高中物理第一章 运动的描述综合与测试学案设计

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物理观念:能了解时间、位移、速度和加速度的内涵,初步了解标量和矢量;能将时间、位移、速度和加速度等概念与生活中的相关现象联系起来;能从物理学的视角观察身边的运动现象。
科学思维:能在特定情境中将物体抽象为质点,知道建立质点模型的条件与方法;能结合瞬时速度、加速度概念的建构,体现研究物理问题的极限方法和抽象思维的方法;知道物理研究需要证据;有质疑的意识。
科学探究:具有一定的问题意识;通过平均速度与瞬时速度的比较,对瞬时速度的测量方法有所了解;能说明获得瞬时速度数据的理由;能与他人交流。
科学态度与责任:知道物理学研究的很多问题就在身边,对自然界有好奇心,具有探索的兴趣;知道物理学能解决人们生产生活中的一些问题。
1 质点 参考系
[课标引领]
一、物体和质点
篮球场上,运动员每一次的投篮命中都在为观众们奉献着精彩表演。在研究运动员投篮瞬间篮球的转动时,能忽略篮球的形状和大小吗?在研究什么样的问题时可以忽略篮球的形状和大小?
答案:不能;篮球离手瞬间的转动情况,可以影响其在空中运行的稳定性,故不能忽略其形状和大小。研究篮球从离手到投进篮筐的轨迹时,可以忽略其形状和大小。
1.定义:忽略物体的大小和形状,把物体简化为一个具有质量的点,这样的点叫作质点。
2.物体看成质点的条件
(1)当物体的大小和形状对所研究问题的影响可忽略不计时,物体可看成质点。
(2)物体上各点的运动情况完全相同,任意一点的运动完全能反映整个物体的运动,物体可看成质点。
3.理想化模型: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。质点就是一种理想化模型。
二、参考系
坐在火车里,看到对面的火车缓缓开动,等到站台出现,才知道对面的火车根本就没有动,而是自己乘坐的火车开动了,请问对面火车缓缓开动和自己乘坐的火车开动分别怎么解释?
答案:对面火车缓缓开动,是对面火车相对于自己乘坐的火车在动;自己乘坐的火车开动,是相对于站台在动。
1.定义:在描述物体的运动时,用来作为参考的物体叫作参考系。
2.选取原则:参考系可以任意选择,一般以地面为参考系。但在具体问题中,要考虑研究问题的方便性。
3.对观察结果的影响:选择不同的参考系观察同一个物体的运动,观察结果会有所不同。
1.判断
(1)很小的物体一定能看作质点,较大的物体有时也能看作质点。( × )
(2)质点是为了突出问题的主要因素,忽略次要因素而建立的理想化模型。( √ )
(3)参考系必须选取地面或相对于地面静止的其他物体。( × )
2.在女排比赛中,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。
3.在摩托艇比赛中,两艘摩托艇都向南行驶,前面的摩托艇比后面的摩托艇快,若以前面的摩托艇为参考系,后面的摩托艇向哪方向行驶?若以后面的摩托艇为参考系,前面的摩托艇向哪方向行驶?
答案:向北;向南
探究点一 对质点的理解
研究地球自转时,能否将地球看作质点？为什么?研究地球公转时,能否将地球看作质点？为什么?
答案:研究地球的自转时,需要考虑地球各部分运动情况的差异,不能将其看作质点;研究地球绕太阳公转时,关注的是地球整体的运动,可以将地球看作质点。
1.理想化模型
(1)“理想化模型”是为了使研究的问题得以简化或研究问题方便而进行的一种科学的抽象,实际并不存在。
(2)“理想化模型”是以研究目的为出发点,突出问题的主要因素,忽略次要因素而建立的物理模型。
(3)“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.对质点的理解
[例1]下列比赛项目中,在裁判员评判运动员的成绩时,运动员可以看成质点的是( A )
解析:马拉松比赛时,运动员的大小和形状可以忽略,可以看成质点,故A正确;跳水比赛时要研究运动员的姿态,其大小和形状不能忽略,故不能视为质点,故B错误;击剑比赛时,要注重分析人的动作,人的大小和形状不能忽略,故不能看成质点,故C错误;体操比赛时,要注重分析人的动作,人的大小和形状不能忽略,故不能看成质点,故D错误。
质点概念判断的误区
(1)质点不同于几何中的“点”,质点有物体的全部质量,而几何中的点没有质量。
(2)同一物体在不同的运动情境中,有时可视为质点,有时则不能视为质点,不能说“平动的物体一定能看作质点,转动的物体一定不能看作质点”,也不能说“小的物体一定能看作质点,大的物体一定不能看作质点”。关键还是看研究的问题中物体的大小和形状是否可以忽略不计。
[针对训练1] 如图所示,下列几种情况下的物体,哪些可将物体当作质点来处理?( C )
A.图甲研究正在吊起货物的起重机的运动时
B.图乙研究正在旋转的硬币的运动时
C.图丙研究太空中宇宙飞船的位置时
D.图丁研究转动的门的运动时
解析:A、B、D选项中的研究对象的大小、形状忽略后,起重机、硬币、门的运动将无法研究,故A、B、D选项中的研究对象不能被当作质点;C选项中忽略宇宙飞船的大小、形状后,对于确定宇宙飞船的位置无影响,故C项中的宇宙飞船可以被当作质点。
探究点二 参考系的理解及应用
地面上的人看到飞机在高空飞行,此时飞机中的乘务员与乘客正在交流,但他们彼此看对方却是静止的。为什么人们的看法会不一样?
答案:地面上的人看到飞机在高空飞行,是以地面作为参考系;飞机中正在交流的乘务员与乘客彼此看对方却是静止的,他们是以飞机作为参考系。
1.参考系的理解
2.参考系的六性
[例2] 观察图中屋顶的炊烟和小红头发的飘动方向,可知风与小红的运动情况,其中正确的是( B )
A.风是向左吹的,小红向左运动的速度比风的小
B.风是向左吹的,小红向左运动的速度比风的大
C.风是向右吹的,小红是向左运动的
D.风是向左吹的,小红是向右运动的
解析:选地面为参考系,由屋顶的炊烟方向可知风向左吹。因为小红的头发向右飘,所以小红一定向左运动且速度比风速大,故选项B正确。
判定参考系的两种方法
(1)静物法: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观察到的结果一致。若一致,该物体可能就是参考系。
[针对训练2] 火炬传递是各种重大体育赛事的重要环节。在某次运动会火炬传递中,观察到同一地点的旗帜和甲、乙两火炬手所传递的圣火火焰如图所示。关于甲、乙两火炬手相对于静止旗杆的运动情况,下列说法中正确的是( D )
A.甲、乙两火炬手一定都在向右运动
B.甲、乙两火炬手一定都在向左运动
C.甲火炬手一定向右运动,乙火炬手一定向左运动
D.甲火炬手可能停止了运动,乙火炬手一定向左运动
解析:根据旗帜的飘动情况可知风向左吹。甲火炬手所传递的圣火火焰向左飘,所以甲火炬手相对于旗杆可能静止,也可能向右运动,还可能向左运动,但此时的运动速度比风速小;乙火炬手所传递的圣火火焰向右飘,表明乙火炬手相对于旗杆一定向左运动,且运动速度比风速大,综上可知,选项D正确。
课时作业
1.物理学中引入“质点”的概念,从科学研究方法上来说属于( A )
A.建立理想模型的方法
B.观察实验的方法
C.类比的方法
D.逻辑推理的方法
解析:“质点”只有质量而没有大小,它是为了研究问题简单而引入的理想化的模型,所以从科学方法上来说属于建立理想模型的方法,故A正确,B、C、D错误。
2.关于质点,下列说法中正确的是( C )
A.体积小的物体一定可以看作质点
B.质量小的物体一定可以看作质点
C.质点是一种理想化模型
D.研究火车过桥的时间,一定可以把火车看作质点
解析:当物体的形状、大小对所研究的问题没有影响时,可以把它看成质点,与体积和质量的大小无关,如原子的体积、质量都很小,当研究原子的转动时,不能把原子看作质点,故A、B错误;质点是只计质量,不计大小、形状的一个几何点,是实际物体在一定条件下的科学抽象,是一种理想化的模型,故C正确;研究火车过桥的时间,火车的长度不能忽略,故火车不能看作质点,故D错误。
3.关于参考系,下列说法中正确的是( A )
A.在研究和描述一个物体的运动时,必须选定参考系
B.由于运动是绝对的,描述运动时,无需选定参考系
C.选取不同的参考系来观察同一个物体的运动,观察的结果一定是不同的
D.研究地面上物体的运动时,必须选地球为参考系
解析:对同一个物体的运动情况,选定不同的参考系,其运动形式一般是不同的,故研究和描述一个物体的运动时,必须选定参考系,选项A正确,B错误;参考系的选取是任意的,一般为使研究问题简单方便,习惯上选地球为参考系,选取不同的参考系来观察同一个物体的运动,观察的结果往往是不同的,但不是一定不同,选项C、D错误。
4.关于直升机,以下说法正确的是( D )
A.研究直升机的螺旋桨旋转动作时可以把飞机看作质点
B.因为直升机很大,所以不能看作质点
C.以飞行员为参考系,直升机是运动的
D.以地面为参考系,直升机是运动的
解析:研究直升机螺旋桨旋转动作时,不能忽略直升机的大小和形状,选项A错误;研究直升机经过天安门的飞行轨迹时可以将直升机视为质点,选项B错误;以飞行员为参考系,直升机是静止的,以地面为参考系,直升机是运动的,选项C错误,D正确。
5.“空手把锄头,步行骑水牛。人从桥上过,桥流水不流。”从物理学的角度看,其中“桥流水不流”所选择的参考系是( A )
A.水B.牛
C.桥D.人
解析:“桥流水不流”可以理解为桥在运动,水是静止的。以水为参考系,桥相对于水的位置发生了变化,则桥是运动的,选项A正确。
6.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( B )
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; 蚂蚁能否看作质点与其大小无关,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。
7.(多选)如图所示,“神舟十号”飞船发射升空后,经多次变轨与“天宫一号”目标飞行器在距地面343 km高处成功交会对接,下列所述情况中,运载火箭或组合体可以看作质点的是( AD )
A.确定火箭升空约150 s时距地面的高度
B.分析助推器与火箭的分离过程时
C.研究“神舟十号”与“天宫一号”的交会对接过程
D.研究“神舟十号”与“天宫一号”的组合体在距地面343 km 高处绕地球飞行的轨迹
解析:确定火箭距地面的高度时,其形状和大小可以忽略;分析助推器与火箭的分离过程以及“神舟十号”与“天宫一号”的交会对接过程时,其形状和大小不能忽略;研究组合体在距地面343 km高处绕地球飞行的轨迹时,其形状和大小可以忽略,故选项A、D正确。
8.如图所示是体育摄影中“追拍法”的成功之作,摄影师眼中清晰的滑雪运动员是静止的,而模糊的背景是运动的,摄影师用自己的方法表达了运动的美。请问摄影师选择的参考系是( C )
A.大地 B.太阳
C.摄影师 D.步行的人
解析:摄影师与滑雪运动员以相同的速度运动,摄影师以自己为参考系观察,这样滑雪运动员就是静止的,背景就是运动的,故C项正确。
9.下列有关运动的描述中,参考系的选取符合描述的是( B )
A.诗句“飞流直下三千尺”是以“飞流”作为参考系的
B.“月亮在云中穿行”说的是月亮相对云的运动
C.升国旗时,观察到国旗冉冉升起,观察者是以国旗为参考系的
D.“钱塘观潮时,观众只觉得潮水扑面而来”是以潮水为参考
系的
解析:“飞流”是相对于山在动,参考系是山,故A错误;“月亮在云中穿行”,说的是月亮相对云的运动,故B正确;升国旗时,观察到国旗冉冉升起,观察者是以地面为参考系的,故C错误;钱塘观潮时,“潮水扑面而来”是相对于观众来说的,是以观察者自己为参考系的,故D错误。
10.公路上向左匀速行驶的汽车如图甲,经过一棵果树附近时,恰有一颗果子从上面自由落下,图乙是其运动的轨迹。则地面上的观察者看到的运动轨迹是 ,车中人以车为参考系看到的果子的运动轨迹是 。(不计阻力)
解析:果子从树上自由下落相对地面是直线运动,故地面上的观察者将看到轨迹C。车内的人以车为参考系,果子下落的同时,将相对车向右运动,故其看到的轨迹应是B。
答案:C B
学业质量水平要求
合格性考试
1.形成初步的质点和参考系的概念,知道质点是一种理想化模型。
2.知道参考系的作用及选取原则,能解决简单的实际问题
选择性考试
1.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.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
科学抽象
质点是对实际物体的科学抽象,是一种理想化模型,真正的质点是不存在的
可看作质
点的条件
一个物体能否被看作质点,要看物体的大小、形状在所讨论的问题中是主要因素还是次要因素:若是次要因素,即使物体很大,也能看作质点;相反,若是主要因素,即使物体很小,也不能看作质点
质点与几
何中的“点”
的区别
质点是对实际物体进行科学抽象的模型,有质量,只忽略了物体的大小和形状;几何中的“点”仅仅表示空间中的某一位置
选取参考
系的作用
描述物体是否运动首先要选择一个参考系,以此为标准来衡量物体是运动还是静止的,参考系一旦确定,对物体运动的描述也是唯一确定的。一个物体是运动还是静止,都是相对于参考系而言的。解答物理问题时若能巧妙地选择参考系,则可使解题过程大为简化
选择参考
系的原则
(1)理论上讲,参考系的选取是任意的。
(2)选取参考系以描述运动尽可能简单为原则,通常选地面或相对地面静止的物体为参考系。
(3)在解题过程中,如果选地面作为参考系可以不指明,但选其他物体作为参考系时必须指明
自主建构
教材链接
教材第12页“思考与讨论”提示:
(1)在硏究如何才能踢出香蕉球时,足球的形状、大小不可忽略,不能把足球看作质点
(2)足球的形状、大小对研究对象的影响可以忽略时,可以把足球看作质点