第1章 第1节 质点 参考系 -2020-2021学年新教材高中物理必修第一册(人教版)

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第1节 质点 参考系

课程内容要求 核心素养提炼

1.了解质点的含义．知道将物体抽象为质点的条件，能将特定实际情境中的物体抽象成质点．

2.经历质点模型的建构过程，初步体会建构物理模型的思维方式，认识物理模型在探索自然规律中的作用．

3.了解参考系的概念及其对描述物体运动的意义．结合实例，了解不同参考系中对同一运动的描述可能不同，体会运动的相对性和绝对性. 1.物理观念：体会把实物看作质点中蕴含的主要思想方法．

2.科学思维：体会物理模型在探索自然规律中的作用．

3.科学态度与责任：认识到物理学是基于人类有意识地探索而形成的对自然现象的描述与解释.

一、物体和质点

1．机械运动：描述物体空间位置随时间变化的规律．

2．质点：在某些情况下，忽略物体的大小和形状，把物体简化为一个具有质量的点.

3．物体可看作质点的条件

(1)物体的大小和形状可以忽略．

(2)物体上任意一点的运动可以代替整个物体的运动．

(3)一个物体能否看成质点是由所要研究的问题决定的．

4．理想化物理模型：在物理学中，突出问题的主要方面，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．质点就是这种物理模型之一．

[思考]

是不是体积很小的物体一定可以看作质点，体积较大的物体一定不能看作质点？试举例说明．

提示 一个物体能否看成质点是由所要研究的问题决定的，与物体的大小无关．例如我们研究电子的自旋时，电子不能看作质点，研究地球围绕太阳公转时，地球可以看作质点． 2 二、参考系

1．运动与静止的关系

(1)自然界中一切物体都处于永恒的运动中，即运动的绝对性.

(2)描述某一个物体的运动时，总是相对于其他物体而言的，这便是运动的相对性.

2．参考系

(1)定义：在研究物体的运动时，被选做参考的假定不动的其他物体称为参考系．

(2)作用：为了方便描述物体的运动．

(3)选取原则：参考系的选择是任意(填“任意”或“唯一”)的．一般取地面和相对地面静止的物体为参考系． [判断]

(1)参考系只能选择静止的物体．(×)

(2)选择不同的参考系观察同一个物体的运动，观察结果一般不同．(√)

探究点一 对质点的理解

当研究列车由北京开往广州所用时间时，能否把列车看成一个质点？如果研究列车通过一座隧道的时间，那么能否把列车看成一个质点？

提示 在研究列车由北京开往广州所用时间时，不用考虑列车的长度及大小，能把列车看成一个质点；如果研究列车通过一座隧道的时间，需要考虑列车的长度，不能把列车看成一个质点．

1．对质点的理解

(1)质点是一种理想化物理模型，实际中并不存在．

(2)质点不同于几何中的“点”，它是忽略了物体的大小和形状的有质量的点，而几何中的“点”仅仅表示空间中的某一位置．

(3)物体能否被看作质点是由所研究问题的性质决定的，而不是由物体自身大小和形状决定的． 3 2．可将物体看成质点的几种情况

[特别提醒] 平动的物体并不一定能看成质点，而转动的物体不一定不能看成质点．

东京奥运会将会在2021年6～9月之间举行，在以下几个奥运会比赛项目中，研究对象可视为质点的是( )

A．在撑竿跳高比赛中研究运动员手中的支撑竿在支撑地面过程中的转动情况时

B．确定马拉松运动员在比赛中的位置时

C．在跆拳道比赛中研究运动员动作时

D．在乒乓球比赛中研究乒乓球的旋转时

[思路点拨] (1)明确各项比赛的基本特点．

(2)明确物体的形状或大小对研究的问题是否有影响．

B [能否把某物体视为质点，关键要看忽略物体的大小和形状后，对所研究的问题是否有影响．显然A、C、D项中的研究对象的大小和形状忽略后，所研究的问题将无法进行，故A、C、D项不符合题意；而B项中的研究对象的大小和形状忽略后，所研究的问题不受影响，故B项符合题意．]

[题后总结] 物体能否看作质点是由研究问题的性质决定的，与物体的大小无关．

[训练1] 观察下列四幅图，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中研究子弹头射穿苹果的时间时可将子弹头看成质点

B [在研究篮球的运动路径和地球绕太阳公转时，篮球和地球的大小是次要因素，可以将其看成质点；观众在欣赏体操表演和研究子弹头射穿苹果的时间时，运动员和子弹头的大小、形状不能被忽略，不能看成质点．] 4 [训练2] 图示为正在航拍的四旋翼无人飞行器．下列过程中能将无人飞行器看作质点的是( )

A．调节飞行器旋翼的转速

B．调整飞行器在空中的姿态

C．观察飞行器在空中的位置

D．调整飞行器上摄像机镜头的方向

C [调节飞行器旋翼的转速时，飞行器旋翼的大小和形状不能忽略，不能将飞行器看作质点，A错误；调整飞行器在空中的姿态，飞行器各部分的运动不同，不可以将飞行器看作质点，B错误；观察飞行器在空中的位置，飞行器的大小和形状可忽略，可以看作质点，C正确；调整飞行器上摄像机镜头的方向时，镜头及飞行器的大小和形状不能忽略，不能看作质点，D错误．]

探究点二 对参考系的理解

(1)站在运动的电梯里的人和电梯外的人，同时观察电梯内的物体是运动的还是静止的，其观察结果为什么是不同的？

(2)在电梯中观察外景的运动情况，必须以电梯为参考系吗？参考系的选取原则是什么？

提示 (1)因为站在运动的电梯里的人和电梯外的人所选的参考系不同，所以观察结果不同．

(2)不是．参考系的选取是任意的，但应该以使所研究问题简单方便为原则． 5

1．参考系的选取原则

(1)以观测方便和使运动的描述尽可能简单为原则．

(2)研究地面上物体的运动时，一般选取地面或相对于地面静止的物体作为参考系．

2．参考系的四个性质

标准性 做参考系的物体都假定不动，被研究的物体都以参考系为标准

任意性 参考系的选取是任意的，任何物体都可以做参考系

统一性 比较不同物体的运动应选择同一个参考系

相对性 对于同一个物体，选择不同的参考系，观察结果可能会有所不同

我国发射的“嫦娥四号”探测器首次着陆月球的背面，“玉兔二号”顺利从“嫦娥四号”上登陆到月球表面进行探月工作，利用中继星可拍摄到“玉兔二号”在月球上的运动轨迹，则在研究“玉兔二号”运动轨迹时选择的参考系是( )

A．月球表面 B．太阳

C．中继星 D．地球

A [参考系是被选作用来参考、假设静止不动的物体，研究“玉兔二号”运动轨迹时，应该选择月球表面为参考系．]

[变式] (1)在[例2]中，利用中继星可拍摄到“玉兔二号”在月球上的运动轨迹，在研究“玉兔二号”的运动轨迹时能否将其看作质点？

解析 “玉兔二号”可以看作质点．因为在研究“玉兔二号”的运动轨迹时，其大小和形状对研究的问题没有影响，可以忽略．

答案 能

(2)在[例2]中，若“玉兔二号”从“嫦娥四号”缓缓驶离，若以月球表面为参考系，则“嫦娥四号”是______ (选填“静止”或“运动”)的，“玉兔二号”是______(选填“静止”或“运动”)的．

解析 以月球表面为参考系，“嫦娥四号”相对于月球表面的位置未发生变化，所以是静止的，“玉兔二号”相对于月球表面位置发生了变化，所以是运动的．

答案 静止 运动 6 [题后总结] 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，则该物体可能就是参考系.

[训练3] 某超市中，两层楼间有一架斜面式自动扶梯(无阶梯)，如图所示，小张带着孩子乘匀速上升的自动扶梯上楼．孩子在扶梯上向上跑，小张没有“动”而是随着扶梯上楼．则下列判断正确的是( )

A． 以扶梯为参考系，小张是运动的

B． 以扶梯为参考系，孩子是静止的

C． 以地面为参考系，小张是静止的

D． 以地面为参考系，孩子是运动的

D [以扶梯为参考系，小张是静止的，选项A错误；以扶梯为参考系，孩子是运动的，选项B错误； 以地面为参考系，小张是运动的，选项C错误；以地面为参考系，孩子是运动的，选项D正确．]