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高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 质点和位移备课ppt课件
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 质点和位移备课ppt课件，共35页。PPT课件主要包含了基础探究，合作探究，实践应用，知识梳理，形成概念掌握新知，理想化，初位置，末位置，思考与自测，思考判断等内容，欢迎下载使用。
一、质点1.定义:物理学中,把用来代替物体的具有 的点称为质点。2.将物体视为质点的条件:在研究物体的运动时,如果物体的 和 对所研究问题的影响可忽略不计时,我们就可以把该物体简化成一个具有 的点,即质点。3.质点不是真实的物体,它是一种 的物理模型。二、位移1.位移是一个既有大小又有方向的物理量,用一条从 指向 的有向线段表示,用字母s表示。
2.大小和方向:有向线段的 表示位移的大小,箭头的方向由初位置指向末位置,表示位移的方向。3.物理意义:物理学中用位移来描述物体的位置变化。4.矢量和标量(1)矢量:既有大小又有方向的物理量,如位移。(2)标量:只有大小没有方向的物理量,如质量。
(1)质点是一种对实际物体的科学抽象,是一种理想化的物理模型。( )
(2)很小的物体一定能视为质点。( )(3)做直线运动的物体一定能视为质点。( )(4)位移是矢量,有方向,而路程是标量,无方向。( )(5)位移用来描述直线运动,路程用来描述曲线运动。( )(6)位移取决于物体的初、末位置,路程取决于物体实际运动的路径。( )
(1)“香蕉球”的特点是球在空中旋转,整体运动轨迹有一个弧度,其运动路线像香蕉一样,所以被人们称为香蕉球。上述运动的球什么情况下可视为质点?什么情况下不能视为质点?
答案:研究球的运动轨迹时,不用考虑球的大小和形状,可以视为质点;研究球在空中的旋转时,要考虑球的具体旋转方向,不能视为质点。
(2)如图所示,一辆轿车从超市出发,向东行驶了300 m到达电影院,继续行驶了150 m到达度假村,又向西行驶了950 m到达博物馆,最后回到超市。以超市所在的位置为原点,以向东的方向为正方向,求轿车从电影院经度假村到博物馆的位移与路程分别为多少。
答案:轿车从电影院经度假村到博物馆的位移为s=-500 m-300 m=-800 m,负号表示其方向与规定的正方向相反,即方向向西。其路程为x=150 m+950 m=1 100 m。
在如图所示的女排比赛中,研究女排比赛中选手扣球的动作时能否将运动员视为质点?确定运动员在球场上的位置时能否将运动员视为质点?
答案:研究女排比赛中选手扣球动作时,运动员的形状对研究结果有较大影响,因此运动员不可视为质点;但研究运动员在球场上的位置时可将运动员视为质点。
1.质点的特点(1)质点不同于几何“点”:质点是用来代替物体的有质量的点,其特点是只有质量,没有大小、体积、形状,它与几何“点”有本质的区别。(2)质点是一种“物理模型”。①物理模型是在物理研究中,突出问题的主要因素,忽略次要因素而建立的理想化模型,是物理学经常采用的一种科学研究方法,质点就是典型的物理模型之一。②物理模型作为一种理想化模型,是为了研究问题方便而对实际问题的科学抽象,实际中并不存在。
2.实际物体可视为质点的常见情况
[例1] 观察题中所示四幅图,对图中各运动物体的描述正确的是( )A.图甲中研究投出的篮球的运动路径时不能将篮球看成质点B.图乙中观众欣赏体操表演时不能将运动员看成质点C.图丙中研究地球绕太阳公转时不能将地球看成质点D.图丁中研究子弹射穿苹果的时间时可将子弹看成质点
解析:研究投出的篮球的运动路径时,可以将篮球看成质点,故A错误;观众欣赏体操表演时,不可以把运动员看成质点,否则无法欣赏动作,故B正确;研究地球绕太阳公转时,可以忽略地球的大小,可以看作质点,故C错误;研究子弹穿过苹果的时间时,子弹的大小不能忽略,不能把子弹看作质点,故D错误。
判断物体能否被视为质点的基本思路(1)确定问题的性质,即研究目的、观察的重点是什么。(2)假设物体的形状、大小被忽略,成了一个有质量的“点”。(3)思考所要研究的问题或进行的观察是否受影响。若受影响,物体不能被视为质点;若不受影响,物体就能被视为质点。
[针对训练1] (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态、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
解析:测试无人战斗机的飞行速度或确定其位置时,不需要考虑其形状、大小,可将其看成质点,A、C正确;而观察无人战斗机飞行姿态或确定关键部位时,都必须考虑其形状、大小,不能看成质点,B、D错误。
要点二 位移和路程的区别与联系
某同学去参观清华、北大等学校,并设计出行路线,路线起点是郑州,终点是北京。他有三种方式可供选择:乘长途汽车、坐高铁和乘飞机。
答案:(1)三种出行方式的路程不同,但初位置一样,末位置一样,即位置的变化相同。
(1)三种出行方式的路程是否相同?位置的变化是否相同?
(2)如何描述位置的变化?
答案:(2)可以用一条从郑州到北京的有向线段即位移来描述位置的变化。
1.位移和路程的区别与联系
2.矢量和标量的区别(1)矢量是有方向的,标量没有方向。(2)标量的运算法则为算术运算法则,即初中所学的加、减、乘、除等运算方法;矢量的运算法则为以后要学到的平行四边形定则。(3)矢量大小的比较要看其数值的绝对值大小,绝对值大的矢量大,“+”“-”只代表方向。
[例2] 一个人晨练,按如图所示,走半径为R的中国古代的八卦图运动,中央的S部分是两个直径为R的半圆。他从A点出发沿曲线ABCOADC行进。求:
[思路点拨] 解此题应注意两点:(1)路程是运动轨迹的长度,而位移为初、末位置间的有向线段。(2)求位移时要求出位移的大小和方向。
(1)他从A点第一次走到O点时的位移的大小和方向;(2)他从A点第一次走到D点时的位移和路程。
解析:(1)从A点第一次走到O点时,位移的大小等于线段AO的长度,即s1=R,位移的方向为正南。
位移的两种计算方法(1)几何法:根据位移的定义先画出有向线段,再根据几何知识计算。(2)坐标法:写出初、末位置坐标,位移即为末位置坐标减初位置坐标,结果中的正、负号表示位移方向。
[针对训练2] (2022·福建三明月考)如图所示,某同学沿平直路面由A点出发前进了100 m到达斜坡底端的B点,又沿倾角为60°的斜坡前进了100 m到达C点,则该同学的位移大小为 ,路程为 。
答案:173.2 m 200 m
要点三 对位移—时间图像的理解及应用
如图所示,一位同学为了描述一列火车沿直线轨道的运动情况,画出了它的位移—时间图像。
答案:(1)90 m。
(1)火车离开出发点的最远距离是多大?
(2)火车在2.5～3 min时间内运动情况如何?
(3)火车的位移—时间图像是火车的运动轨迹吗?
答案:(3)不是,位移—时间图像表示位移随时间变化的规律。
1.图像坐标轴的物理意义(1)横轴表示时间,纵轴表示位移,纵坐标与位置相对应,因此,纵坐标的变化表示位移。(2)纵轴的正方向表示位移的正方向,位移的正方向是任意规定的。因为sAB=sB-sA,若sB-sA>0,则位移为正,说明物体沿正方向运动。2.位移—时间图像中点、线、斜率及截距的意义(1)点:表示运动物体在某时刻处在某位置。若在同一坐标系中两条运动图线相交,交点表示两物体同时到达同一位置,两物体相遇。
(2)线:图线反映了运动物体的位移随时间的变化规律。运动图线不是运动轨迹。(3)斜率:图线的斜率(也就是纵坐标变化量与对应的横坐标变化量的比值)表示物体运动的快慢。斜率大,则物体运动得快,斜率小,则物体运动得慢。(4)截距:图线与横轴的截距表示物体处在规定的零位置的时刻;图线与纵轴的截距表示零时刻物体所处的位置。
[例3] (多选)如图所示是做直线运动的甲、乙两物体的s-t图像,下列说法中正确的是( )A.两物体都是从坐标原点出发的B.两物体是同时出发的C.当t=t2时,两物体相遇D.当t=t3时,两物体相距s1
解析:甲在零时刻从坐标为s1的位置出发;乙在t1时刻从坐标原点出发,故A、B错误;当t=t2时,两物体到达同一位置而相遇,故C正确;当t=t3时,甲位于s=0 处,乙运动至s=s1处,所以此时两物体相距s1,故D正确。
在分析处理直线运动的位移—时间图像问题时,应注意以下几点:(1)无论物体的位移—时间图像是直线还是曲线,物体均做直线运动。(2)物体开始运动的初始位置由t=0时的位移即纵轴的截距决定。(3)物体的位移越来越大,表示物体沿着正方向运动,反之物体沿负方向运动。
[针对训练3] 质点沿直线运动,其位移—时间图像如图所示。关于质点的运动,下列说法中正确的是( )A.前2 s内位移为“-”,后2 s内位移为“+”,所以2 s末质点改变了运动方向B.2 s末质点的位移为零,该时刻质点处于静止状态C.质点在2 s时间内的位移大小为0D.质点在4 s时间内的位移大小为0.4 m,方向与规定的正方向相同
解析:由图像可知,质点从-0.2 m处出发沿正方向运动至0.2 m处,用时4 s,故A错误;s t图像的斜率表示运动的快慢,质点在4 s内的运动快慢不变,质点在2 s末运动至原点处,并不会停止运动,2 s内的位移大小为0.2 m,故B、C错误;质点在4 s内的位移大小为0.4 m,方向与规定正方向相同,故D正确。
模型·方法·结论·拓展
构建质点模型的思维方法1.物理学中的理想化模型(1)“理想化模型”是以研究目的为出发点,抓住问题的主要因素,忽略次要因素,突出事物的主要特征而进行的一种科学的抽象,实际并不存在。(2)“理想化模型”是在一定程度和范围内对客观存在的复杂事物的一种近似反映,是物理学中经常采用的一种研究方法。
2.在物理学的研究中,“理想化模型”的建立具有十分重要的意义。引入“理想化模型”,可以使问题的处理大为简化而又不会产生大的偏差。在现实世界中,有许多实际的事物与这种“理想化模型”十分接近,在一定条件下,作为一种近似,可以把实际事物当作“理想化模型”来处理,即可以将研究“理想化模型”的结果直接应用于实际事物。
[示例] 研究人员发现在蚂蚁体内似乎存在一种“计步器”,将蚂蚁腿加长后,蚂蚁会“过家门而不入”,而“截肢”后的蚂蚁还没有到家就开始寻找巢穴。下列说法正确的是( )A.蚂蚁很小,一定可以看作质点B.研究蚂蚁走过的轨迹,可以把蚂蚁看作质点C.研究蚂蚁的走路姿态,可以把蚂蚁看作质点D.小蚂蚁可以看作质点,大蚂蚁不能看作质点
解析:研究蚂蚁的走路姿态时,不能把蚂蚁看作质点,故A、C错误;研究蚂蚁走过的轨迹,可以不考虑蚂蚁的形状,把蚂蚁看作质点,故B正确;能否看作质点与蚂蚁的大小无关,只取决于蚂蚁的大小和形状对研究内容是否有影响,故D错误。
科学·技术·社会·环境
出行好帮手——导航地图导航地图是一项网络地图服务,覆盖了国内近400个城市、数千个区县。在导航地图里,用户可以查询街道、商场、楼盘的地理位置,也可以找到离用户最近的餐馆、学校、银行、公园等等。导航地图提供了丰富的公交换乘、驾车导航的查询功能,为用户提供最适合的路线规划。不仅知道要找的地点在哪,还可以知道如何前往。同时,导航地图还为用户提供了完备的地图功能(如搜索提示、视野内检索、全屏、测距等)。在新版的导航地图服务中对步行导航进行了升级,对于步行出行很重要的天桥、地下通道、人行道、广场、公园、阶梯等设施,导航地图能更智能、更准确地给出导航路线。
一、质点1.定义:物理学中,把用来代替物体的具有 的点称为质点。2.将物体视为质点的条件:在研究物体的运动时,如果物体的 和 对所研究问题的影响可忽略不计时,我们就可以把该物体简化成一个具有 的点,即质点。3.质点不是真实的物体,它是一种 的物理模型。二、位移1.位移是一个既有大小又有方向的物理量,用一条从 指向 的有向线段表示,用字母s表示。
2.大小和方向:有向线段的 表示位移的大小,箭头的方向由初位置指向末位置,表示位移的方向。3.物理意义:物理学中用位移来描述物体的位置变化。4.矢量和标量(1)矢量:既有大小又有方向的物理量,如位移。(2)标量:只有大小没有方向的物理量,如质量。
(1)质点是一种对实际物体的科学抽象,是一种理想化的物理模型。( )
(2)很小的物体一定能视为质点。( )(3)做直线运动的物体一定能视为质点。( )(4)位移是矢量,有方向,而路程是标量,无方向。( )(5)位移用来描述直线运动,路程用来描述曲线运动。( )(6)位移取决于物体的初、末位置,路程取决于物体实际运动的路径。( )
(1)“香蕉球”的特点是球在空中旋转,整体运动轨迹有一个弧度,其运动路线像香蕉一样,所以被人们称为香蕉球。上述运动的球什么情况下可视为质点?什么情况下不能视为质点?
答案:研究球的运动轨迹时,不用考虑球的大小和形状,可以视为质点;研究球在空中的旋转时,要考虑球的具体旋转方向,不能视为质点。
(2)如图所示,一辆轿车从超市出发,向东行驶了300 m到达电影院,继续行驶了150 m到达度假村,又向西行驶了950 m到达博物馆,最后回到超市。以超市所在的位置为原点,以向东的方向为正方向,求轿车从电影院经度假村到博物馆的位移与路程分别为多少。
答案:轿车从电影院经度假村到博物馆的位移为s=-500 m-300 m=-800 m,负号表示其方向与规定的正方向相反,即方向向西。其路程为x=150 m+950 m=1 100 m。
在如图所示的女排比赛中,研究女排比赛中选手扣球的动作时能否将运动员视为质点?确定运动员在球场上的位置时能否将运动员视为质点?
答案:研究女排比赛中选手扣球动作时,运动员的形状对研究结果有较大影响,因此运动员不可视为质点;但研究运动员在球场上的位置时可将运动员视为质点。
1.质点的特点(1)质点不同于几何“点”:质点是用来代替物体的有质量的点,其特点是只有质量,没有大小、体积、形状,它与几何“点”有本质的区别。(2)质点是一种“物理模型”。①物理模型是在物理研究中,突出问题的主要因素,忽略次要因素而建立的理想化模型,是物理学经常采用的一种科学研究方法,质点就是典型的物理模型之一。②物理模型作为一种理想化模型,是为了研究问题方便而对实际问题的科学抽象,实际中并不存在。
2.实际物体可视为质点的常见情况
[例1] 观察题中所示四幅图,对图中各运动物体的描述正确的是( )A.图甲中研究投出的篮球的运动路径时不能将篮球看成质点B.图乙中观众欣赏体操表演时不能将运动员看成质点C.图丙中研究地球绕太阳公转时不能将地球看成质点D.图丁中研究子弹射穿苹果的时间时可将子弹看成质点
解析:研究投出的篮球的运动路径时,可以将篮球看成质点,故A错误;观众欣赏体操表演时,不可以把运动员看成质点,否则无法欣赏动作,故B正确;研究地球绕太阳公转时,可以忽略地球的大小,可以看作质点,故C错误;研究子弹穿过苹果的时间时,子弹的大小不能忽略,不能把子弹看作质点,故D错误。
判断物体能否被视为质点的基本思路(1)确定问题的性质,即研究目的、观察的重点是什么。(2)假设物体的形状、大小被忽略,成了一个有质量的“点”。(3)思考所要研究的问题或进行的观察是否受影响。若受影响,物体不能被视为质点;若不受影响,物体就能被视为质点。
[针对训练1] (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态、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
解析:测试无人战斗机的飞行速度或确定其位置时,不需要考虑其形状、大小,可将其看成质点,A、C正确;而观察无人战斗机飞行姿态或确定关键部位时,都必须考虑其形状、大小,不能看成质点,B、D错误。
要点二 位移和路程的区别与联系
某同学去参观清华、北大等学校,并设计出行路线,路线起点是郑州,终点是北京。他有三种方式可供选择:乘长途汽车、坐高铁和乘飞机。
答案:(1)三种出行方式的路程不同,但初位置一样,末位置一样,即位置的变化相同。
(1)三种出行方式的路程是否相同?位置的变化是否相同?
(2)如何描述位置的变化?
答案:(2)可以用一条从郑州到北京的有向线段即位移来描述位置的变化。
1.位移和路程的区别与联系
2.矢量和标量的区别(1)矢量是有方向的,标量没有方向。(2)标量的运算法则为算术运算法则,即初中所学的加、减、乘、除等运算方法;矢量的运算法则为以后要学到的平行四边形定则。(3)矢量大小的比较要看其数值的绝对值大小,绝对值大的矢量大,“+”“-”只代表方向。
[例2] 一个人晨练,按如图所示,走半径为R的中国古代的八卦图运动,中央的S部分是两个直径为R的半圆。他从A点出发沿曲线ABCOADC行进。求:
[思路点拨] 解此题应注意两点:(1)路程是运动轨迹的长度,而位移为初、末位置间的有向线段。(2)求位移时要求出位移的大小和方向。
(1)他从A点第一次走到O点时的位移的大小和方向;(2)他从A点第一次走到D点时的位移和路程。
解析:(1)从A点第一次走到O点时,位移的大小等于线段AO的长度,即s1=R,位移的方向为正南。
位移的两种计算方法(1)几何法:根据位移的定义先画出有向线段,再根据几何知识计算。(2)坐标法:写出初、末位置坐标,位移即为末位置坐标减初位置坐标,结果中的正、负号表示位移方向。
[针对训练2] (2022·福建三明月考)如图所示,某同学沿平直路面由A点出发前进了100 m到达斜坡底端的B点,又沿倾角为60°的斜坡前进了100 m到达C点,则该同学的位移大小为 ,路程为 。
答案:173.2 m 200 m
要点三 对位移—时间图像的理解及应用
如图所示,一位同学为了描述一列火车沿直线轨道的运动情况,画出了它的位移—时间图像。
答案:(1)90 m。
(1)火车离开出发点的最远距离是多大?
(2)火车在2.5～3 min时间内运动情况如何?
(3)火车的位移—时间图像是火车的运动轨迹吗?
答案:(3)不是,位移—时间图像表示位移随时间变化的规律。
1.图像坐标轴的物理意义(1)横轴表示时间,纵轴表示位移,纵坐标与位置相对应,因此,纵坐标的变化表示位移。(2)纵轴的正方向表示位移的正方向,位移的正方向是任意规定的。因为sAB=sB-sA,若sB-sA>0,则位移为正,说明物体沿正方向运动。2.位移—时间图像中点、线、斜率及截距的意义(1)点:表示运动物体在某时刻处在某位置。若在同一坐标系中两条运动图线相交,交点表示两物体同时到达同一位置,两物体相遇。
(2)线:图线反映了运动物体的位移随时间的变化规律。运动图线不是运动轨迹。(3)斜率:图线的斜率(也就是纵坐标变化量与对应的横坐标变化量的比值)表示物体运动的快慢。斜率大,则物体运动得快,斜率小,则物体运动得慢。(4)截距:图线与横轴的截距表示物体处在规定的零位置的时刻;图线与纵轴的截距表示零时刻物体所处的位置。
[例3] (多选)如图所示是做直线运动的甲、乙两物体的s-t图像,下列说法中正确的是( )A.两物体都是从坐标原点出发的B.两物体是同时出发的C.当t=t2时,两物体相遇D.当t=t3时,两物体相距s1
解析:甲在零时刻从坐标为s1的位置出发;乙在t1时刻从坐标原点出发,故A、B错误;当t=t2时,两物体到达同一位置而相遇,故C正确;当t=t3时,甲位于s=0 处,乙运动至s=s1处,所以此时两物体相距s1,故D正确。
在分析处理直线运动的位移—时间图像问题时,应注意以下几点:(1)无论物体的位移—时间图像是直线还是曲线,物体均做直线运动。(2)物体开始运动的初始位置由t=0时的位移即纵轴的截距决定。(3)物体的位移越来越大,表示物体沿着正方向运动,反之物体沿负方向运动。
[针对训练3] 质点沿直线运动,其位移—时间图像如图所示。关于质点的运动,下列说法中正确的是( )A.前2 s内位移为“-”,后2 s内位移为“+”,所以2 s末质点改变了运动方向B.2 s末质点的位移为零,该时刻质点处于静止状态C.质点在2 s时间内的位移大小为0D.质点在4 s时间内的位移大小为0.4 m,方向与规定的正方向相同
解析:由图像可知,质点从-0.2 m处出发沿正方向运动至0.2 m处,用时4 s,故A错误;s t图像的斜率表示运动的快慢,质点在4 s内的运动快慢不变,质点在2 s末运动至原点处,并不会停止运动,2 s内的位移大小为0.2 m,故B、C错误;质点在4 s内的位移大小为0.4 m,方向与规定正方向相同,故D正确。
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2.在物理学的研究中,“理想化模型”的建立具有十分重要的意义。引入“理想化模型”,可以使问题的处理大为简化而又不会产生大的偏差。在现实世界中,有许多实际的事物与这种“理想化模型”十分接近,在一定条件下,作为一种近似,可以把实际事物当作“理想化模型”来处理,即可以将研究“理想化模型”的结果直接应用于实际事物。
[示例] 研究人员发现在蚂蚁体内似乎存在一种“计步器”,将蚂蚁腿加长后,蚂蚁会“过家门而不入”,而“截肢”后的蚂蚁还没有到家就开始寻找巢穴。下列说法正确的是( )A.蚂蚁很小,一定可以看作质点B.研究蚂蚁走过的轨迹,可以把蚂蚁看作质点C.研究蚂蚁的走路姿态,可以把蚂蚁看作质点D.小蚂蚁可以看作质点,大蚂蚁不能看作质点
解析:研究蚂蚁的走路姿态时,不能把蚂蚁看作质点,故A、C错误;研究蚂蚁走过的轨迹,可以不考虑蚂蚁的形状,把蚂蚁看作质点,故B正确;能否看作质点与蚂蚁的大小无关,只取决于蚂蚁的大小和形状对研究内容是否有影响,故D错误。
科学·技术·社会·环境
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