高一物理第一章 第一節(jié) 質(zhì)點 參考系和坐標(biāo)系人教實驗版知識精講

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1、 高一物理第一章 第一節(jié) 質(zhì)點 參考系和坐標(biāo)系人教實驗版 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 第一章 第一節(jié) 質(zhì)點 參考系和坐標(biāo)系 第二節(jié) 時間和位移 二. 知識要點： 1. 理解質(zhì)點的概念，知道物體可以看成?質(zhì)點的條件，知道它是一種科學(xué)的抽象。 2. 知道參考系的概念，知道對同一物體選不同的參考系時，觀察的結(jié)果可能不同，通常選擇參考系時，要考慮研究問題的方便。 3. 知道在描述運(yùn)動時，建立坐標(biāo)系的重要性，并能根據(jù)?物體運(yùn)動情況建立合適的坐標(biāo)系。 4. 知道時間和時刻的含義以及它們的區(qū)別。知道在實驗室中測量時間的方法。 5. 知道位移的概念。知道它是表示質(zhì)點位置變化

2、的物理量，知道它是矢量。知道位移和路程的區(qū)別。 6. 知道矢量、標(biāo)量的概念，知道二者在計算時方法的不同。 7. 知道直線運(yùn)動物體的位置及位移，可通過建立直線坐標(biāo)系后，用坐標(biāo)及坐標(biāo)變化來表示。 三. 要點預(yù)習(xí)： （一）機(jī)械運(yùn)動：物體的空間位置隨時間的變化稱為機(jī)械運(yùn)動。 （二）物體和質(zhì)點 1. 質(zhì)點的定義：在某些情況下，不考慮物體的 ，把它簡化成一個 ，稱為質(zhì)點（masspoint）。 2. 物體可看做質(zhì)點的條件： （1） 的物體都可以看成質(zhì)點。 （2）物體的 和 對所研究的問題可以

3、忽略時，可以把物體看成一質(zhì)點。 （3）有轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動對所研究的問題影響很小時也可以把物體看成一質(zhì)點。 （三）參考系 1. 定義：在描述一個物體的 時，選來作為 的物體，叫做參考系（reference frame）。 2. 說明： （1）選擇不同的參考系來觀察同一個物體的運(yùn)動，結(jié)果往往是不同的。如行駛的汽車，若以路旁的樹為參考系，車是 的；若以車中的人為參考系，則車就是 的。 （2）參考系的選取是任意的，可以取高山、樹木為參考系，也可以取運(yùn)動的車輛為參考系。但在以后研究的問題中，我們通常取相對地面靜止的物體為參考系。 （3）選擇參考系

4、時，應(yīng)以方便觀測和使運(yùn)動的描述盡可能簡單為原則。 （四）坐標(biāo)系 1. 為了定量地描述物體的 及 ，需要在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。 2. 如果物體沿直線運(yùn)動，為了定量描述物體的位置及變化，可以以這條直線為x軸，在直線上規(guī)定 、 和 ，建立直線坐標(biāo)系，如圖所示，若物體運(yùn)動到A點，此時它的位置坐標(biāo)xA= ，若它運(yùn)動到B點，則此時它的位置坐標(biāo)xB = 。 例1. 在下述問題中，能夠把研究對象當(dāng)作質(zhì)點的是 A. 地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周所需時間是多少 B

5、. 研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周地球上不同區(qū)域季節(jié)的變化、晝夜長短的變化 C. 一枚硬幣用力上拋，猜測它落地時正面朝上還是反面朝上 D. 正在進(jìn)行花樣滑冰的運(yùn)動員 解析：物體是否能視為質(zhì)點不能僅僅以它的大小和形狀來確定，關(guān)鍵要看物體的大小和形狀與所研究的問題是否有關(guān)。 A選項中，地球可以看成一個質(zhì)點，因為地球的大小和形狀與它繞大陽公轉(zhuǎn)一周的時間無關(guān)；B選項中，地球不能視為質(zhì)點，因為在地球繞太陽公轉(zhuǎn)的過程中，地球上不同地區(qū)季節(jié)的變化、晝夜的長短變化是不同的，如果把地球看成一個點，在一點上怎么能區(qū)分不同地區(qū)呢?C選項中，很顯然硬幣的形狀與研究問題關(guān)系非常密切，硬幣不能看成質(zhì)點；D選項中滑冰運(yùn)動員

6、在冰面上優(yōu)美的動作被人所欣賞，不能當(dāng)作質(zhì)點。 答案：A 例2. 甲、乙、丙三架觀光電梯，甲中乘客看一高樓在向下運(yùn)動，乙中乘客看甲在向下運(yùn)動。丙中乘客看甲、乙都在向上運(yùn)動。這三架電梯相對地面的運(yùn)動情況可能是 A. 甲向上、乙向下、丙不動 B. 甲向上、乙向上、丙不動 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 解析：電梯中的乘客看其他物體的運(yùn)動情況時，是以自己所乘的電梯為參考系，甲中乘客看高樓向下運(yùn)動，說明甲相對于地面一定在向上運(yùn)動。同理，乙相對甲在向上運(yùn)動，說明乙相對地面也是向上運(yùn)動，且運(yùn)動得比甲更快，丙電梯無論是靜止，還是在向下運(yùn)動，或者以

7、比甲、乙都慢的速度在向上運(yùn)動，則丙中乘客看見甲、乙兩電梯都會感到是在向上運(yùn)動。 答案：B、C、D （五）時刻和時間間隔 時間和時刻有區(qū)別，也有聯(lián)系，在時間軸上，時間表示一段，時刻表示一個點。如圖所示，0點表示開始計時，0～3表示3s的時間，即前3s。2～3表示第3s，不管是前3s，還是第3s，這都是指 。3s所對應(yīng)的點計為3s末，也為4s初，這就是 。 （六）路程和位移 1. 路程（path）表示實際軌跡的 ，只有 ，沒有 ，是標(biāo)量。 2. 位置：質(zhì)點的位置對應(yīng)坐標(biāo)系中的點 3. 位移（disp

8、lacement）是表示物體 的物理量，可以用由 位置到 位置的有向線段表示，位移的方向是從 初位置指向 位移的大小則是初位置到末位置的線段長度。位移既有 ，又有 ，是矢量。 當(dāng)物體運(yùn)動的軌跡是一條直線且運(yùn)動方向不變時，路程與位移的大小 ，其他情況下路程的數(shù)值都 位移的數(shù)值。 繞圓運(yùn)動一周回到初始位置，它走的路程等于圓的 ，而它的位移卻是 。 （七）矢量和標(biāo)量 1. 既有

9、 又有 的物理量叫矢量（vector），例如 。 2. 只有 沒有 的物理量叫標(biāo)量（scalar），例如 。 3. 矢量和標(biāo)量的運(yùn)算遵從 的運(yùn)算法則。 （八）直線運(yùn)動的位置和位移 1. 在直線運(yùn)動中，建立直線坐標(biāo)系后，用x表示物體的 ，用表示物體的 。 2. 為正時表示物體位移方向與軸 。為負(fù)時表示物體位移方向與軸 。 【典型例題】 例l. 在下圖甲中時間軸上標(biāo)出第2s

10、末，第5s末和第2s，第4s，并說明它們表示的是時間還是時刻。 解析：如圖乙所示，第2s末和第5s末在時間軸上為一點，表示時刻 甲 乙 第2s在時間軸上為一段線段，是指第1s末到第2s末之間的一段時間，即第二個1s，表示時間。第4s在時間軸上也為一段線段，是指第3s末到第4s末之間的一段時間，即第四個ls，表示時間。 答案：見解析 例2. 關(guān)于位移和路程，下列說法中正確的是 A. 在某一段時間內(nèi)質(zhì)點運(yùn)動的位移為零，該質(zhì)點不一定是靜止的 B. 在某一段時間內(nèi)質(zhì)點運(yùn)動的路程為零，該質(zhì)點一定是靜止的 C. 在直線運(yùn)動中，質(zhì)點位移的大小一定等于其路程 D. 在曲線

11、運(yùn)動中，質(zhì)點位移的大小一定小于其路程 解析：位移的大小為起始與終了位置的直線距離，而與運(yùn)動路徑無關(guān)。路徑是運(yùn)動軌跡的長度。路程為零，質(zhì)點肯定靜止。選項B正確。位移為零，在這段時間內(nèi)質(zhì)點可以往返運(yùn)動回到初始位置，路程不為零，所以選項A正確。位移大小在非單向直線運(yùn)動中總小于路程，所以選項D正確。直線運(yùn)動包括單向直線運(yùn)動和在直線上的往返運(yùn)動，所以選項C錯誤。 答案：A、B、D 例3. 從高為5m處以某一初速度豎直向下拋出一個小球，在與地面相碰后彈起，上升到高為2m處被接住，則在這段過程中 A. 小球的位移為3m，方向豎直向下，路程為7m B. 小球的位移為7m，方向豎直向上，路程為7m

12、 C. 小球的位移為3m，方向豎直向下，路程為3m D. 小球的位移為7m，方向豎直向上，路程為3m 解析：本題考查基本知識在實際問題中的應(yīng)用。理解位移和路程概念，并按要求去確定它們。題中物體初、末位置高度差為3m，即位移大小，末位置在初位置下方，故位移方向豎直向下，總路程則為7m。 答案：A 【模擬試題】 1. 下列關(guān)于質(zhì)點的說法中，正確的是 （ ） A. 質(zhì)點是一個理想化的模型，實際并不存在 B. 因為質(zhì)點沒有大小，所以與幾何中心的點沒有區(qū)別 C. 凡是輕小的物體，都可看作質(zhì)點 D. 如果物體的形狀和大小在所研究的問題中屬于無關(guān)或次要因素，就可以把物體看

13、作質(zhì)點 2. 下列情況的物體，哪些情況可將物體當(dāng)作質(zhì)點來處理 （ ） A. 放在地面上的木箱，在上面的箱角處用水平推力推?它，木箱可繞下面的箱角轉(zhuǎn)動 B. 放在地面上的木箱，在其箱高的中點處用水平推力?推它，木箱在地面上滑動 C. 做花樣滑冰的運(yùn)動員 D. 研究鐘表的時針轉(zhuǎn)動的情況 3. 關(guān)于參考系的選取，下列說法正確的是 （ ） A. 參考系必須選取靜止不動的物體 B. 參考系必須是和地面聯(lián)系在一起的 C. 在空中運(yùn)動的物體不能作為參考系 D. 任何物體都可以作為參考系 4. 甲物體以乙物體為參考系是靜止的，甲物體以丙物體為參考系又是運(yùn)動的，那

14、么，以乙物體為參考系，丙物體的運(yùn)動情況是 （ ） A. 一定是靜止的 B. 運(yùn)動或靜止都有可能 C. 一定是運(yùn)動的 D. 條件不足，無法判斷 5. 以下的計時數(shù)據(jù)指時間的是 （ ） A. 天津開往德州的625次列車于13h35min從天津發(fā)車 B. 某人用15s跑完l00m C. 中央電視臺新聞聯(lián)播節(jié)目19h開播 D. 1997年7月1日零時中國對香港恢復(fù)行使主權(quán) 6. 關(guān)于質(zhì)點的位移和路程，下列說法中正確的是 （ ） A. 位移是矢量，位移的方向就是質(zhì)點運(yùn)動的方向 B. 路程是標(biāo)量，即位移的大小 C. 質(zhì)點做直線運(yùn)動時，路程

15、等于位移的大小 D. 位移的大小不會比路程大 7. 如圖所示，在時間軸上表示出下面的時間或時刻 （ ） A. 第4s內(nèi) B. 第5s末 C. 3s內(nèi) D. 第6s初 8. 如圖所示，某物體沿兩個半徑為R的圓弧由A經(jīng)B到C。下列結(jié)論正確的是 （ ） A. 物體的位移等于4R，方向向東 B. 物體的位移等于2R C. 物體的路程等于4R，方向向東 D. 物體的路程等于2R 9. 關(guān)于時刻和時間，下列說法正確的是 （ ） A. 時刻表示時間極短，時間表示時間較長 B. 時刻對應(yīng)物體的位置，時間對應(yīng)物體的位移 C. 作息時間

16、表上的數(shù)字均表示時刻 D. 1min只能分成60個時刻 10. 第3s內(nèi)表示的是 s的時間，是從 s末到 s末，3s內(nèi)表示的是 。 11. 一質(zhì)點繞半徑為R的圓圈運(yùn)動了一周，如圖所示，則其位移大小為 ，路程是 。若質(zhì)點運(yùn)動了周，則其位移大小為 ，路程是 ，此運(yùn)動過程中最大的位移是 ，最大路程是 。 12. 質(zhì)點沿一邊長為2m的正方形軌道運(yùn)動，每1s移動1m，初始位置在某邊的中點，如圖所示。分別求出下列各種情況下的路程和位移大小，并在圖上畫出各位移矢量。 （1）從A點開始第2s末時；（

17、2）從A 點開始第4s末時；（3）從A點開始第8s末時。 13. 在一大廳里，天花板與地板之間相距8m，將一小球在距地面1m高處豎直向上拋出，運(yùn)動ls小球與天花板相碰，隨即豎直下落，最后靜止在地板上。 （1）1s末小球的位移多大?方向如何? （2）拋出后的小球，最大位移是多大?方向如何?運(yùn)動路程共有多大? 【試題答案】 1. AD 2. B 3. D 4. C 5. B 6. D 7. 略 8. AD 9. BC 10. 1、第2、第3、3秒這段時間間隔 11. 0、2R 、R、、2R、 12. 1）位移：X1＝m 路程：L1＝2m 2）位移：X2＝2m 路程：L2＝4m 3）位移：X3＝0m 路程：L3＝8m 圖略 13. 1）7m 豎直向上 2）7m 豎直向上 15m