新教材新鲁科版高中物理必修第一册讲义第1章 第1节 空间和时间.docx

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新教材新鲁科版高中物理必修第一册讲义第1章第1节空间和时间

第1节　空间和时间

学习目标

核心素养形成脉络

1.知道什么是机械运动，知道机械运动是物体运动的一种基本形式．

2．知道什么是参考系，在描述物体的运动时能恰当选择参考系．

3．会用坐标系描述物体的空间位置．

4．理解时间和时刻的含义，能正确地区分时间和时刻.

一、机械运动

1．机械运动

（1）定义：

一个物体相对其他物体的位置随时间的变化，简称运动．

（2）运动和静止：

静止是相对的，运动是绝对的，说某一个物体如何运动是相对于假定不动的物体而言的．

2．参考系

（1）定义：

用来描述物体运动的参照物．

（2）特点：

在描述物体的运动时，参照物被假定为不动．

（3）意义：

能准确而方便地描述物体的运动．

二、空间位置的描述

1．位置的描述方法：

在物理学中，用建立坐标系来描述物体的位置．

2．坐标系的建立：

为了定量地描述物体的位置，需要在参考系上建立适当的坐标系．

（1）对于一个在一条直线上运动的物体，我们可以建立一个一维坐标系来描述其位置．

（2）对于一个在平面上运动的物体，可以建立一个二维直角坐标系来描述其在平面上的位置．

三、时间的描述

1．时刻是指某一瞬时，时间是指两个时刻之间的间隔，通常用t表示．

2．在表示时间的数轴上，时刻用点来表示，时间用线段来表示．

3．在国际单位制中，表示时间和时刻的单位是秒，它的符号是s．

思维辨析

（1）车轮的转动不是机械运动．（　　）

（2）任何物体都可以被选为参考系．（　　）

（3）时间间隔是指较长的一段时间，时刻是指较短的一段时间．（　　）

（4）日常生活中所说的时间指的是时刻．（　　）

（5）2016年2月1日上午10时指的是时刻．（　　）

提示：

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）√

基础理解

（1）宋代诗人陈与义乘船东行，在去襄邑的途中写下了《襄邑道中》一诗，根据图中诗句回答以下问题：

①诗中“飞花”的参考系是________．

②诗中“云不动”的参考系是________．

③诗中“云与我俱东”的参考系是________．

（2）在如图所示的坐标系中，坐标的单位为km，已知A、B两村庄的位置坐标分别为（2，2）、（7，4），一辆汽车在x轴上行驶，从原点O出发．汽车行驶到离A村最近时，汽车的位置坐标为________；汽车行驶到离B村5km时，汽车的位置坐标为________________．

提示：

（1）①船　②船　③两岸

（2）（2，0）　（4，0）或（10，0）

　参考系的理解[学生用书P2]

问题导引

如图是体育摄影中“追拍法”的成功之作，摄影师眼中清晰的滑板运动员是静止的，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．请问：

（1）摄影师选择的参考系是什么物体？

（2）参考系必须选择静止的物体吗？

[要点提示]　

（1）滑板运动员．当运动员和摄影师运动情况相同时，以运动员为参考系，摄影师是静止的，故运动员的图片是清晰的，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，所以拍摄的背景是模糊的．故在“追拍法”中摄影师选择的参考系是运动员．

（2）不一定．参考系可以是静止的物体，也可以是运动的物体．

【核心深化】

1．参考系的“四性”

2．参考系的选取原则

从运动学的角度看，参考系的选取是任意的．但在实际问题中，参考系的选取应以方便观察和使运动的描述尽可能简单为基本原则．

例如：

研究火车上物体的运动情况，一般选火车为参考系；研究地面上物体的运动时，一般选地面为参考系；研究太阳系中行星的运动时，一般选太阳为参考系．

关键能力1　对参考系的理解

　（多选）下列关于参考系的说法中正确的是（　　）

A．研究任何物体的运动，都要选别的物体做参考系

B．研究某物体的运动时，必须选特定的物体做参考系，不能任意选取

C．参考系就是绝对不动的物体

D．一个物体相对于一个参考系是静止的，相对于另一个参考系不一定是静止的

[解析]　运动是相对的，一个物体是否运动，以及做何种运动，都是相对于别的物体来说的，因此，研究任何物体的运动，都要选取参考系，而且参考系可以任意选取．一个物体相对于不同的参考系，位置是否变化及如何变化，都可能不同．选项A、D正确．

[答案]　AD

关键能力2　参考系的应用

　（2019·济南外国语学校高一月考）如图所示，由于风，河岸上的旗帜向右飘，在河面上的两条船上的旗帜分别向右和向左飘，两条船的运动状态是（　　）

A．A船肯定是向左运动的

B．A船肯定是静止的

C．B船肯定是向右运动的

D．B船可能是静止的

[思路点拨]

（1）首先根据河岸上的旗帜飘向判断出风向．

（2）再根据船上的旗帜飘向判断出船的可能运动方向．

[解析]　由题图知河岸上的旗帜向右飘，说明风向向右，A船上的旗帜向右飘，所以A船可能相对河岸静止，也可能以任意速度向左运动，还有可能以比风速小的速度向右运动，A、B错误；B船上的旗帜向左飘，表明B船只能向右运动，且速度大于风速，C对，D错．

[答案]　C

判断参考系的两种方法

（1）静物法：

明确所观察的现象中，哪些物体是运动的，哪些物体是静止的，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．　

【达标练习】

1．火车停靠在站台上，车内乘客往往会发现这样的现象：

对面的火车缓缓启动了，等到站台出现，才知道对面的火车没有动，而是自己乘坐的火车开动了，则前、后两次乘客选取的参考系是（　　）

A．自己乘坐的火车，站台　B．两次都是对面火车

C．站台，对面火车D．两次都是站台

解析：

选A.火车停靠在站台上，乘客往往看到对面的火车缓缓启动了，是以自己乘坐的火车为参考系；等到站台出现，才知道对面的火车没有动，而是自己乘坐的火车开动了，是以站台为参考系，因此选项A正确，B、C、D错误．

2．（2019·太原高一检测）下列有关运动的描述中，关于参考系的判断正确的是（　　）

A．诗句“飞流直下三千尺”是以“飞流”为参考系的

B．“钱塘观潮时，观众只觉得潮水扑面而来”是以“潮水”为参考系的

C．“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”是以“万重山”为参考系的

D．升国旗时，观察到国旗冉冉升起，观察者是以“国旗”为参考系的

解析：

选C.选项A中的研究对象是“水”，流下三千尺，故是以地面为参考系，A选项错误；选项B中的研究对象是“潮水”，扑面而来，是以观察者为参考系，B选项错误；选项C中的研究对象是“轻舟”，已过“万重山”，是以“万重山”为参考系，C选项正确；选项D中的研究对象是“国旗”，是以地面或旗杆为参考系的，D选项错误．

　坐标系的理解及应用[学生用书P3]

问题导引

观察下列三幅图片

（1）描述苏炳添在百米比赛运动中的位置需要建立什么坐标系？

（2）描述滑冰场上花样滑冰运动员的位置需要建立什么坐标系？

（3）描述我国歼－20战机空中飞行的位置需要建立什么坐标系？

[要点提示]　

（1）直线坐标系

（2）平面直角坐标系

（3）空间直角坐标系

【核心深化】

1．建立坐标系的目的：

定量描述物体的位置及位置变化，便于更加确切地描述物体的运动．

2．三类常见坐标系的对比

目的

定量地描述物体的位置及位置的变化

分类

一维坐标系

适于物体在一条直线上运动的情形．图中物体在2m位置M处

二维坐标系

适于物体在平面上运动的情形．图中物体在（3，4）位置N处

分类

三维坐标系

适于物体在空间中运动的情形．图中物体在（3，4，2）位置P处

空间位置还可以用经度、纬度及海拔高度表示

说明

坐标原点相对于参考系是静止的

　以北京长安街为坐标轴x，向东为正方向，以天安门中心所对的长安街中心为坐标原点O，建立一维坐标系．一辆汽车最初在原点以西3km处，几分钟后行驶到原点以东2km处．

（1）这辆汽车最初位置和最终位置分别是________．

A．3km　2km　　　　　B．－3km　2km

C．3km　－2kmD．－3km　－2km

（2）如果将坐标原点向西移5km，则这辆汽车的最初位置和最终位置分别是________．

A．5km　7kmB．2km　5km

C．2km　7kmD．3km　5km

[思路点拨]

[解析]　

（1）坐标轴的正方向向东，则位置在原点以东为正，在原点以西为负，汽车最初在原点以西且距原点3km，所以最初位置是－3km，同理最终位置是2km，故选B.

（2）坐标原点向西移5km后，最初位置在原点的东方，距原点2km，最终位置还在原点以东，距离变为7km，故选C.

[答案]　

（1）B　

（2）C

（1）物体的位置坐标与坐标系原点的选取、坐标轴正方向的规定有关．同一位置，建立某种坐标系时所选的原点不同，或选定的正方向不同，物体的位置坐标不同．

（2）物体的位置变化与坐标系原点的选取、坐标轴正方向的规定无关．　

　一个小球从距地面4m高处落下，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、－1m　　　B．－2m、2m、1m

C．4m、0、1mD．－4m、0、－1m

解析：

选B.根据题意建立如图所示的坐标系，A点为抛出

点，坐标为－2m，B点为坐标原点，D点为落地点，坐标为2m，C点为接住点，坐标为1m，所以选项B正确．

　时间和时刻[学生用书P4]

问题导引

1．关于下列描述：

“上午8时上课、8时45分下课”“每节课45分钟”“第2s初”“第5s末”“第6s内”……以上说法中，哪些表示时刻？

哪些表示时间间隔？

2．如图所示，在时间轴上如何表示出“第2s初”“第5s末”“第6s内”“前2s内”？

[要点提示]　1.8时、8时45分、第2s初、第5s末是时刻.45分钟、第6s内是时间间隔．

2.

【核心深化】

1．时间、时刻的区别和联系

时间

时刻

区别

物理意义

时间是事物运动、发展、变化所经历的过程长短的量度

时刻是事物运动、发展、变化过程所经历的各个状态先后顺序的标志

时间轴上的表示方法

时间轴上的一段线段表示一段时间

时间轴上的点表示一个时刻

表述方法

“前3s内”“后3s内”“第1s内”“第1s末到第3s末”均指时间

“3s末”“第3s末”“第4s初”“八点半”等均指时刻

联系

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

2.在时间轴上的表示

关键能力1　时间、时刻的辨析

　（2019·临沂市高一检测）以下的计时数据指时间的是（　　）

A．2019年中央电视台“春节晚会”节目2月4日20：

00准时开播

B．2018年8月27日中国选手苏炳添在第18届亚运会男子100米决赛中以9秒92的成绩获得冠军

C．2019年1月3日上午10时26分，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面

D．中学生每天早8：

00开始上第一节课

[解析]　时刻在时间轴上用一个点表示，而时间在时间轴上用一段线段表示．也可以这样去理解：

看所描述的数据是否有始末之分，如B项中的9秒92是与100米这一过程相对应的，是时间．

[答案]　B

关键能力2　对时间轴的理解与应用

　（多选）关于时间和时刻，下列说法正确的是（　　）

A．物体在5s时指的是物体在5s末时，指的是时刻

B．物体在5s内指的是物体在4s末到5s末这1s的时间

C．物体在第5s内指的是物体在4s末到5s末这1s的时间

D．第4s末就是第5s初，指的是同一时刻

[思路点拨]画出时间轴，将选项中的数据放在时间轴上比较判断．

[解析]　画时间轴如图所示，5s时指的是5s末这一时刻，5s内指的是0～5s这一段时间，第5s内指的是4s末到5s末这1s的时间，前1s末和后1s初是同一时刻，故第4s末和第5s初是同一时刻．

[答案]　ACD

区分时刻和时间的方法

（1）利用上下文判断：

分析所给的说法，根据题意去体会．时刻指某一瞬间，对应某一位置，时间指两时刻之间的间隔．

（2）利用时间轴判断：

画出时间轴，把所给的时刻或时间标出来，时刻对应一个点，时间对应一条线段．　

【达标练习】

1．下列关于民间俗语中所说的时间，理解正确的是（　　）

A．表示做事得过且过说“做一天和尚，撞一天钟”，“一天”指时间间隔

B．形容做事没有持久性说“三分钟热度”，“三分钟”指时刻

C．形容事情不是一蹴而就时说“冰冻三尺非一日之寒”，“一日”指时刻

D．进行交通安全教育时说“宁停三分，不抢一秒”，“三分”和“一秒”均指时刻

解析：

选A.“做一天和尚，撞一天钟”中的“一天”指时间间隔，选项A正确；“三分钟热度”中的“三分钟”指持续的时间不长，表示的是一段时间，选项B错误；“冰冻三尺非一日之寒”中的“一日”指一段时间，选项C错误；“宁停三分，不抢一秒”中的“三分”和“一秒”指一段时间，选项D错误．

2．如图所示的时间轴上标出的t0是指（　　）

A．第4s初　　　　　　　　　B．第3s末

C．第3sD．前3s

解析：

选D.题图中所示的时间轴上标出的t0是指从零时刻算起长为3s的一段时间，即前3s.

[随堂检测][学生用书P5]

1．下列现象中不是机械运动的是（　　）

A．“天宫二号”绕地球运动

B．西昌卫星发射中心发射的运载火箭在上升过程中

C．钟表各指针的运动

D．蜡烛燃烧的过程

解析：

选D.选项A、B、C三种现象中都有物体位置的变化，所以是机械运动，选项D中蜡烛的位置没有变化，所以不是机械运动．

2．（2019·温州高一检测）明代诗人曾写下这样一首诗：

“空手把锄头，步行骑水牛；人在桥上走，桥流水不流”．其“桥流水不流”中的“桥流”应理解成其选择的参考系是（　　）

A．桥　　　　　　　　　B．水

C．人D．地面

解析：

选B.“桥流水不流”中的“桥流”选择的参考系是水，故选项B正确．

3．（多选）北京时间2018年1月7日7点30分，马拉松赛在厦门举行，埃塞俄比亚选手德吉那·德比拉以2小时11分29秒的成绩获男子组冠军．下列说法正确的是（　　）

A．1月7日7点30分表示时间间隔

B．2小时11分29秒表示时间间隔

C．1月7日7点30分表示时刻

D．2小时11分29秒表示时刻

解析：

选BC.A项表示时刻，D项表示时间间隔，故选项B、C正确．

4．热气球运动起源于18世纪的法国，随着球皮材料和致热燃料的普及，热气球已成为公众休闲观光和体育旅游项目．在一次观光游览中，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，关于甲、乙、丙的运动情况说法可能正确的是（　　）

A．甲、乙匀速下降，v乙

B．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速下降，且v丙>v甲

C．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速上升

D．以上说法均不对

解析：

选C.楼房和地面相当于同一参考系，所以，甲是匀速下降．乙看到甲匀速上升，说明乙也是匀速下降，且v乙>v甲．甲看到丙匀速上升，有三种可能：

丙静止，丙匀速上升，丙匀速下降且v丙

丙静止，丙匀速上升，丙匀速下降且v丙

5．（2019·山东寿光现代中学高一月考）甲物体以乙物体为参考系是静止的，甲物体以丙物体为参考系又是运动的．那么，以乙物体为参考系，丙物体的运动情况是（　　）

A．一定是静止的B．运动或静止都有可能

C．一定是运动的D．条件不足，无法判断

解析：

选C.由题，甲物体以乙物体为参考系是静止的，说明甲、乙状态相同．甲物体以丙物体为参考系是运动的，则乙物体以丙物体为参考系也是运动的，根据运动的相对性分析得知，以乙物体为参考系，丙物体一定是运动的．

[课时作业][学生用书P109（单独成册）]

一、单项选择题

1．在电视连续剧《西游记》中，常常有孙悟空“腾云驾雾”的镜头，这通常是采用“背景拍摄法”：

让“孙悟空”站在平台上，做着飞行的动作，在他的背后展现出蓝天和急速飘动的白云，同时加上烟雾效果；摄影师把人物的动作和飘动的白云及下面的烟雾等一起摄入镜头．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．镜头

解析：

选C.“背景拍摄法”实际是利用了相对运动的原理，拍摄时“孙悟空”不动，“白云”向后移动；而放映时，观众以“白云”为参考系，认为其“静止”，就会感觉到“孙悟空”在“腾云驾雾”，故C选项正确．

2．一只蜜蜂和一辆汽车在平直公路上以同样的速度并列运动．如果这只蜜蜂的眼睛紧盯着车轮边缘上某一点，那么它看到的这一点的运动轨迹应是下图中的（　　）

解析：

选A.蜜蜂、汽车车身向前具有相同的速度，它们是相对静止的，所以蜜蜂看不到轮子向前运动，只能看到轮子绕轮轴的转动，故选项A正确．

3．如图所示，飞行员跳伞后飞机上的其他飞行员（甲）和地面上的人（乙）观察跳伞飞行员的运动后，引发了对跳伞飞行员运动状况的争论，下列说法正确的是（　　）

A．甲、乙两人的说法中必有一个是错误的

B．他们的争论是由于选择的参考系不同而引起的

C．研究物体运动时不一定要选择参考系

D．参考系的选择只能是相对于地面静止的物体

解析：

选B.甲、乙两人的争论是由于选择的参考系不同而引起的，A错，B对；研究物体的运动一定要选择参考系，C错；参考系的选择具有任意性，D错．

4．下列说法正确的是（　　）

A．时刻表示时间较短，时间表示时间较长

B．作息时间表上的数字表示时间

C．第ns内就是（n－1）s末到ns末这一秒时间（n为任意正整数）

D．1min内有60个时刻

解析：

选C.时刻没有长短之分，选项A错误；作息时间表上的数字表示的是时刻，选项B错误；第ns内是指第n个1s的时间，其大小等于1s，确切含义是指（n－1）s末到ns末这一秒时间，选项C正确；1min内有无穷多个时刻，选项D错误．

5．（2019·天津武清高一期末）2019年1月6日早8时，天空上演“日偏食”罕见现象，我国可见地主要集中在中东部地区，北方大部地区可见“带食日出”现象，该现象持续了约2小时．据悉，2019年全球内有3次日食发生，在我国可以观察到的有2次，今天就是其中之一，下一次得等到12月26日了．下列说法正确的是（　　）

A．“6日早8时”是时间间隔

B．“约2小时”是时刻

C．以地面为参考系，太阳是静止的

D．“12月26日”是时刻

解析：

选D.“6日早8时”是时刻，“约2小时”是时间间隔，故A、B错误；以地面为参考系，太阳是运动的，故C错误；“12月26日”文中指时间点，故D正确．

6.

（2019·江苏南通模拟）中国是掌握空中加油技术的少数国家之一．如图所示是我国自行研制的第三代战斗机“歼－10”在空中加油的情景，以下列的哪个物体为参照物，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

解析：

选B.加油机相对于“歼－10”战斗机位置不变，以“歼－10”战斗机为参照物，加油机是静止的，故A错误；加油机相对于地面上的房屋位置不断变化，以地面上的房屋为参照物，加油机是运动的，故B正确；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照物，加油机是静止的，故C错误；加油机相对于“歼－10”战斗机里的飞行员位置不变，以“歼－10”战斗机里的飞行员为参照物，加油机是静止的，故D错误．

7．两列火车平行地停在一站台上，过了一会儿，甲车内的乘客发现窗外树木在向西移动，乙车内的乘客发现甲车仍没有动，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：

选D.甲车内的乘客发现窗外树木在向西移动，说明甲车在向东运动，乙车内的乘客发现甲车仍没有动，说明乙车相对甲车静止，由于甲车相对地面向东运动，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．

8．（2019·长沙高一检测）湖中O点有一观察站，一小船从O点出发向东行驶4km，又向北行驶3km，则O点的观察员对小船位置的报告最为精确的是（　　）

A．小船的位置变化了7km

B．小船向东北方向运动了7km

C．小船向东北方向运动了5km

D．小船的位置在东偏北37°方向，5km处

解析：

选D.如果取O点为坐标原点向东为x轴正方向，向北为y轴正方向，则小船的位置坐标为（4km，3km），小船虽然运动了7km，但在O点的观察员看来，它离原点的距离是

km＝5km，方向要用角度表示，sinθ＝

＝0.6，因此θ＝37°，如图所示．

二、多项选择题

9．关于时刻和时间间隔，下列说法正确的是（　　）

A．某学校每周一早上6时10分升国旗，这里的“6时10分”指的是时刻

B．高速摄像机拍摄子弹穿过苹果瞬间的照片，曝光时间为10－6s，这里的“10－6s”指的是时刻

C．中央电视台每晚新闻联播开始的时间是19时，这里的“19时”指的是时间间隔

D．第4s内指的是第3s末到第4s末这段时间间隔

解析：

选AD.6时10分指时刻，选项A正确；10－6s虽然很短，但指的是时间间隔，选项B错误；新闻联播开始于19时，指的是时刻，选项C错误；画时间轴可看出选项D正确．

10．（2019·三沙市高一检测）2018年4月12日上午，中国人民解放军在南海海域举行海上大阅兵，共有48艘战舰接受检阅．图甲是正在接受检阅的一字排列的舰队，图乙是正在接受检阅的“辽宁舰”上歼－15战机的起飞表演．下列说法正确的是（　　）

A．若以大海为参考系，图甲中各艘舰艇是运动的

B．若以一字舰队为参考系，图甲中各艘舰艇是运动的

C．若以“辽宁舰”为参考系，图乙中正在起飞的歼－15战机是运动的

D．若以“辽宁舰”为参考系，图乙中准备起飞的歼－15战机是运动的

解析：

选AC.若以大海为参考系，图甲中各艘舰艇是运动的，若以一字舰队为参考系，图甲中各艘舰艇是静止的，故A正确，B错误；若以“辽宁舰”为参考系，图乙中正在起飞的歼－15战机是运动的，准备起飞的歼－15战机是静止的，故C正确，D错误．

11．（2019·蚌埠高一月考）我们描述某个物体的运动时，总是相对一定的参考系，下列说法正确的是（　　）

A．我们说：

“太阳东升西落”，是以地球为参考系的

B．我们说：

“地球围绕太阳转”，是以地球为参考系的

C．我们说：

“同步卫星在高空静止不动”，是以太阳为参考系的

D．坐在火车上的乘客看到铁路旁的树木、电线杆迎面向他飞奔而来，乘客是以火车为参考系的

解析：

选AD.“太阳东升西落”是相对于我们居住的地球而言的，是以地球为参考系的，所以选项A正确；“地球围绕太阳转”是以太阳为参考系的，所以选项