，以地球为参考系，整个空间实验室是静止的

D．载人空间站建成后，研究空间站绕地球飞行的时间时，可将空间站视为质点

D　[在交会对接的过程中，对“神舟十一号”和“天宫二号”的姿态调整，涉及转动，所以不能将“神舟十一号”和“天宫二号”看成质点，故A错误；对接成功后，“神舟十一号”与“天宫二号”运动情况相同，是相对静止的，故B错误；对接成功后，以地球为参考系，整个空间实验室绕地球转动，相对地球是运动的，故C错误；研究空间站绕地球飞行的时间时，空间站的形状和大小可以忽略，可视为质点，故D正确。

]

4．如图所示，从沿水平直线匀速飞行的飞机上落下一个物体，地面上的人看到物体是沿曲线下落的，飞机上的人看到物体是沿直线竖直下落的。

关于上述观察结果所对应的参考系，下列说法正确的是（　　）

A．二者都以飞机为参考系

B．二者都以地面为参考系

C．地面上的人以飞机为参考系，飞机上的人以地面为参考系

D．地面上的人以地面为参考系，飞机上的人以飞机为参考系

D　[地面上的人看到物体是沿曲线下落的，是以地面为参考系的，飞机上的人看到物体是沿直线竖直下落的，是以飞机为参考系的，选项D正确。

]

5．情境：

“歼20”战机的使用寿命成功地突破了10000小时的大关，反超了美军F22战斗机的使用寿命。

问题：

（1）在“歼20”战机超强度训练飞行使用寿命成功突破10000小时的过程中，举例说明“歼20”看作质点与不能看作质点的情况。

（2）在多架“歼20”战机组成编队，保持队形进行飞行训练的过程中，其运动状态如何？

[解析]　

（1）如果研究“歼20”的飞行路径和最大作战半径，其大小和形状可以忽略，此时可以看作质点；如果研究其飞行姿态，则不能看作质点。

（2）以地面为参考系，“歼20”编队是运动的；以编队中任意一架“歼20”战机为参考系，其他战机是静止的。

[答案]　见解析