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1.1 质点 参考系
【扬帆起航系列】2024-2025学年高中物理同步备课必修第一册
授课人：扬帆起航
新人教版（2019）
第一章 运动的描述
01
物体与质点
02
参考系
目录/contents
03
典例分析
亚里士多德
(Aristotle,前384—前322)
不了解运动,
就不了解自然。
高中物理就从了解运动开始
什么是运动？
物体的空间位置随时间变化，是自然界最简单、最基本的运动形式，叫作机械运动（mechanical moion），简称运动。在物理学中，研究物体做机械运动规律的分支叫力学（mechanics）。
生活中随处可见运动的物体，例如玩耍的孩童、行驶的汽车、翱翔的雄鹰......对于这些运动的物体，我们如何准确地描述它们的运动呢？
新课导入
如何描述运动？
运动可以被描述吗？
研究对象
物理情境
有哪些困难？
物体与质点
01
足球在绿茵场上滚动时，它在向前运动的同时还在转动。
雄鹰拍打着翅膀在空中翱翔时，身体在向前运动，但它的翅膀在向前运动的同时还在上下运动。
可见：要准确地描述物体的运动，并不是一件容易的事。
这是因为任何物体都有一定的大小和形状，物体各部分的运动情况一般说来并不一样。
如何准确描述下列运动？
议一议
即忽略“雄鹰”的形状和大小，把它看成只有质量而没有形状和大小的“点”。所以，为了研究问题的方便，常常把很多物体看成一个点来研究。
如果要研究雄鹰是如何飞行的，它的翅膀的运动方式很重要；但是，如果我们只关注雄鹰从哪里移动到了哪里，就不必太在意它的形状，把它看成一个点来描述它的运动就容易了。
分 析
1、定义：用来代替物体的有质量的点叫质点。
它没有大小和形状
它具有物体的全部的质量
它是一种理想化的模型
2、特点：
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，是经常采用的一种科学研究方法。质点这一理想化模型就是这种方法的具体应用。
——模型是重要的抽象方法之一。
——模型是物理概念和物理理论赖以建立的基础。
质点
一个木块沿着固定斜面向下滑动，可以把木块看成质点吗？
木块上各部分的运动情况完全相同（称为平动），木块上任何一点的运动都能反映木块的运动，可以用木块上任意一点的运动代替木块的运动。
整个木块的运动简化为一个点的运动，把木块的质量赋予这个点，它也就成了一个质点。
平动的物体可以取它上面任意一个点当做质点来代替整个物体。
想一想
（1）物体的大小和形状对所研究运动的影响可以忽略不计时，不论物体自身大小如何，都可视为质点。
（2）平动的物体通常可视为质点。如水平传送带上的物体随传送带的运动。
（3）有转动，但相对平动而言可以忽略时，也可以把物体视为质点。如汽车在运行时，虽然车轮转动，若我们关心的是车辆整体的运动快慢，故汽车可看成质点。
说明:转动的物体，在研究与转动有关的物理问题时，不能看作质点。例如研究乒乓球运动员打出的弧旋球（旋转球）。
3、条件：
其中左图为花样滑冰大奖赛冰舞比赛。右图是举世瞩目的男子110米栏的决赛。中国选手刘翔获得金牌，他的成绩为12秒91，打破奥运纪录，同时也追平了世界纪录。图为刘翔在比赛中。
问题：这两幅图中，哪一幅可以将运动员看成质点？
想一想
研究跳水运动员在跳水比赛中的动作，并对其进行技术打分时，能否当成质点？
想一想
研究弯曲山路上行驶得汽车,从甲地到乙地经历的时间，汽车能否看成质点？
只关注物体的整体运动时，整个物体可以看成一个质点。
想一想
科学家研究飞船在太空中的运动位置、高度、速度等问题时，可以忽略其大小和形状，把飞船简化为一个有质量的点（质点）。
想一想
科学家研究飞船在太空中的运动位置、高度、速度等问题时，是否可以忽略其大小和形状？
地球绕太阳公转，同时又在自转。地球到太阳的距离达1.5×108km，而地球的直径只有1.3×104km，在研究地球公转周期或速度的时候，能把地球看做一个质点来研究吗？
地球的直径还不到地日距离的万分之一，在研究地球公转引起的位置变化问题时，由地球的大小引起的运动差异很小，因此，可以忽略地球的大小和形状而把地球视为质点。
如果只研究火车整体的情况，如火车从重庆到奉节运动的时间，能把列车看成一个质点吗？
火车行驶时，尽管它的传动机构及车轮的运动很复杂，但是，当我们只关心火车整体的运动情况时，就可以不考虑上述各部分的运动差异，而用一个质点的运动代替整列火车的运动。
物体的大小和形状对所研究的问题无影响，或者有影响但可以忽略不计。
想一想
4. 实际物体可看成质点的常见情况
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。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？
研究足球的运动轨迹时，不需要考虑球的大小和形状对研究问题的影响，可以把足球看成质点。
研究如何才能踢出香蕉球时，要研究足球的旋转情况，必须考虑球的大小和形状，不能把足球看成质点。
想一想
在研究如何才能踢出香蕉球(弧线球)时，能把足球看作质点吗？
还有哪些物体在一个问题下可以看成质点，在另一个问题下不能看成质点？
说一说
一列长2km的火车，正通过一长10km的高架桥。一名去北大的学生在这列火车上。如果此时火车距离北京有1800km，火车一直以360km/h的速度匀速运动。试问：
⑴如果要你求这列火车还要多长时间到达北京，可不可以把火车看成质点？
⑵如果要你求这列火车通过一座高架桥的时间，可不可以把火车看成质点？
解析：
列车行驶时尽管它的传动机构及车轮的运动很复杂，但我们只关心列车整体的运动情况时，就可以不考虑各部分的运动差异。
⑴因为火车距离北京有1800km，这一距离远远大于火车的长度，可以忽略火车的形状和大小，把火车看成一个质点。
⑵火车通过高架桥的运动虽然可以看成是平动，但是求这列火车通过高架桥的时间时火车长度不可忽略，故不可以把火车看成质点。
【例题】
如果只研究地球公转的周期，地球是否/可以看成质点？如果只研究地球的昼夜更替现象，地球是否还可以看成质点呢？
结论：研究地球公转时，地球本身的大小和形状是次要因素可忽略. 可看成质点；研究地球自转时，地球本身的大小和形状不可忽略. 不能看成质点.
想一想
结论：物体能否看成质点与物体本身的大小和形状无关。
例如：
地球很大，但是在研究地球的公转周期时，可以把地球看成质点；
原子很小，但是在研究原子的内部结构时，不能看成质点。
1.是不是很小的物体才能看作质点，很大的物体不能看做质点？
议一议
2.物理中的“质点”和几何中的点有哪些异同？
相同点：都是没有形状和大小的点。
不同点：质点是实际物体的抽象表示，它具有一定的物理内涵，不仅具有物体的全部质量，而且是一个相对的物理概念；几何中的点没有质量，仅表示位置，而且应该绝对的小。
议一议
判断下列问题中能否将物体看成质点：
①研究火车过电线杆的时间；
②研究火车从上海到北京的时间；
③电子的体积非常小，研究电子自旋；
④研究电子绕原子核一周的时间；
⑤研究体积非常小的原子结构 ；
否
能
否
能
否
小试牛刀
下列关于质点的说法中，正确的是( )
A. 体积很小的物体都可看成质点
B. 质量很小的物体都可看成质点
C. 不论物体的质量多大，只要物体的尺寸对所研究的问题没有影响或影响可以忽略不计时，就可以看成质点
D. 只有低速运动的物体才可看成质点，高速运动的物体不可看作质点
C
小试牛刀
1、在下列各运动中，可以当做质点的有（ ）
A、研究做旋转动作的体操运动员
B、研究远洋航行中巨轮的航行
C、研究转动着的螺旋桨
D、研究绕地球运动的卫星
BD
小试牛刀
2、下列物体或人可以看做质点的是( )
A、研究跳水冠军伏明霞在跳水比赛中的动作
B、研究奥运冠军王军霞在万米长跑中的过程
C、研究我国科学考察团去南极的过程
D、研究一列火车通过某一路标所用的时间
BC
小试牛刀
3、下列情况不能看成质点的是（ ）
A、计算火车通过路口所用的时间
B、研究飞行中的直升机上的螺旋桨的转动情况
C、计算从北京开往汕头的一列火车的运行时间
D、研究绕地球飞行时航天飞机的轨道
AB
小试牛刀
小试牛刀
4、关于质点，下列说法正确的是（ ）
A．研究自行车车轮的转动时，可以把车轮看成质点
B．研究地球自转时，可以把地球看成质点
C．测算列车从弥勒到昆明的运行时间时，可以把火车看成质点
D．研究体操运动员的动作时，可以把运动员看成质点
C
怎样判断物体是否运动？
参考系
02
飞花两岸照船红，
百里榆堤半日风。
卧看满天云不动，
不知云与我俱东。
诗境中的运动
要描述一个物体的运动，首先要选定某个其他物体做参考，假定这个“其他物体”不动，观察研究对象相对于这个“其他物体”的位置是否随时间变化，以及怎样变化，这个用来做参考的物体，叫参考系。
为了确定物体的位置和描述物体运动而被选做参考的物体。
1、参考系：
2、参考系的选取原则
参考系的选择是任意的，以观测和描述物体的运动尽可能简单为原则，一般选择地面或相对地面静止的物体。
标准性：假定不动
任意性：参考系的选择是任意的。以观测和描述物体的运动尽可能简单为原则。
统一性：比较不同物体的运动时应选统一参考系
差异性：选择不同参考系时，结果往往不同
3、参考系的四个性质
（1）参考系可以任意选取（选定为参考系后都假设静止不动）；应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为原则。
（2）要描述一个物体的运动，首先要选定某个其它的物体做参考，观察物体相对这个物体(其它物体)的位置是否随时间变化，以及怎样变化。（注意不能选择自身为参考系）
（3）参考系的选取不同，对物体运动的描述可能不同；
（4）比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义；
（5）运动和静止都是相对于参考系的；
（6）运动是绝对的，静止是相对的。
注意：以后凡是说到运动，都应该首先选择参考系，常默认为地面或相对地面静止的物体为参考系。
5、理解：
乙
甲
甲同学和乙同学第一次乘火车，他们坐在火车站的未开动火车上。突然甲同学看着车窗外另一列火车叫起来：“我们的车开动了！”乙同学盯着车窗外的柱子说：“你看错了，我们的车还没开动。”你认为甲乙同学的说法谁对谁错？
议一议
选择不同的参考系来观察同一物体的运动，看到的现象会不一样。
从水平匀速飞行的飞机上投出的炸弹，以飞机为参考系和以地面为参考系各做什么运动？
看飞机投弹动画
想一想
电影《闪闪的红星》中有两句歌词：“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走。”这其中分别描述了两种运动情景，那么它们分别是以什么为参考系的？
河岸、竹排
想一想
要研究月球的运动选什么为参考系较好？
议一议
第一次世界大战期间的一次空战中，一个法国飞行员正在2 000米高的空中飞行，忽然，他发现脸旁好像有一个小东西在飞舞，他以为是一只小昆虫，于是就伸手轻松地把它抓了过来，仔细一看，把他吓出一身冷汗来。他抓住的不是别的，是德国飞机射向他的一颗子弹。请根据上述信息讨论回答以下问题，并注意体会参考系的选取与运动的相对性。
(1)子弹飞得那么快(一般为几百米每秒)，为什么没有把他的手打穿？体会一下，同一物体相对于不同的参考系运动状态相同吗？
(2)受类似现象的启发，人们实现了飞机在飞行途中进行空中加油，在航天飞行中，宇宙飞船发射到太空和正在绕地球运动的空间站实行空中对接。实现“空中加油”和“空中对接”应满足的基本条件是什么
想一想
典例分析
03
1、关于参考系的选取，下列说法正确的是（ ）
A、参考系必须选取静止不动的物体
B、参考系必须是和地面联系在一起的
C、在空中运动的物体不能作为参考系
D、任何物体都可以作为参考系
D
2、以下说法正确的是（ ）
A、参考系就是不动的物体
B、任何情况下，只有地球才是最理想的参考系
C、不选定参考系，就无法研究某一个物体是怎么运动的
D、同一物体的运动，对不同的参考系可能有不同的观察结果
CD
小试牛刀
3、甲、乙、丙三架电梯，甲中乘客看到一座高楼在向下运动，乙中乘客看到甲在向下运动，丙中乘客看到甲、乙都在向上运动，这三架电梯的运动情况可能有那些？
【解析】以地面为参考系，甲是向上运动的；而乙也是向上运动的，但乙的速度比甲大；而丙有可能向上运动，但丙的速度比甲、乙都小；丙也可能向下运动；丙还有可能静止。
小试牛刀
4、观察图中的烟和小旗，关于甲、乙两车相对于房子的运动情况，下列说法正确的是（ ）
A.甲、乙两车一定向左运动
B.甲、乙两车一定向右运动
C.甲车可能运动，乙车向右运动
D.甲车可能静止，乙车向左运动
解析：图中房子相对地面是静止的，由烟囱冒出的烟向左飘，可知此时风向向左（相对于地球而言）．甲车上的旗子也向左，则有三种可能情况：一是甲车不动，风把小旗向左刮；二是甲车向右运动，风相对甲向左，风把小旗向左刮；三是甲车向左运动但小于风速，因此风仍能把小旗向左刮．对于乙车，则只有乙车向左运动并大于风速，此时风把小旗向右刮．故选项D正确．
D
小试牛刀
5、如图所示，新中国成立70周年阅兵仪式上，国产武装直升机排列并保持“70”字样编队从天安门上空整齐飞过．甲、乙分别是编队中的两架直升机，则(　　)
A.以甲为参考系，乙是运动的
B.以乙为参考系，甲是运动的
C.以甲为参考系，坐在观众席上的观众都是静止的
D.以乙为参考系，“70”字样编队中所有直升机都是静止的
解析：甲和乙相对静止，所以以甲为参考系，乙是静止的，以乙为参考系，甲是静止的，故A、B错误；观众相对甲有位置变化，所以以甲为参考系，观众是运动的，故C错误；乙和编队中的直升机都是相对静止的，因此以乙为参考系，编队中的直升机都是静止的，故D正确．
小试牛刀
6、如图是我国自主研究的空中加油机和战斗机在空中加油的情景，下列说法正确的是（ ）
A．以地面为参考系，加油机是静止的
B．以地面为参考系，战斗机是静止的
C．以加油机为参考系，战斗机是静止的
D．以战斗机为参考系，加油机是运动的
C
小试牛刀
7、（多选）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，地球是运动的
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
AC

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