物理必修 第一册1 质点 参考系导学案

这是一份物理必修 第一册1 质点 参考系导学案，共14页。

第1节　质点　参考系 []20#@2%2*版^新教材教辅[]
学习目标
核心素养形成脉络
1．理解质点的概念，知道质点是一种理想化模型，并可以判断物体是否可以看作质点。
2．理解参考系的概念，知道运动具有相对性。
3．对参考系能灵活应用，并能掌握相对速度的计算。



一、物体和质点
1．机械运动：物体空间位置随时间的变化称为机械运动。 []《优化方&*案%^》教@辅[]
2．质点的定义：忽略物体的形状和大小，把物体简化为一个有质量的物质点，这样的点叫作质点。
3．把物体看作质点的条件：物体的形状和大小对研究问题的影响可以忽略。
4．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，是经常采用的一种科学研究方法。质点就是一种理想化模型。
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：为了描述物体的运动而假定为不动、用来作参考的物体。
(2)选取
①参考系的选取是任意的，但选取的参考系不同，结论往往不同，通常选地面为参考系。
②参考系既可以是静止的物体，也可以是运动的物体。
③选择不同的参考系来观察同一个物体的运动，其结果往往会有所不同(选填“会有所不同”或“一定相同”)。 []《~优*^化方案》&教@辅[]
[]~^《优&化方案》教辅@*[]
1．判断下列说法是否正确。
(1)很小的物体一定能看成质点。(　　) []2~0&22版*新^教材教辅[#]
(2)做直线运动的物体一定能看成质点。(　　)
(3)自然界中没有绝对静止的物体。(　　)
(4)只能选择静止的物体作为参考系。(　　)
(5)一个物体的运动情况与参考系的选择无关。(　　)
(6)“抬头望明月，月在云中行”，诗句中描述的运动选取的参考系是月球。(　　)
提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×
2．(2020·齐齐哈尔三立中学月考)“嫦娥四号”月球探测器成功在月球背面软着陆，并且着陆器与巡视器(“玉兔二号”月球车)成功分离，这标志着我国的航天事业又一次腾飞，下列说法正确的是(　　)
A．研究“嫦娥四号”飞往月球的运行轨道时，可以将其看成质点
B．研究“玉兔二号”月球车在月球表面运动的姿态时，可以将其看成质点
C．以月球为参考系，地球是静止的
D．“玉兔二号”月球车静止在月球表面时，其相对于地球也是静止的
解析：选A。研究“嫦娥四号”飞往月球的运行轨道时，嫦娥四号的大小和形状可以忽略，可以将其看成质点，故A正确；研究“玉兔二号”月球车在月球表面运动的姿态时，“玉兔二号”月球车的大小和形状不能忽略，不能将其看成质点，故B错误；以月球为参考系，地球是运动的，故C错误；“玉兔二号”月球车静止在月球表面时，其相对月球是静止的，相对地球是运动的，故D错误。

探究一　质点和理想化模型
[]~2022^版@新教材*教&辅[]
在乒乓球比赛中，如果要研究乒乓球的运动轨迹，此时乒乓球能否被看成质点？如果要研究上旋球或下旋球对接球的影响时，此时乒乓球还能否被看成质点？请你试着说出理由。 []*202%2@版新教材教^辅[~]

[要点提示]　 研究乒乓球的运动轨迹时，乒乓球的大小和形状可以忽略，因此乒乓球可以被看成质点；但是研究乒乓球的旋转时，就不可将其看成质点。

1．对物理模型的理解
(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，建立物理模型是经常采用的一种科学研究方法。
(2)物理模型作为一种理想化模型，是为了研究问题的方便而对实际问题的科学抽象，实际中并不存在。
2．对质点的理解
(1)物体能否被视为质点，不是取决于物体的大小，而是看物体的形状和大小对研究问题的影响是否可忽略。
(2)同一物体在不同的问题情景中有的可被视为质点，有的则不能被视为质点。
　(2020·福建厦门一中月考)在物理学中，突出问题的主要方面，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。质点就是这种物理模型之一。下列情况中，可以把该物体看成质点的是(　　)
A．研究正在做广播体操的同学其动作是否标准时
B．研究高速旋转的乒乓球其旋转特点时
C．研究绕太阳周而复始运动的地球其公转轨迹时
D．研究“和谐号”动车通过厦门杏林大桥所用的时间时
[解析]　研究正在做广播体操的同学其动作是否标准时，该同学的形状不能忽略，不能将其看成质点，A错误；研究旋转的乒乓球的旋转特点时，乒乓球的形状和大小不能忽略，不能将其看成质点，B错误；研究地球绕太阳公转时，地球的大小远小于公转半径，地球可以被看成质点，C正确；研究“和谐号”动车通过大桥的时间时，火车的长度不能忽略，不能将其看成质点，D错误。
[答案]　C
[针对训练1]　(2020·山西高一月考)截至9月18日8时30分，“天问一号”探测器飞行里程已达1.55亿公里，距离地球1 800万公里，各系统工作正常，探测器状态良好。“天问一号”预计2021年2月被火星引力捕获，进入环火轨道，着陆巡视器预计于2021年5月降落火星。关于“天问一号”，下列说法正确的是(　　) []2#02%^2版新教材@&教辅[]
A．研究“天问一号”展开太阳能帆板过程时可以将其看成质点 []&^《*优化方案》教~辅[#]
B．研究“天问一号”从地球奔向火星的运行轨迹时可以将其看成质点
C．分析“天问一号”运行途中调整姿态过程时可以将其看成质点 []2022@版*#新教~材&教辅[]
D．估测“天问一号”进入环火轨道时距火星的距离，不能将其看成质点 []《优&化~方案》教#*辅%[]
解析：选B。研究“天问一号”展开太阳能帆板过程时，不能忽略“天问一号”的大小和形状，不可将其看成质点，A错误；研究“天问一号”从地球奔向火星的运行轨迹时，可以忽略“天问一号”的大小和形状，可以将其看成质点，B正确；分析“天问一号”运行途中调整姿态过程时，不能忽略“天问一号”的大小和形状，不可将其看成质点，C错误；估测“天问一号”进入环火轨道时距火星的距离时，可以忽略“天问一号”的大小和形状，可以将其看成质点，D错误。
[针对训练2]　在以下情况中关于质点的说法正确的是(　　)
A．观察“辽宁舰”航空母舰上的“歼－15”战斗机起飞时，可以把航空母舰看作质点
B．研究“玉兔”号从“嫦娥”的怀抱中“走”出来，即两器分离过程中“玉兔”一连串技术含量极高的“慢动作”时，“玉兔”号可看作质点
C．研究“玉兔”号巡视器巡视月球时的运动轨迹时，“玉兔”号巡视器可被视为质点
D．研究自行车的运动时，因为车轮在转动，所以无论什么情况下，自行车都不能被看成质点
解析：选C。观察“辽宁舰”航空母舰上的“歼－15”战斗机起飞时，航空母舰的长度不能忽略，所以不可以把航空母舰看作质点，故A错误；研究“嫦娥”“玉兔”两器分离过程中的技术动作时，不能把“玉兔”看成质点，故B错误；研究“玉兔”号巡视器巡视月球时的运动轨迹时，物体的大小和形状能忽略，可将其看成质点，故C正确；研究自行车的运动时，若研究自行车的平动时，自行车可以看成质点，故D错误。
探究二　参考系的理解和应用

如图所示，坐在火车里的乘客为什么说火车没有动呢？站在站台上的小朋友为什么说火车运动好快呢？怎样描述物体的运动情况呢？

[要点提示]　火车相对于乘客没有发生位置的变动，所以乘客以自己为参考说火车没有动；火车相对于站台及站台上的小朋友的位置在快速变化，所以小朋友以站台为参考说火车运动好快。由上面的分析可知，要描述一个物体的运动情况，需要先选择某个其他物体作为参考，观察物体的位置相对于选定的“其他物体”是否随时间变化，以及怎样变化。

1．四个特性
相对性
用来做参考系的物体都是假定不动的，被研究的物体是运动的还是静止的，都是相对于参考系而言的
任意性
参考系的选择具有任意性，但应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为原则
同一性
比较不同物体的运动时，应该选择同一参考系
差异性
同一运动选择不同的参考系，观察结果可能不同
2．两点说明
(1)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。
(2)无论物体原来的运动状态如何，一旦这个物体被选为参考系，就认为它是静止的。
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[]《优%化方案@》#~教辅^[]
观光电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，有一面或几面的轿厢壁是透明的，乘客在乘坐电梯时，可以观看轿厢外的景物。某正在匀速上升的观光电梯如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．以电梯为参考系，远处的建筑物是静止的
B．小女孩以自己为参考系会觉得电梯外的景物正在匀速下降
C．研究电梯通过某位置时，电梯能被看成质点
D．研究电梯从一楼到十六楼的运动速度时，不可以将电梯看成质点
[解析]　以电梯为参考系，远处的建筑物是运动的，A错误；因为电梯相对地面上升，小女孩以自己为参考系会觉得电梯外的景物正在匀速下降，B正确；研究电梯通过某位置时，电梯大小不能忽略，电梯不能被看成质点，C错误；研究电梯从一楼到十六楼的运动速度时，电梯的大小可以忽略不计，可以将电梯看成质点，D错误。
[答案]　B []~《@*^优化#方案》教辅[]
[针对训练3]　(2020·甘肃天水高一期中)如图所示，一架执行救援任务的直升机悬停在空中，救生员抱着伤病员，缆绳正在将他们拉上飞机。若以救生员为参考系，则处于静止状态的是(　　)
[]#《优&化方~*%案》教辅[]
A．伤病员 B．直升机
C．地面 D．直升机驾驶员 []《优化@#~方^案&》教辅[]
解析：选A。若以救生员为参考系，直升机、地面和直升机驾驶员都在向下运动，伤病员相对救生员位置不变，处于静止状态。
[针对训练4]　 []《~优化方@案^》*教辅[&]

如图所示，飞行员跳伞后飞机上的其他飞行员(甲)和地面上的人(乙)观察跳伞飞行员的运动后，引发了对跳伞飞行员运动状况的争论，下列说法正确的是(　　)
A．甲、乙两人的说法中必有一个是错误的
B．他们的争论是由于选择的参考系不同
C．研究物体运动时不一定要选择参考系
D．选择的参考系只能是相对于地面静止的物体
解析：选B。甲、乙两人的争论是由于选择的参考系不同，A错误，B正确；研究物体的运动一定要选择参考系，C错误；参考系的选择具有任意性，D错误。

1．(质点和理想化模型)(2020·湖南雅礼中学高一月考)Science刊登的一篇报道，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时，可以把蚂蚁看作质点
C．研究蚂蚁的走路姿态时，可以把蚂蚁看作质点 []《#优~化方&案*》教辅[^]
D．小蚂蚁可以被看作质点，大蚂蚁不能被看作质点
解析：选B。蚂蚁腿的长短对蚂蚁的行为有明显的影响，不能将蚂蚁看作质点，故C错误； 研究蚂蚁走过的轨迹时，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结果是否有影响，故A、D错误。
2．(质点和理想化模型)第32届夏季奥林匹克运动会在日本东京举行。东京成为亚洲奥运史上第一个举办两次夏季奥运会的城市，在评判下列运动员的比赛成绩时，运动员可视为质点的是(　　)

解析：选A。马拉松比赛时，由于路程长，运动员的体积可以忽略，可以将其视为质点，A符合题意；跳水时，评委要关注运动员的动作，所以不能将运动员视为质点，B不符合题意；击剑时评委需要观察运动员的肢体动作，不能将其视为质点，C不符合题意；体操比赛时评委主要根据体操运动员的肢体动作进行评分，所以不能将其视为质点，D不符合题意。
3．(参考系的理解和应用)某人坐在甲船上看到乙船在运动，那么相对河岸不可能的是(　　)
A．甲船不动，乙船在运动
B．甲船运动，乙船不动
C．甲、乙两船都在运动
D．甲、乙两船以相同的速度运动
解析：选D。某人坐在甲船上看到乙船在运动，可能甲船不动，乙船在运动，A有可能，不符合题意；某人坐在甲船上看到乙船在运动，可能甲船运动，乙船不动，B有可能，不符合题意；某人坐在甲船上看到乙船在运动，可能甲、乙两船都在运动，且速度不相等，C有可能，不符合题意；某人坐在甲船上看到乙船在运动，甲、乙两船不可能以相同的速度运动，D不可能，符合题意。
4．(参考系的理解和应用)(2020·定远县育才学校月考)青龙峡景点有“中原第一峡谷”美誉，这里气候独特，水源丰富，植被原始完整，是生态旅游的好去处。乘坐索道缆车观赏怡人的风景以外，还能感觉悬挂在高空的刺激感。对于正在乘坐索道缆车观光的某游客来说，以下说法正确的是(　　)

A．以自己为参考系，看到缆车向对面走去
B．以对面的山为参考系，自己静止不动
C．以自己为参考系，看到同一缆车里的人向对面的山不断靠近 []《优化%方^&案@》教*辅[]
D．以所乘坐的缆车为参考系，看到两边的青山绿树向身后走去
解析：选D。以自己为参考系，看到缆车静止不动，同一缆车里的人静止不动，故A、C错误；以对面的山为参考系，相对于山靠近的过程中，看到自己向山运动，故B错误；以所乘坐的缆车为参考系，看到两边的青山绿树向身后走去，故D正确。
(限时：25分钟)
【合格考练】
1．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，可以把物体简化为一个有质量的点，即质点。物理学中，把这种在原型的基础上，突出问题的主要方面，忽略次要因素，经过科学抽象而建立起来的客体称为(　　)
A．控制变量 B．理想模型
C．等效代替 D．科学假说
解析：选B。当问题受多个因素(变量)影响时，“只改变其中的某一个因素”，从而研究这个因素对问题的影响；分别(单独)研究各个因素对问题的影响，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。把复杂的问题简单化，摒弃次要因素，抓住主要因素，对实际问题进行理想化处理，通过建立模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法称为理想模型法。等效替代法是在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下，将实际的、陌生的、复杂的物理问题和物理过程用等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程代替来研究和处理的方法。科学假说是指“根据已有的科学知识和新的科学事实对所研究的问题作出的一种猜测性陈述。”它是将认识从已知推向未知，进而变未知为已知的必不可少的思维方法，是科学发展的一种重要形式。综上可见B正确。 []@2022#版新教%材教&辅[^]
2．明代诗人曾写下这样一首诗：“空手把锄头，步行骑水牛；人在桥上走，桥流水不流。”其“桥流水不流”中的“桥流”应理解成其选择的参考系是(　　) []%2022版^新@教材*教&辅[]
A．桥 B．水
C．人 D．地面
解析：选B。“桥流水不流”中的“桥流”选择的参考系是水，故B正确。
3．在热气球直线上升过程中，若认为热气球的吊篮是静止的，所选取的参考系是(　　)
A．热气球 B．地面上的房屋
C．地面上的树木 D．地面上的电线杆
解析：选A。热气球与热气球上的吊篮具有相等的速度，所以，若以热气球为参考系，则吊篮是静止的，故A正确；若以地面上的房屋、地面上的树木以及地面上的电线杆为参考系，则吊篮是运动的，故B、C、D错误。
4．(2020·福建建瓯市芝华中学月考)“水乡过夏至，龙船吃荷饭”。6月20日，广东东莞水乡麻涌群众欢聚在华阳湖国家湿地公园500亩的荷塘里，有的在划动龙舟，有的在吃龙船饭。有甲、乙两条龙舟在平直的水道上并排行驶，甲舟内的乘客看见远处的树木向东移动，乙舟内的乘客认为甲舟静止。如果以地面为参考系，上述事实表示(　　)
A．甲舟向西运动，乙舟不动
B．乙舟向西运动，甲舟不动
C．甲舟向西运动，乙舟向东运动
D．甲、乙两舟以相同的速度都向西运动
解析：选D。以地面为参考系，甲舟内的乘客看见远处的树木向东移动，则甲舟向西运动；乙舟内的乘客认为甲舟静止，则两舟速度相等，即甲、乙两舟以相同的速度都向西运动。
5．以下比赛项目中，可将运动员视为质点的是(　　)

解析：选C。蹦床技巧中要考虑运动员的动作，故不能简化为质点，A错误；跳水时要考虑运动员的姿态，故不能看成质点，B错误；自行车4 km追逐赛中自行车的大小和体积可以忽略不计，可以简化为质点，C正确；花样游泳中要考虑运动员的姿态，运动员的形状不能忽略，所以不能看成质点，D错误。
6．(多选)2019年7月12日上午，中国人民解放军在南海海域举行海上大阅兵，共有48艘战舰接受检阅。图甲是正在接受检阅的一字排列的舰队，图乙是正在接受检阅的“辽宁舰”上歼－15 战机的起飞表演。下列说法正确的是(　　)

A．若以大海为参考系，图甲中各艘舰艇是运动的 []#*^&《优化方案》教%辅[]
B．若以一字舰队为参考系，图甲中各艘舰艇是运动的
C．若以“辽宁舰”为参考系，图乙中正在起飞的歼－15战机是运动的 []20@2#2版%新教材教^辅[*]
D．若以“辽宁舰”为参考系，图乙中准备起飞的歼－15战机是运动的
解析：选AC。若以大海为参考系，图甲中各艘舰艇是运动的，若以一字舰队为参考系，图甲中各艘舰艇是静止的，故A正确，B错误；若以“辽宁舰”为参考系，图乙中正在起飞的歼－15战机是运动的，准备起飞的歼－15战机是静止的，故C正确，D错误。
【等级考练】
7．(2020·安徽宁国中学月考)在平直公路上，甲以10 m/s的速度向东运动，甲相对自己以7 m/s的速度水平向后抛出物体乙。则物体乙被抛出瞬间以下说法正确的是(　　)
A．以甲为参考系，乙以3 m/s的速度远离
B．以乙为参考系，甲以3 m/s的速度靠近
C．以地面为参考系，乙以3 m/s的速度向东运动
D．以地面为参考系，乙以17 m/s的速度向西运动
解析：选C。由于甲相对自己以7 m/s的速度水平向后抛出物体乙，则以甲为参考系，乙以7 m/s的速度远离，以乙为参考系，甲以7 m/s的速度远离，故A、B错误；由于甲以10 m/s的速度向东运动，甲相对自己以7 m/s的速度水平向后抛出物体乙，则以地面为参考系，乙以3 m/s的速度向东运动，故C正确，D错误。
8．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，在物体下落过程中，下列说法正确的是(　　)
A．从飞机上看，物体静止
B．从飞机上看，物体始终在飞机的后方
C．从地面上看，物体做曲线运动
D．从地面上看，物体做直线运动
解析：选C。从飞机上看，就是以飞机为参考系，由于下落物体在水平方向的运动与飞机相同，所以看到物体是竖直向下运动，即做直线运动，A、B错误；从地面上看，就是以地面为参考系，这时物体除了竖直向下运动，还有水平方向的运动，其轨迹为曲线，如同在地面上某一高度水平抛出一小石块的轨迹，C正确，D错误。
9．(2020·安庆一中高一测试)热气球运动起源于18世纪的法国，随着球皮材料和致热燃料的普及，热气球已成为公众休闲观光和体育旅游项目。在一次观光游览中，甲、乙、丙三人各乘一个热气球，甲看到楼房匀速上升，乙看到甲匀速上升，甲看到丙匀速上升，丙看到乙匀速下降。那么，从地面上看，关于甲、乙、丙的运动情况说法可能正确的是(　　)
A．甲、乙匀速下降，v乙v甲，丙匀速下降，且v丙>v甲 []~《@*^优化方案#》教辅[]
C．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速上升
D．以上说法均不对 []《优化@*方案%^》教&辅[]
解析：选C。楼房和地面相当于同一参考系，所以，甲是匀速下降。乙看到甲匀速上升，说明乙也是匀速下降，且v乙>v甲。甲看到丙匀速上升，有三种可能：丙静止，丙匀速上升，丙匀速下降且v丙