物理必修 第一册1 质点 参考系学案及答案

质点 参考系

【学习目标】

物理观念：理解质点的概念，知道参考系的概念

科学探究：物体看作质点的条件

科学思维：理解质点是理想化模型，会判断物体能否看作质点，会选择参考系描述物体的运动

科学态度与责任：体会物理模型在探索自然规律中的作用

【学习重难点】

理解质点是理想化模型，会判断物体能否看作质点，会选择参考系描述物体的运动

【学习过程】

一、知识纲要导引

二、基础导学

（一）物体和质点（自学教材“物体和质点”部分）

1．定义

在某些情况下，确实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，这样的点叫作质点（mass point）．

2．将物体看成质点的两种情况

（1）物体的大小和形状对所研究问题的影响可忽略不计．

（2）物体上各点的运动情况完全相同，整个物体的运动也可以简化为一个点的运动，把物体的质量赋予这个点．

（二）参考系（自学教材“参考系”部分）

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：要描述一个物体的运动，首先要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（reference frame）．

（2）选取：在描述一个物体的运动时，参考系可以任意选择．

（3）结果：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．

（三）思考判断

（1）只有体积很小或质量很小的物体才可以看成质点．（    ）

（2）只有运动较慢的物体才可以看成质点．（    ）

（3）在所研究的问题中，物体的形状、大小可以忽略不计时，物体可以看成质点．（    ）

（4）在任何情况下，物体都可以看成质点．（    ）

（5）由于运动是绝对的，描述物体的运动时，无需选定参考系．（    ）

（6）在研究和描述一个物体的运动时，必须选定参考系．（    ）

（7）参考系必须选择地面．（    ）

（8）选择任意物体作参考系来研究物体的运动时，其运动情况是一样的．（    ）

答案：（1）×（2）×（3）√（4）×（5）×（6）√（7）×（8）×

（四）思考与讨论

运动员踢足球的不同部位，会使球产生不同的运动．足球运动中常说的“香蕉球”是球在空中旋转、整体运动径迹为类似香蕉型弧线的一种运动（如图）．在研究如何才能踢出香蕉球时，能把足球看作质点吗？研究什么样的问题可以把足球看作质点？

问题解答：在研究如何才能踢出香蕉球时，不能把球看作质点，因为需要注意球的旋转方向．如果研究足球在空中的香蕉型弧线时，可以把足球看作质点．

（五）启迪思维，突破重点

主题一：质点

问题探究

探究点：撑竿跳高是一项非常刺激的体育运动项目．如图表示撑竿跳高运动的几个阶段：助跑、撑竿起跳、越横杆．讨论并回答下列问题，体会质点模型的建立过程．

（1）教练员针对训练录像纠正运动员的错误动作时，能否将运动员看成质点？

（2）分析运动员的助跑速度时，能否将其看成质点？

（3）测量其所跳高度（判定其是否打破世界纪录）时，能否将其看成质点？

提示：（1）不能，纠正运动员的错误动作时不能忽略运动员的姿势及动作（即运动员的形状及大小）；

（2）能，分析运动员的助跑速度时，可以忽略其姿势及动作（即运动员的形状及大小）；

（3）能，理由同（2）．,

质点的特点

① 占有位置，不占有空间．

② 可代替物体的全部质量．

知识链接：此问题探究是质点摸型的建立过程．跳高是运动会中的常规比赛项目，运动员能否看成质点取决于研究问题的角度，考查物理核心素养中的“科学思维”中的“模型建构”能力．

探究总结

1．物体能看成质点的条件

（1）在研究物体的运动时，当物体的形状和大小对于所研究的问题可以忽略不计时，物体就可以看成质点．

（2）以下两种情况，物体通常可以看作质点．

① 物体的大小、形状对研究结果没有影响或影响可以忽略时．

② 只研究物体的平动，不研究物体的转动时．

2．质点是一个理想化的“物理模型”

“质点”是对物体的科学抽象，是一个理想模型．

3．质点与物体的大小无关

（1）物体能否看成质点取决于所研究问题的性质，与物体的大小无关．

（2）大的物体有时可以看成质点，如研究地球绕太阳公转时，可以把地球看成质点；小的物体有时不可以看成质点，如研究电子绕原子核旋转时，原子不可以看成质点．

知识链接：实际物体→物理模型的条件是，物体的大小、形状对所研究问题的影响忽略不计．

典例示范

例1、如图所示比赛项目中，可将运动员视为质点的是（    ）

解析：蹦床比赛中运动员的动作是不能忽略的，不能视为质点，故A错误；跳水比赛中运动员的动作是不能忽略的，不能视为质点，故B错误；自行车比赛中运动员相对于跑道来说可以忽略，可以视为质点，故C正确；花样游泳比赛中运动员的动作是不能忽略的，不能视为质点，故D错误．故选C．

答案：C

训练1：（多选）在下述问题中，能够把研究对象当成质点的是（    ）

A．研究“神舟”十一号与“天宫”二号对接时，“神舟”十一号的运动

B．世界花样滑冰锦标赛中，观众观赏运动员的优美动作

C．澳大利亚选手在伦敦奥运会女子100m栏决赛中获得冠军，人们测算运动员飞奔时的速度

D．足球比赛中，研究运动员抛出的球的运动弧线

解析：A错：研究“神舟”十一号与“天宫”二号对接时要考虑“神舟”十一号的运动特征，不能视为质点；B错：花样滑冰时如果把人当成质点，无法研究其动作；C对：研究运动员飞奔时的速度时，我们无需关注其跨栏动作的细节，可以把她当成质点；D对：足球抛出后在研究它的运动弧线时，球的大小和旋转对于研究的问题可以忽略，故可以看成质点．

答案：CD

主题二：参考系

问题探究

探究点1：参考系选取原则

“你没动。”而路上的小女孩说：“真快！”关于司机和小女孩对乘车人运动状态的描述为什么会出现这两种不同的现象呢？

提示：乘车人和车具有相同的速度，保持相对静止，司机以汽车为参考系，认为乘车人是静止的；相对地面来说，汽车在运动，小女孩以地面为参考系，看到的乘车人是运动的．,

探究点2：运动和静止的相对性

在我国古典小说《镜花缘》中有这样一句话：“去岁一阵大风，把我院一口井忽然吹到篱笆外去．”为什么“井”会被“吹到篱笆外去”？

提示：运动和静止是相对的，一个物体的运动状态的确定，关键取决于所选取的参考系．所选取的参考系不同，得到的结论也不一定相同．人之所以看到“井”会被“吹到篱笆外去”，说明说这句话的人是以篱笆为参考系的；如果以地面为参考系，水井相对于地面的位置没有发生变化，所以井是静止的．因此一般人不相信一口井会被大风吹到篱笆外去．

探究总结

1．参考系的选取原则

（1）选取参考系一般应根据研究对象和研究对象所在的系统来决定．研究地面上物体的运动时，常选取地面或相对地面静止的物体作为参考系．

（2）参考系的选取可以是任意的．在实际问题中，参考系的选取以研究问题方便、对运动的描述尽可能简单为原则．

2．参考系的“四性”

知识链接：

（1）物体一旦被选为参考系，就认为它是静止的．

（2）由于运动的相对性，凡是提到物体的运动，都应该明确它是相对于哪个参考系而言的．

（3）不做特别说明的情况下，一般选取地面为参考系．

（4）如果选取地面为参考系，可以不指明，但若选其他物体为参考系时，必须指明．

典例示范

例2、请根据图片中的情况判断下列说法正确的是（    ）

A．风可能是向左吹的

B．由图中情况可以判断风速大于小红的速度

C．小红的头发相对小红是向右运动的

D．小红向左运动，风是向右吹的，但无法判断小红的速度与风速的大小关系

解题指导：（1）通过烟的飘向风向右吹；（2）通过自行车的方向小红是向左运动的．

解析：通过烟囱冒出烟的偏向，可以得出风是向右吹的，A错误；小红是向左运动的，但是无法判断小红的速度与风速的大小关系，B错误、D正确；小红的头发相对小红静止，C错误．

答案：D

训练2：中国是掌握空中加油技术的少数国家之一．如图所示是我国自行研制的战斗机“歼­10”在空中加油的情景，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­10”战斗机

B．地面上的房屋

C．加油机中的飞行员

D．“歼­10”战斗机里的飞行员

解析：加油机相对于“歼­10”战斗机位置不变，以“歼­10”战斗机为参考系，加油机是静止的，故A错误；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，故B正确；加油机相对于加油机中的飞行员位置不变，以加油机中的飞行员为参考系，加油机是静止的，故C错误；加油机相对于“歼­10”战斗机里的飞行员位置不变，以“歼­10”战斗机里的飞行员为参考系，加油机是静止的，故D错误．

答案：B

知识链接：判断物体是否运动的一般思路．

（1）根据参考系的选取原则选取参考系．

（2）看物体与所选参考系之间的位置是否发生变化．

（3）若改变，则物体是运动的；若不变，则物体是静止的．

（六）达标检测

1．在研究物体的运动时，力学中引入“质点”的概念，从科学方法上来说属于（    ）

A．极限分析物理问题的方法

B．观察实验的方法

C．建立理想物理模型的方法

D．等效替代的方法

解析：质点的引入是忽略次要因素，抓住主要因素，是一种建立理想物理模型的方法．

答案：C

2．下列有关运动的描述中，参考系的选取符合描述的是（    ）

A．诗句“飞流直下三千尺”是以“飞流”作为参考系的

B．钱塘江观潮时，观众只觉得潮水扑面而来，是以“潮水”为参考系的

C．“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”描写“轻舟”是以“万重山”为参考系的

D．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

解析：A错：诗句“飞流直下三千尺”是以“山体”为参考系的．B错：钱塘观潮时，观众只觉得潮水扑面而来，是以“堤岸”为参考系的．C对：“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”描写“轻舟”是以“万重山”为参考系的．D错：升国旗时，观察到国旗冉冉升起，观察者是以“旗杆”为参考系的．

答案：C

3．

[2019·吉林吉化一中高一检测]如图所示，四轮马达纳米车是用纳米技术制造的一种新型药物输送系统，它可以在血管中穿行而不会受到人体免疫系统的攻击．下列情况中可以把纳米车看作质点的是（    ）

A．研究纳米车的组成时

B．研究纳米车马达的工作时

C．研究纳米车如何治疗疾病时

D．研究纳米车运动的距离时

解析：研究纳米车的组成时，涉及车的形状与大小，此时不可以将纳米车看作质点，故A错误；研究纳米车马达的工作时，其形状不能忽略，不能看作质点，故B错误；研究纳米车如何治疗疾病时，要考虑车的动作，不能用一个点代替，故C错误；

研究纳米车运动的距离时，车的形状能忽略，能看作质点，故D正确．故选D．

答案：D

4．[2019·银川高一检测]2020年东京奥运会将滑板列入了比赛项目，如图是体育摄影中“追拍法”的成功之作，摄影师眼中清晰的滑板运动员是静止的，而模糊的背景是运动的，摄影师用自己的方式表达了运动的美．请问摄影师选择的参考系是（    ）

A．大地

B．太阳

C．滑板运动员

D．步行的人

解析：“追拍法”是跟踪运动的物体，将运动的物体看作是静止的，该图片是运动的滑板运动员被摄影师当作静止的，而用镜头跟踪，故参考系是滑板运动员．故C正确，A、B、D错误．

答案：C

5．如图所示的物体或人，可以看作质点的是（    ）

解析：研究列车通过100m站台所用的时间，列车的长度相对于100m不能忽略，故不能看作质点，故A错误；研究绕月球运动的“嫦娥三号”卫星，卫星虽然也不小，但相对于其轨道长度来说很小，故可看作质点，故B正确；我们主要是观看单杠比赛中运动员的动作，所以形状是不可忽略的，故不能看作质点，故C错误；演员在表演精彩芭蕾舞时，我们主要是观看演员的动作，所以形状是不可忽略的，故不能看作质点，故D错误．

答案：B