1. 质点 参考系 空间 时间教学设计及课堂实录

第一章 相运动的描述

第1节 质点 参考系和坐标系

1.理解什么是质点，知道质点是一种理想化的物理模型。

2.能说出把物体看做质点的条件。

3.知道参考系，知道对物体运动的描述具有相对性。

4.知道坐标系和坐标系的种类。

1．机械运动

运动是物质世界的一个基本特征，为了更好地研究运动，人们根据物质运动的特点，将其分为机械运动、热运动、电磁运动等各种类型。

一个物体相对于另一个物体的位置的改变叫做机械运动，简称运动。它包括平动、转动、振动等运动形式。

2．质点

质点是忽略物体的大小和形状简化成的有质量的点。它是一种科学的抽象，是一个理想化的物理模型，是在研究物体运动时，抓住主要因素，忽略次要因素，对实际物体进行的近似。

3．参考系

（1）定义：在描述物体的运动时，被用来做参考、假定为不动的其他物体。

（2）意义：观察被研究的物体相对于参考系的位置是否随物体变化以及如何变化。

（3）影响：同一个物体的运动，选取不同的参考系，所得出的结果可能是不同的。

（4）选取原则：参考系的选取是任意的，应以研究问题方便，对运动的描述尽可能简单为原则。

参考系是在描述一个物体的运动时，选来作为标准的假定不动的另外物体。

4．坐标系

（1）物体做机械运动时，其位置会随时间发生变化，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．

（2）如果物体在一维空间运动，即沿一条直线运动，只需建立直线坐标系，就能准确表达物体的位置

考点一

质点

1．特点

（1）它没有大小和形状。

（2）它具有物体的全部质量。

（3）它是一种理想化的模型，实际生活中并不存在。

2．可将物体视为质点的三种情况

（1）运动物体的大小跟它与另一被研究的对象间的距离相比可忽略不计时，可将该物体当做质点。

（2）做平动的物体，由于物体上各个点运动的情况相同，可以选物体上任一点的运动来代表物体的运动，故平动的物体在研究其运动性质时，可将它视为质点。

（3）有转动，但相对平动而言可以忽略时，也可以把物体视为质点。如汽车在运行时，虽然车轮有转动，但我们关心的是车辆整体运动的快慢，故汽车可以看成质点。

温馨提示

一个物体能否看做质点是由所研究问题的性质来决定的。

例如：一列火车从北京开往上海，在计算运行时间时，可以忽略火车的长度，把它视为质点；但是同样这列火车，要计算它通过黄河铁路大桥所需时间，就必须考虑火车的长度，不可把火车视为质点。

一个物体能否视为质点，不能以大小而论。

例如：在研究电子绕原子核的运动情况时，就不能把原子看做质点；而在研究地球绕太阳公转时，就可以把整个地球看做质点。

★典型案例★

质点是一个理想化模型，下列说法中正确的是

A. 研究刘翔110m栏比赛的跨栏技术时，其身体可看作质点

B. 研究月球绕地球的运动轨迹时，月球可看作质点

C. 研究火车通过隧道所需的时间时，火车可看作质点

D. 研究“嫦娥一号”在轨道上的飞行姿态时，“嫦娥一号”可看作质点

【答案】B

【点睛】本题考查学生对质点这个概念的理解，关键是知道物体能看成质点时的条件，看物体的大小体积对所研究的问题是否产生影响，物体的大小体积能否忽略．

★针对练习1★

下列说法正确的是

A. 在苹果园摘苹果，找成熟的大的苹果，可将苹果视为质点

B. 导弹将目标锁定敌舰的要害，如弹药舱，可将敌舰视为质点

C. 计算飞机在两地间的往返时间，可将飞机视为质点

D. 设计月球车在月球表面抓月球土壤的动作，可将月球车视为质点

【答案】C 【解析】找成熟的大的苹果时，必定要考虑苹果的体积大小，不可将苹果视为质点，故A错误；导弹将目标锁定敌舰的要害，不可将敌舰视为质点，故B错误；研究计算飞机在两地间的往返时间，飞机的大小相对于往返负距离可以忽略不计，可将飞机视为质点，故C正确；研究月球车在月球表面抓取月球土壤的动作时，月球车的形状不能忽略不计，不可将月球车视为质点，故D错误。

故选C。

【点睛】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，根据把物体看成质点的条件来判断即可。

本题就是考查学生对质点概念的理解，是很基本的内容，必须要掌握住的，题目比较简单。

★针对练习2★

下列现象不是机械运动的是

A. 上海的磁悬浮列车正在高速行驶

C. 煤炭正在熊熊燃烧

【答案】C B. 蚂蚁正在爬行

D. 奥运冠军刘翔在110米栏决赛中

【点睛】物体相对于其他物体位置的变化我们称为相对运动，根据各项的可得出正确结果．

判断一个物体是否在做机械运动，关键是要看它的位置是否在发生变化．

考点二

参考系

对参考系的理解：（1）运动是绝对的，静止是相对的。一个物体是运动的还是静止的，都是相对于参考系而言的。（2）参考系的选取可以是任意的。（3）判断一个物体是运动还是静止，如果选择不同的物体作为参考系，可能得出不同的结论。（4）参考系本身既可以是运动的物体也可以是静止的物体，在讨论问题时，被选为参考系的物体，我们常假定它是静止的。（5）要比较两个物体的运动情况，必须选择同一个参考系。

★典型案例★

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中正确的是

A. 参考系必须选取地面或相对与地面不动的其它物体

B. 我们说“日落西山”，是以太阳为参考系的

C. 我们说“地球围绕太阳转”，是以地球为参考系的

D. 坐在火车上的乘客看到铁路旁的树木迎面向他飞奔而来，乘客是以自己为参考系的

【答案】D 【解析】参考系的选择可以任意，以研究问题方便为原则，不一定选取地面故A错误；我们常说“日落西山”，是以地球为参考系描述太阳的运动故B错误；我们说“地球围绕太阳转”，是以太阳为参考系的，故C错误；坐在火车上的乘客以自己为参考系，自己不动，铁路旁的树木、电线杆向自己运动，故D正确．

【点睛】研究物体的运动情况时，首先要选取一个物体作为标准，这个被选作标准的物体叫做参照物研究对象的运动情况是怎样的，就看它与参照物的位置是否变化由此来突破此题．

本题要注意区分研究对象与参考系的不同考查对参考系概念的理解及实际判断能力．

★针对练习1★

某高铁行驶速度是A. 地面

C. 铁路边的树木

【答案】B ，坐在此动车里的乘客认为自己是静止的，他所选择的参考系是

B. 坐在他身边的乘客

D. 窗外的山峰

【点睛】研究同一物体的运动状态，如果选择不同的参照物，得出的结论可以不同，但都是正确的结论，明确参考系的概念，理解物体运动相对性。

明白了参考系的含义就能顺利解决此类问题，故一定要加强对概念的理解，同时要提高应用所学知识解决实际问题的能力。

★针对练习2★

下列说法中正确的是

A. 研究物体的运动，首先必须选定参考系

B. 敦煌曲子词中有这样的诗句：“满眼风波多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行”其中“看山恰似走来迎”所选的参考系是岸

C. 研究同一物体的运动时，选取地面或相对地面静止的物体为参考系，所得出的关于物体运动的结论是相同的

D. 选取不同的参考系，所得出的关于物体运动的结论可能是不同的

【答案】ACD 【解析】运动是相对的，故研究物体的运动，首先必须选定参考系，故A正确；“看山恰似走来迎”所选的参考系不是岸，而是人自己，山和岸相对静止，故B错误；研究同一物体的运动时，选取地面或相对地面静止的物体为参考系，所得出的关于物体运动的结论是相同的，故C正确；运动具有相对性，选取不同的参考系，所得出的关于物体运动的结论可能是不同的，故D正确；

故选：ACD 【点睛】参考系，是指研究物体运动时所选定的参照物体或彼此不作相对运动的物体系；参考系的选取是任意的，如何选择参照系，必须从具体情况来考虑，一般情况下我们以地面或地面上的物体作为参考系

为了研究和描述物体的运动，我们引入了参考系，选择不同的参考系，同一物体相对于不同的参考系，运动状态可以不同，选取合适的参考系可以使运动的研究简单化

考点三

坐标系

如果物体在一维空间运动，即沿一直线运动，只需建立直线坐标系，就能准确描述物体的位置；如果物体在二维空间运动，即在同一平面内运动，就需要建立平面直角坐标系来描述物体的位置；当物体在三维空间运动时，则需要建立三维直角坐标系来描述物体的位置。

一维坐标：即数轴，描述物体在一条直线上的运动。

二维坐标：即平面直角坐标系，描述物体在一个平面内的运动。

三维坐标：即立体坐标系，描述物体在空间内的运动。

如图所示为三种不同的坐标系。

其中甲、乙中M点的坐标分别为：

甲：xM＝-2 m，乙：M(2 m，3 m)。

对甲中质点从M到N的位置变化为：

Δx＝xN-xM＝1 m-(-2 m)＝3 m。

★典型案例★

一个小球从距地面4m高处落下，被地面弹回，在距离地面1m高处被接住，坐标原点定在抛出点，向下方向为坐标轴的正方向，则小球的抛出点、落地点、接住点的位置坐标分别是

A. 4m，0，1m C. 0，4m，3m 【答案】C B. D. 0，，0，，

小球在距离地面1m高处被接住，此时的小球在坐标原点的下方3m处，所以接住点的位置坐标是3m，故ABD错误，C正确。

【点睛】建立直线坐标系，根据小球的运动的情况，分别确定小球的位置坐标即可．

本题考查的就是学生对于直线坐标系的理解，结合数学上的数轴来理解，就可以轻松解决本题．

★针对练习1★

关于坐标系，下列说法正确的是

A. 建立坐标系是为了定量描述物体的位置和位置的变化

B. 坐标系都是建立在参考系上的

C. 坐标系的建立与参考系无关

D. 物体在平面内做曲线运动，需要用平面直角坐标系才能确定其位置

【答案】ABD 【点睛】建立坐标系的意义是为了定量描述质点的位置变化，要根据问题的实际需要，建立合适的坐标系，沿直线运动建立直线坐标系，在平面上运动，建立平面直角坐标系

为了描述物体的运动状态要选择参考系，为定量描述物体位置变化要在参考系上建立坐标系，并且要建立合适的坐标系

★针对练习2★

如图所示，桌面离地面的高度为，若将坐标系原点定在水平桌面上，取竖直向上的方向为坐标则A点的坐标为______ ，B点的坐标为轴的正方向，通过测量A、B两点距离桌面的距离都为______ ．

【答案】；

【点睛】坐标系的三要素是原点，正方向和单位长度，找出该点以原点为零点，是在正方向上还是在负方向上，从而确定坐标的正负．

解决本题的关键是知道在原点的正方向上的坐标为正值，在原点的负方向上为负值，大小等于离原点的距离大小．