鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 空间和时间学案

这是一份鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 空间和时间学案，共11页。

知识点一 机械运动
1．机械运动：一个物体相对其他物体的位置随时间的变化，简称运动，是物质运动的一种基本形式。
2．参考系
(1)定义：用来描述物体运动的参照物。
(2)选取原则：参考系的选取是任意的，一般以地面为参考系。
同一物体的运动，选择不同的参考系，观察的结果可能不同。
1：思考辨析(正确的画√，错误的打×)
(1)参考系只能选择静止的物体。(×)
(2)自然界中没有绝对静止的物体。(√)
(3)一个物体的运动情况与选择的参考系无关。(×)
知识点二 空间位置的描述
1．位置的确定：研究物体的运动，首先应该描述物体的空间位置。在物理学中，通常需要借助数学方法，通过建立坐标系来描述物体的位置。
2．坐标系的选取：如果物体做直线运动，物体的空间位置可以用一维坐标系描述；如果物体在平面内做曲线运动，其位置可以采用二维直角坐标系来描述。
“参考系”和“坐标系”有何联系？
提示：参考系——只能定性分析物体的运动。
坐标系——能定量分析物体的运动。
2：思考辨析(正确的画√，错误的打×)
(1)因为－5<5，所以在一维坐标系中，5 m的位置比－5 m的位置距离原点远一些。 (×)
(2)若A、B两点坐标分别为3 m、－6 m，则两点相距9 m。(√)
(3)坐标系应建立在参考系上。(√)
知识点三 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，通常都用t表示。
2．在表示时间的轴上，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。
如图示中甲、乙两同学的对话中，哪个指时间？哪个指时刻？
提示：甲指时间，乙指时刻。
3：思考辨析(正确的画√，错误的打×)
(1)时刻就是一瞬间，即一段很短的时间。(×)
(2)一分钟可分为60个时刻。(×)
(3)第2 s末和第3 s初指的是同一时刻。(√)
考点1 参考系
中国的动车组列车分为三大级别：高速动车组(时速250公里及其以上，标号G，主要对应高速铁路，还没有上限时速)、一般动车组或中速动车组(标号D，时速160公里至200公里，主要对应快速铁路)、低速动车组(时速140公里，以适应城市轻轨)。如图是正高速行驶的动车中站立的“动姐”。
(1)在火车站上的人来看，她们随动车以很大的速度快速运动，那动车上站立的两位“动姐”感觉自己在高速运动吗？
(2)她们若观察窗外的景色，能感觉自己在高速运动吗？
提示：(1)不运动 (2)运动
1．选取参考系的必要性
只有选取了参考系，物体的运动才具有实际意义，也就是说，只有选择了参考系，物体的运动才具有唯一性，物体的运动规律才能唯一确定。
2．参考系选取的三原则
(1)任意：参考系的选取是任意的，任何物体都可以被选作参考系。
(2)方便：参考系的选取应该遵循方便性原则和简单性原则，也就是说，无论将哪一个物体选作参考系，应该使问题的研究更方便、更简单，杜绝使问题复杂化的情况。
(3)实用：一般选取地面为参考系。
【典例1】 (2020·四川眉山高一上期末)万众瞩目的庆祝中华人民共和国成立70周年阅兵式上，受阅方队军容严整、精神抖擞，依次通过天安门，接受祖国和人民的检阅，出色地完成了受阅任务。如图为战旗方队以同一速度通过天安门广场时的精彩场面，在此过程中，下列说法正确的是 ( )
A．以战旗旗杆为参考系，战旗方队车辆是静止的
B．以战旗方队车辆为参考系，天安门城楼是静止的
C．以该方队的领队车辆为参考系，该方队的其他车辆是运动的
D．以地面为参考系，战旗是静止的
A [以战旗旗杆为参考系，战旗方队车辆是静止的，选项A正确；以战旗方队车辆为参考系，天安门城楼是运动的，选项B错误；以该方队的领队车辆为参考系，该方队的其他车辆是静止的，选项C错误；以地面为参考系，战旗是运动的，选项D错误。]
判断参考系的两种方法
(1)静物法：在明确观察到的现象中，什么物体是运动的，什么物体是静止的，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描述中的结果一致。若一致，该物体可能就是参考系。
eq \([跟进训练])
1．(2020·北京首都师范大学附中高一上测试)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是运动的；若丙物体以乙物体为参考系，则丙物体( )
A．一定是静止的
B．一定是运动的
C．有可能是静止的，也有可能是运动的
D．运动情况无法判断
B [甲物体以乙物体为参考系是静止的，说明甲相对于乙的位置没有改变。甲物体以丙物体为参考系是运动的，说明甲相对于丙的位置是改变的，则以乙物体为参考系，丙物体的位置一定是改变的，即丙物体一定是运动的，选项B正确。]
考点2 空间位置的描述
甲图是某运动员正在百米赛道上自南向北全力奔跑，乙图是冰场上的花样滑冰运动员，丙图是空中的飞机。
甲 乙 丙
为了准确的描述三者的位置，分别建立怎样的坐标系合适？
提示：甲图：一维坐标系。
乙图：二维坐标系。
丙图：三维坐标系。
1．建立坐标系的两条原则
(1)坐标原点应建立在参考系上。
(2)对坐标方向的选取要使对物体运动规律的描述尽量简便。
2．坐标系的种类
(1)一维坐标系：如果物体沿直线运动，以这条直线为x轴，在直线上规定原点、正方向和标度，建立一维坐标系，如图甲所示。
(2)二维坐标系：当物体在某一平面内做曲线运动时，需要用两个相互垂直的坐标确定它的位置，即二维坐标系(平面坐标)，如图乙所示。
(3)三维坐标系：当物体在空间内运动时，如踢出的足球在空中运动，需要采用三个坐标确定它的位置，即三维坐标系(空间坐标)，如图丙所示。
甲 一维坐标系 乙 二维坐标系 丙 三维坐标系
【典例2】 如图所示是为了定量研究物体的位置变化作出的坐标轴(x轴)。在画该坐标轴时规定原点在某长直公路上某广场的中心，公路为南北走向，规定向北为正方向。坐标轴上有两点A和B，A点的位置坐标为xA＝5 m，B点的位置坐标为xB＝－3 m，下列说法中正确的是( )
①A点位于广场中心南边5 m处；②A点位于广场中心北边5 m处；③B点位于广场中心南边3 m处；④B点位于广场中心北边3 m处。
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
思路点拨：(1)在直线坐标系上，要明确坐标原点、正方向和单位长度。
(2)根据位置坐标确定所在位置到坐标原点的距离。
D [坐标值的正、负只表示方向，正号表示方向与所规定的正方向相同，负号表示方向与所规定的正方向相反。本题中规定原点在某长直公路上某广场的中心，向北为正方向，A点的坐标为正值，表示A点位于广场中心北边5 m处，②正确；B点的坐标为负值，表示B点位于广场中心南边3 m处，③正确，故正确选项为D。]
描述物体空间位置的方法
(1)选定参考系，以参考系为坐标原点，建立坐标系，应明确坐标轴的正方向及其标度大小。
(2)根据物体相对参考系的距离及方位，在坐标系中找出与物体位置相对应的坐标点。
eq \([跟进训练])
2．如图所示，某人从学校门口A处开始散步，先向南走了50 m到达B处，再向东走100 m到达C处，最后又向北走了150 m到达D处，则A、B、C、D各点位置如何表示？
[解析] 本题考查坐标系的建立方法。可以以A点为坐标原点，向东为x轴的正方向，向北为y轴的正方向建立坐标系，如图所示，则各点坐标为A(0,0)，B(0，－50 m)，C(100 m，－50 m)，D(100 m，100 m)。
[答案] 见解析
考点3 时间的描述
2019年09月25日08：54：00在酒泉卫星发射中心，成功发射云海一号02星。212秒后，整流罩分离，10分钟后，星箭分离。
在上面给出的数据中，哪些指的是时间？哪些指的是时刻？
提示：212秒，10分钟指的是时间，08：54：00指的是时刻。
1．时刻与时间的区别和联系
2．用时间轴表示时间和时刻
(1)第1 s内、第2 s内、第3 s内、…、第n s内指的都是时间，都为1 s。
(2)最初2 s内、最后3 s内、…、最初n s内都是指时间，在数值上对应所述值。
(3)第1 s末(第2 s初)、第2 s末(第3 s初)、…、第n s末，都是指时刻。如图所示，第3 s末和第8 s初都是时刻，第5 s末和第6 s初是同一时刻(在时间轴上是同一点)。第2 s初到第3 s末的时间间隔为2 s。
【典例3】 以下各种关于时间和时刻的说法中正确的是( )
A．列车员说“火车8点42分到站”指的是时间
B．“前3秒”“最后3秒”“第3秒”指的都是时间
C．“第1秒末”“最后1秒”指的都是时刻
D．轮船船务员说本班轮船离港时间为17点25分指的是时间
B [“火车8点42分到站”指的是一个时间点，是时刻，故A错误；“前3秒”“最后3秒”“第3秒”指的是时间的长度，都是时间，故B正确；“第1秒末”指的是时刻，“最后1秒”指的是时间，故C错误；17点25分指的是一个时间点，是时刻，故D错误。]
判断时刻与时间的两种方法
(1)根据上下文判断：分析所给的说法，根据题意去体会和判断。时刻对应的是某一事件或运动的状态；时间对应的是事件或运动的过程。
(2)利用时间轴判断：画出时间轴，把所给的时刻和时间表示出来，对应一个点的是时刻，对应一段线段的是时间。
eq \([跟进训练])
3．(2020·河北邢台高一上选科调研)关于图示时间轴上的时刻和时间间隔，下列说法正确的是 ( )
A．t1表示时刻，其含义是第1 s末或第2 s初
B．t3表示时刻，其含义是第2 s末或第3 s初
C．t1～t2表示时间间隔，其含义是2 s内
D．t0～t3表示时间间隔，其含义是2 s内
A [t1表示时刻，其含义是第1 s末或第2 s初，故A正确；t3表示时刻，其含义是第4 s初或第3 s末，故B错误；t1～t2表示时间间隔，大小为1 s，表示第2 s内，故C错误；t0～t3表示时间间隔，大小为3 s，表示前3 s内，故D错误。]
1．(多选)下列关于运动的说法正确的是( )
A．物体的位置没有变化就是不运动
B．两物体间的距离没有变化，两物体一定都是静止的
C．自然界中没有不运动的物体，运动是绝对的，静止是相对的
D．为了研究物体的运动，必须先选参考系，平常说的运动或静止是相对于地球而言
CD [物体的位置对某一参考系不变，但对另一参考系位置可能变化，物体在运动，故A错误；两物体间距离没有变化，两者可能静止，也可能以相同的速度运动，故B错误；对于不同的参考系，同一物体可能静止，也可能运动，由于参考系的选择是任意的，故C、D正确。]
2．关于坐标系，下列说法错误的是( )
A．建立坐标系是为了定量描述物体的位置和位置变化
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
C [坐标系是建立在参考系上的，是用来定量描述物体的位置及位置变化的，A、B正确，C错误；物体做直线运动时描述需要建立一维直线坐标系，做平面曲线运动时需建立平面直角坐标系，D正确。]
3．(2020·湖北武汉六中高一上月考)关于时间和时刻，下列说法中正确的是( )
A．时刻表示时间短，时间表示时间长
B．1 min只能分成60个时刻
C．学校作息时间表上的数字表示时刻
D．物体在第5 s内指的是物体在4 s末到5 s初这1 s的时间
C [时间是指时间的长度，在时间轴上对应一段距离，时刻是指时间点，在时间轴上对应的是一个点。时刻是指时间点，时间是指时间的长度，即时间的间隔，故A错误；1分钟可以分成无数个时刻，故B错误；学校作息时间表上的数字表示时刻，故C正确；在第5 s内指的是物体在4 s末到5 s末这1 s的时间，故D错误。]
4．(新情境题，以战斗机空中加油为背景，考查参考系)如图是2019年10月1日，庆祝中华人民共和国成立70周年阅兵时，战斗机飞越天安门上空展示空中加油时的情境。
(1)以战斗机为参考系，可以认为加油机是运动的还是静止的，请做出解释。
(2)以地面上的房屋为参考系，可以认为加油机是运动的还是静止的，请做出解释。
[解析] (1)静止的。加油机相对于战斗机位置不变，以战斗机为参考系，加油机是静止的。
(2)运动的。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考系，加油机是运动的。
[答案] 见解析
回归本节知识，自我完成以下问题：
1参考系选取有哪三个原则？有哪两种方法？
提示：三原则：任意、方便、实用。
两方法：静物法、假设法。
2描述物体位置的坐标系有哪几种？
提示：一维坐标系、二维平面坐标系、三维空间坐标系。
3时间和时刻在时间坐标轴上如何区分？
提示：时间对应一段线段，时刻对应一个点。
核心素养
学习目标
物理观念
知道运动的多样性，初步形成参考系、坐标系及时间的概念。
科学思维
理解时间和时刻的区别，并能用时间数轴来描述物体运动过程中的时刻和时间。
科学探究
学会从常见的生活实际现象中体验不同参考系中物体的运动是相对的。
科学态度与责任
通过对参考系及时间的学习，体验物理知识、规律与现实生活的联系。
时刻
时间(间隔)
区别
时刻对应于物体所处的位置或状态
时间(间隔)对应于物体所经历的某段过程
时刻只有先与后，而没有长短之分
时间(间隔)没有先与后的区别，只有长短之分
在时间轴上，时刻用一个点表示
在时间轴上，时间用线段表示
联系
(1)两个时刻的间隔即为时间
(2)时间能够展示物体运动的一个过程，好比是一段录像；时刻可以显示物体运动的一个瞬间，好比是一张照片。由一张张连续的照片可以组成录像，一系列连续时刻的积累便构成了时间