2020-2021学年1 质点 参考系学案设计

这是一份2020-2021学年1 质点 参考系学案设计，共19页。学案主要包含了质点，参考系等内容，欢迎下载使用。

一、质点
1．定义：在某些情况下，可以忽略物体的大小和形状，把它简化为一个具有质量的点。
2．物体可看作质点的条件：研究一个物体的运动时，物体的大小和形状对研究问题的影响可以忽略。
3．质点是一个理想化模型。
结合生活实际思考，什么情况下列车可以看成一个质点？
提示：列车从北京开到上海，可以把列车看成质点。
二、参考系
1．运动与静止的关系：
(1)自然界中的一切物体都处于永恒的运动中，即运动是绝对的。
(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：描述一个物体的运动时，首先选定某个其他物体作为参考，观察物体的位置相对于这个“其他物体”是否随时间变化，以及怎样变化。这种用来作为参考的物体叫作参考系。
(2)选取原则：可任意选取，但对同一物体的运动，所选的参考系不同，对它运动的描述可能会不同。通常以地面为参考系。
(3)运动的相对性：选择不同的参考系来观察同一物体的运动，其结果会有所不同。参考系选取得当，会使问题的研究变得简洁、方便。
跳伞运动员从飞机上跳伞，飞行员观察到跳伞运动员沿直线下落，而地面上的人观察跳伞运动员却沿曲线下落，为什么？
提示：飞行员选择飞机作为参考系，而地面上的人选择地面作为参考系。
学习质点的概念后，我们分析判断下列哪些体育运动员能看成质点？
①跳水运动员跳水比赛的动作。
②田径运动员的马拉松比赛的时间。
③体操运动员进行的体操表演的动作。
④赛车运动员进行的汽车拉力赛的时间。
⑤女排运动员的扣球姿势。
⑥击剑运动员在进行击剑比赛的姿势。
⑦跳伞运动员从空中落到地面的路线。
运动员可以看作质点的有②④⑦。
1．飞机在做飞行表演时，做出各种各样的特技动作。
思考：能否把飞机看作质点？
提示：不能，飞机的形状大小对飞行表演有影响，不能忽略。
2．出租车里，司机说我纹丝不动，路上的行人说我快如闪电。
思考：同样一个人为什么会有两种不同的运动情况？
提示：选择出租车作为参考系，人是静止的，选择地面作为参考系，人是运动的。
一、质点(物理观念——物质观念)
如图所示是生活中的山地自行车，山地自行车是最受人们欢迎的车型，可以翻山越岭，自在骑行。
探究：(1)某同学通过手机APP功能研究自行车从家到学校的运动轨迹，能否把自行车看成质点？
(2)某同学研究山地自行车和传统自行车在骑行过程中的骑行姿势，能否将骑行者看成质点？
提示：(1)自行车的大小和形状对研究运动轨迹没有影响，所以可以把自行车看成质点。
(2)因为要研究骑行者的骑行姿势，不能忽略骑行者的大小，不能把骑行者看成质点。
【典例】(多选)无人战斗机由无人侦察机发展而来，但其复杂程度远高于无人侦察机，下列可将无人战斗机视为质点的是 ( )
A．研究人员观察测试无人战斗机的飞行速度时
B．研究人员观察无人战斗机飞行姿势、测各项技术参数时
C．敌方确定无人战斗机位置时
D．敌方欲对无人战斗机关键部位实施打击时
【解题探究】
(1)无人战斗机在什么情况下可以看作质点?
提示:战斗机的形状和大小对研究问题可以忽略不计时。
(2)无人战斗机在什么情况下不可以看作质点?
提示:战斗机的形状和大小对研究问题不能忽略时。
【解析】选A、C。测试无人战斗机的飞行速度或确定其位置时，无需考虑其形状、大小，可将其看成质点，A、C正确；而观察无人战斗机飞行姿势或确定关键部位时，都必须考虑其形状、大小，不能看成质点，B、D错误。
物理模型法
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，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法。质点这一理想化模型就是这种方法的具体应用。
1．(2021·杭州高一检测)下列运动的物体(乒乓球、足球、运动员、火车)，在相应的研究问题中能被看作质点的是( )
A.研究乒乓球的发球技术
B．研究足球任意球的脚法
C．评判花样滑冰运动员的动作
D．计算火车从北京到上海的时间
【解析】选D。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。研究乒乓球的发球技术，不能忽略球形状大小，故A错误；研究足球任意球的脚法，足球的形状大小不能忽略，故B错误；评判花样滑冰运动员的动作，要看其动作，如果看作质点，其动作无法展现，不能看作质点，故C错误；计算火车从北京到上海的时间时，可以忽略火车的车长，可以把火车看作质点，故D正确。
2．(2021·浙江1月学考)2020年11月10日，我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10 909 m。“奋斗者”号照片如图所示，下列情况中“奋斗者”号一定可视为质点的是( )
A．估算下降总时间时
B．用推进器使其转弯时
C．在海沟中穿越窄缝时
D．科学家在其舱内进行实验时
【解析】选A。“奋斗者”号能否看作质点的关键是其大小和形状对所研究问题有无影响，估算下降时间时大小和形状对其无影响可以看作质点，A正确；用推进器使其转弯时需要考虑其大小和形状，不能看作质点，B错误；在海沟中穿越窄缝时需要考虑其大小和形状，不能看作质点，C错误；科学家在其舱内进行实验时同样需要考虑其大小和形状，也不能看作质点，D错误。
【拔高题组】
1．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，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学方法。质点就是这种物理模型之一。下列有关质点的说法正确的是( )
A．只有体积小的物体才能看成质点
B．物体在任何情况下都能看成质点
C．研究地球自转的规律时，可以把地球看成质点
D．研究地球公转的规律时，可以把地球看成质点
【解析】选D。物体是否能看成质点，不以物体的体积大小为条件，选项A错误；质点是一种理想化的物理模型，只有满足条件的物体才能看成质点，选项B错误；研究地球自转的规律时，地球上不同地方的运动情况一般是不同的，所以地球不能看成质点，选项C错误；研究地球公转的规律时，由于地球的大小引起的运动差异很小，可以忽略不计，故此时地球可看成质点，选项D正确。
2．在某运动会上记录下列运动员的比赛成绩时，可看成质点的是( )
【解析】选A。马拉松比赛时，由于路程较长，运动员的大小、形状可以忽略，故可以看成质点，A正确；跳水时，裁判员要关注运动员的动作，运动员的大小、形状不能忽略，故不能看成质点，B错误；击剑时要注意运动员的肢体动作，运动员的大小、形状不能忽略，故不能看成质点，C错误；体操中主要根据运动员的肢体动作评分，运动员的大小、形状不能忽略，故不能看成质点，D错误。
二、参考系(物理观念——运动与相互作用观念)
如图所示，有甲、乙、丙三架观光电梯，甲中乘客看到高楼在向下运动，乙中乘客看到甲在向下运动，丙中乘客看到甲、乙都在向上运动。甲、乙、丙相对于地面的运动情况可能有哪些？
提示：在描述物体的运动时要选取参照物，而所选取的参照物不同，对物体运动的描述也不相同。本题中甲、乙、丙三架电梯中的乘客在观察高楼或其他电梯时都是以自己所乘电梯为参照物的，所以甲中乘客看到高楼向下运动，高楼不动一定是甲电梯向上运动，乙中乘客看到甲在向下运动，说明乙一定向上运动且比甲的速度还大，丙中乘客看到甲、乙均向上运动，丙有静止不动、向下运动、以比甲、乙都小的速度向上运动三种可能。
参考系的四个性质
参考系的选取方法
(1)研究地面上物体的运动时，常选地面或相对地面静止的物体作为参考系。
(2)研究某一系统中物体的运动时，常选系统为参考系。
【典例】我们在描述某个物体的运动时，总是相对一定的参考系而言的，下列说法不正确的是( )
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”，是以太阳为参考系的
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，是以火车或他自己为参考系的
【解析】选C。“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，A正确；“地球围绕太阳转”是以太阳为参考系的，B正确；“同步卫星在高空静止不动”是相对于地球而言的，是以地球为参考系的，C错误；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，是以火车或他自己为参考系的，D正确。
物体运动情况的判断方法
(1)确定研究对象。
(2)根据题意选择合适的参考系。
(3)分析被研究物体相对于所选参考系的位置变化情况。
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．参考系就是绝对不动的物体
B．只有选好参考系以后，物体的运动性质才能确定
C．同一物体的运动，相对于不同的参考系，观察的结果可能不同
D．我们平常所说的楼房是静止的，是以地面为参考系
【解析】选B、C、D。参考系是为了描述物体的运动，选来作为标准的物体，可以是运动的，也可以是静止的，故A错误；运动和静止是相对的，要描述物体的运动，必须选择参考系，故B正确；描述同一运动时，若以不同物体作为参考系，观察结果可能不同，C正确；参考系的选取，原则上是任意的，但在实际问题中，应以对运动的描述尽可能简单为原则，一般以地面为参考系，我们平常所说的楼房是静止的，就是以地面为参考系，D正确。
2．(2021·杭州高一检测)一位坐在火车A内的乘客观察窗外，发现临窗另一列火车B正向西移动，又看到另一侧窗外的树木也向西移动，若以地面为参考系，则“火车A”和“火车B”的运动情况不可能的是( )
A.火车A向东，火车B静止 B．火车A向东，火车B向西
C．火车A向西，火车B向西 D．火车A向东，火车B向东
【解析】选C。坐在火车A内的乘客观察窗外，发现临窗另一列火车B正向西移动，又看到另一侧窗外的树木也向西移动，若以地面为参考系，说明火车A向东运动，火车B向西运动，或者静止或者向东运动，但速度小于A车速度，故A、B、D都有可能，C不可能。
【拓展例题】考查内容：参考系的选择对物体运动的影响
【典例】从水平匀速飞行的飞机上向外自由释放一个物体，不计空气阻力，在物体下落的过程中，地面上的人看到物体沿什么方向运动？飞机上的乘客看到物体沿什么方向运动？
【解析】地面上的人观察物体运动时是以地面为参考系，看到物体竖直下落的同时，还沿飞机飞行方向运动，其轨迹为曲线。飞机上的乘客观察物体运动时是以飞机为参考系的，因物体和飞机水平方向的运动相同，所以飞机上的乘客看到物体沿竖直方向向下运动。
答案：见解析
追随拍摄法
追随拍摄法是摄影者手执相机在追随被摄动体时按动快门，使画面达到动中求静的效果，是摄影中的一种艺术表现手法。运用追随拍摄法，拍摄姿势要正确，两腿要分开站稳，两手持稳机身，双臂夹紧，依靠身体灵活转动。角度要适宜，在拍摄动体的曝光过程中，镜头始终要不停地追随动体移动，切实做到在追随过程中曝光，在曝光过程中不停地追随其画面特点使动体对象的影像清晰，背景十分虚幻，主体突出，有强烈的动感视觉效果，气氛十分逼真。除最常见的平行追随拍摄法外，近几年又出现了弧形追随、斜线追随、旋转追随和纵向追随等拍摄法，提高了摄影艺术和摄影报道画面形象的表现力。
探究：摄像头相对于汽车来说是运动的还是静止的？
提示：以汽车为参考系，摄像头相对于汽车是静止的。
1．(水平1)下列说法正确的是( )
A．参考系必须是固定不动的物体
B．参考系可以是变速运动的物体
C．研究地球公转时，地球不可视为质点
D．研究跳水运动员转体动作时，运动员可视为质点
【解析】选B。参考系是为了描述物体的运动而人为选定作为参照的物体，参考系可以是不动的物体，也可以是运动的物体，A错误，B正确；地球的公转半径比地球半径大得多，在研究地球公转时，可将地球视为质点，C错误；在研究跳水运动员身体转动时，运动员的形状和大小对研究结果的影响不可忽略，不能被视为质点，D错误。
2．(水平1)2021年1月20日开通的南通到北京的高铁，使旅客的出行时间由原来的13小时缩短为6小时，其使用的CR300BF型复兴号动车组全长208.95 m。下列说法正确的是( )
A．动车组体积太大，不能看成质点，乘客可看成质点，因为乘客体积小
B．动车组运行时任何情况下都不能将其看成质点，因为车轮在转动
C．计算动车组通过某一隧道的时间时，可将它看成质点
D．计算动车组从南通站到北京站的运行时间时，可将它看成质点
【解析】选D。物体是否能看成质点的条件是物体的大小在所研究的问题中是否可以忽略不计，因此与物体的大小无关，与车轮是否转动也无关，A、B错误；计算动车组通过某一隧道的时间时，动车组的大小不可以忽略，因此不可将它看成质点，C错误；计算动车组从南通站到北京站的运行时间时，动车组的大小可以忽略，因此可将它看成质点，D正确。
3．(水平2)如图所示，由于风的缘故，河岸上的旗帜向右飘，在河面上的两艘船A、B上的旗帜分别向右和向左飘，A、B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
【解析】选C。从河岸上的旗帜的飘动方向可以判断风向右吹；由此可以判断B船一定向右运动且船速比风速大；A船可能静止，也可能向左运动，还有可能向右运动，但是船速比风速小。则C正确，A、B、D错误。
4．(水平2)( 2021·宁波高一检测)平常说的“一江春水向东流”“地球的公转”“钟表的时针在转动”“太阳东升西落”等，物体运动的参考系分别为( )
A．江岸、太阳、钟表表盘、地球
B．江中游船、太阳、钟表表盘、地球
C．江岸、太阳、钟表表盘、月球
D．江中游船、太阳、钟表表盘、月球
【解析】选A。 “一江春水向东流”是水相对于江岸运动，是以江岸为参考系；“地球的公转”是指地球绕太阳运动，是以太阳为参考系；“钟表的时针在转动”是指时针在表盘中运动，是以表盘为参考系；地球绕太阳运动，若以地球为参考系，则“太阳东升西落”。故A正确，B、C、D错误。
【补偿训练】
歼­20战斗机在空中加油的情景如图所示，以下列的哪个物体为参考系，可以认为加油机是运动的( )
A.歼­20战斗机
B．地面上的房屋
C．加油机中的飞行员
D．歼­20战斗机里的飞行员
【解析】选B。空中加油时加油机与歼­20战斗机保持相对静止，以歼­20战斗机、加油机中的飞行员、歼­20战斗机里的飞行员为参考系，加油机都是静止的；以地面上的房屋为参考系，加油机是运动的，B正确。
5．(水平2)根据我国已经确定的探月工程计划，整个探月工程分为三个阶段，一期工程为“绕”，二期工程为“落”，三期工程为“回”。我国首颗绕月探测卫星“嫦娥一号”由“长征三号甲”运载火箭成功送入太空，在“嫦娥一号”卫星飞向38万千米外月球的漫长旅途中，需要进行一系列高度复杂又充满风险的动作，即三次绕地球变轨，然后进入地月转移轨道，再三次绕月球变轨，最后绕月球做圆周运动。如图所示是“嫦娥一号”升空的路线图，下列说法正确的是( )
A.图中描述卫星绕地球运动情境的三个椭圆轨道都是以地球为参考系的
B．图中描述卫星绕月球运动情境的三个运动轨道都是以卫星为参考系的
C．图中描述卫星运动情境的所有轨道都是以地球为参考系的
D．图中描述卫星运动情境的所有轨道都是以太阳为参考系的
【解析】选A。卫星绕地球运行的三个椭圆轨道是以地球为参考系的，卫星绕月球运行的三个运动轨道是以月球为参考系的，故选项A正确。
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地球可以看作质点的条件
地球运动时，自身的大小和形状相对于研究问题可以忽略时，可以看成质点，否则，不能看成质点。
(1)地球自转时，地球不能看成质点。
(2)地球公转时，地球可以看成质点。
标准性
被选为参考系的物体都是假定不动的，被研究的物体是运动还是静止，都是相对于参考系而言的
任意性
任何物体都可以作为参考系
同一性
比较多个物体的运动或同一物体在不同阶段的运动时，必须选择同一个参考系
差异性
对于同一个物体的运动，选择不同的参考系，观察结果一般不同