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第一节　质点　参考系　时间
学习目标：1.[物理观念]知道质点、参考系、时间、时刻的概念，形成时间观念，能解决相关的实际问题．　2.[科学思维]理解建立质点模型的条件和方法，能根据实际情况选定坐标系，能在实际问题中识别时刻与时间．　3.[科学探究]学生在生活及自然现象中探究质点、参考系的相对性．　4.[科学态度与责任]通过对具体情境中几个物理知识的学习，激发学习兴趣，实事求是，学会与他人交流．
阅读本节教材，回答第3页、第4页和第5页的“讨论与交流”并梳理必要知识点．
教材P3“讨论与交流”提示：不正确．物体能否看成质点是看它的大小、形状在研究问题中是否可以忽略．
教材P4“讨论与交流”提示：参考系选取不同时，所得运动结论一般不同．
教材P5“讨论与交流”提示：14：00与17：05指时刻，3小时5分钟指时间．
一、质点
1．质点：在研究物体的运动时，如果物体各点的运动情况相同，或者它的大小和形状在所研究问题中可以忽略，我们就可以把物体简化为一个有质量的点，或者说，用一个有质量的点来代替整个物体，用来代替物体的有质量的点叫作质点．
2．理想化模型：根据问题的内容和性质，抓住问题中的主要因素，忽略次要因素，建立一个与实际情况差距不大的理想化模型来进行研究，使复杂问题得到简化，这是一种重要的科学研究方法，质点就是一个理想化模型．
说明：质点是理想化模型，实际上并不存在．
二、参考系
1．机械运动：物体相对于其他物体在空间位置上随时间的变化，叫作机械运动．
2．参考系：研究一个物体运动时，选来作为参考的物体称为参考系．
说明：参考系可以任意选取，但选取不同的参考系，运动情况一般不同．
三、时间与时刻
1．时刻：钟表指针指示的一个示数对应着某一瞬间，也就是时刻．
2．时间：人们把两个时刻之间的间隔称为时间．时间和时刻之间的关系：Δt＝t2－t1.
3．在国际单位制中，时间的基本单位是秒，符号是s.时间单位还有时(h)、分(min)等．
说明：生活中的“时间”有时指“时刻”，有时指“时间”，与我们物理所学有区别．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)质点就是质量小，体积也小的物体． (×)
(2)参考系不一定是静止的，运动的物体也可选作参考系． (√)
(3)时刻就是一瞬间，即一段很短的时间间隔． (×)
(4)一分钟就是60个时刻，一小时就是3 600个时刻． (×)
2．(多选)关于质点，下列说法中正确的是(　　)
A．物体能否看作质点，不能由体积的大小判断
B．物体能否看作质点，不能由质量的大小判断
C．物体能否看作质点，不能由物体是否做直线运动判断
D．研究直升机飞行中螺旋桨的转动，螺旋桨可看作质点
ABC　[物体能否看成质点不是看物体的体积大小和质量大小，关键看物体的大小和形状在所研究的问题中能否忽略，选项A、B、C正确，选项D错误．]
3．(多选)关于参考系，下列说法正确的是(　　)
A．描述一个物体的运动情况时，参考系可以任选
B．研究物体的运动时，应先确定参考系
C．参考系必须选地面或相对于地面静止不动的其他物体
D．实际选取参考系的原则是对运动的描述尽可能简单
ABD　[描述物体的运动时必须先选参考系，B正确；参考系的选取是任意的，被选为参考系的物体可以静止，也可以运动，A正确，C错误；选哪个物体作为参考系，应以问题研究起来方便而定，D正确．]
质点
跳水项目是我国的运动强项，2019年女子双人十米跳水决赛中卢为、张家齐夺冠，如图是她们在比赛中的画面．
请探究：
(1)教练为了研究她们两人的技术动作，能把两人看成质点吗？
(2)观众欣赏两人比赛时，能把她们看成质点吗？
提示：(1)不能．　(2)不能．
1．质点与几何点的区别
质点是用来代替物体的有质量的点，其特点是具有质量，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，突出问题的主要方面，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．
3．物体能否看成质点的条件
(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．
【例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(　　)
A．甲：研究正在吊起货物的起重机的运动时
B．乙：研究正在旋转的硬币的运动时
C．丙：研究太空中宇宙飞船的位置时
D．丁：研究门的转动时
[思路点拨]　判断物体能否看成质点，首先看题目研究的物体的大小和形状对所研究的问题有无影响或影响是否可以忽略不计．
C　[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选项中宇宙飞船的大小、形状忽略后，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，故C正确．]
假设法判断物体能否当作质点
(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，所进行的观察是否受影响．若受影响，物体不能被当作质点；若不受影响，物体就能被当作质点．
[跟进训练]
1．在研究以下四种情况中提出的问题时，所涉及到的对象可看作质点的是(　　)
A　[地球绕太阳公转时，地球的大小远小于地球到太阳的距离，符合看成质点的条件，A正确；火车进站时间是从车头进站开始到车尾进站为止，不能将火车看成质点，B错误；花样滑冰运动员比的是身体各部分的动作及协调性，不能将其看成质点，C错误；要研究运动员跨栏的姿势(即身体各部分的位置及协调性)，显然不能将其视为质点，D错误．]
参考系
《中国诗词大会》掀起全民诗词热潮，在将近一千年前，宋代诗人陈与义乘着小船在风和日丽的春日出游时曾经作了一首诗：“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(如图所示)．”在这首诗当中，诗人艺术性地表达了他对运动相对性的理解．
请探究：
(1)“满天云不动”是以什么为参考系？
(2)“云与我俱东”是以什么为参考系？
提示：(1)以诗人自己为参考系．
(2)以两岸的榆树为参考系．
1．选择参考系的意义：要描述一个物体的运动，首先必须选好参考系，只有选定参考系后，才能研究物体做怎样的运动．
2．参考系的四个性质
(1)标准性：被选为参考系的物体都是假定不动的，被研究的物体是运动还是静止，都是相对于参考系而言的．
(2)任意性：除自身外，任何物体都可以作为参考系．
(3)统一性：比较多个物体的运动时应选择同一个参考系．
(4)差异性：对于同一个物体，选择不同的参考系，观察的结果一般不同．
3．选取原则
以观测方便和使运动的描述尽可能简单为原则．
(1)研究地面上物体的运动时，常选地面或相对地面静止的物体作为参考系．
(2)研究某一系统中物体的运动时，常选系统为参考系．
例如，研究宇航舱内物体的运动情况时，选取宇航舱为参考系．
【例2】　“神舟十一号”与“天宫二号”交会对接时，航天员景海鹏和陈冬先后以飘浮姿态依次进入“天宫二号”实验舱．在“神舟十一号”与“天宫二号”对接时，两者要保持一样的运动速率，下列说法正确的是(　　)
A．组合体相对地球是静止的
B．“神舟十一号”相对于“天宫二号”是运动的
C．组合体相对于地球是运动的
D．“神舟十一号”相对于地球是运动的，“天宫二号”相对于地球是静止的
[思路点拨]　运动是相对的，选择不同的参考系，所得出的运动情况一般不同．
C　[以地球为参考系，“神舟十一号”和“天宫二号”对接时，两者在围绕地球高速运动，A、D错误，C正确；在“神舟十一号”与“天宫二号”对接时，两者要保持一样的运动速率，两者相对静止，B错误．]
判断参考系的两种方法
(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题目中描述的结果一致．若一致，该物体可能就是参考系．
[跟进训练]
2．关于参考系的选择，有四位同学展开了讨论，其中正确的是(　　)
A．甲说，只有静止的物体才可以被选作参考系
B．乙说，任何物体都可以被选作参考系
C．丙说，选择地面作参考系是最好的
D．丁说，参考系必须选与地面连在一起的物体
B　[参考系的选择是任意的，可动可静，一般选地面为参考系，但有时为了研究问题的方便也可以选择其他物体为参考系，故B正确．]
时间与时刻
随着我国经济的发展，人们的生活水平大幅提高，交通出行已十分便利．建国70年，国庆期间，张赛与李阳乘火车去深圳旅游，火车20：30准时从北京西站出发，经5小时23分于第二天1：53到达山东菏泽站，停2分钟后出发，于4：26到达安徽阜阳站……
请探究：
(1)哪些指时刻？
(2)哪些指时间？
提示：(1)20：30,1：53,4：26指时刻．
(2)5小时23分和2分钟指时间．
1．区别与联系
时间 时刻
区别 物理意义 时间是事物运动、发展、变化所经历的过程长短的量度 时刻是事物运动、发展、变化过程所经历的各个状态先后顺序的标志
时间轴上的表示方法 时间轴上的一段线段 时间轴上的一个点
对应运动描述量 路程、位移 位置
描述关
键词 “3秒内”“前3秒内”“后3秒内”“第1秒内”“第1秒到第3秒”等 “3秒末”“第3秒末”“第4秒初”“八点半”等
联系 两个时刻的间隔即为一段时间，时间能展示运动的一个过程，好比是一段录像；时刻可以显示运动的一瞬间，好比是一张照片
2.两者在时间轴上的表示(如图所示)
(1)一段时间的结束是下一段时间的开始，所以第n s末与第(n＋1) s初是指同一时刻．
(2)第几秒内表示1 s的时间间隔．
(3)日常生活中所说的“时间”，有时指时间间隔，有时指时刻．在物理学中，时间的含义就是时间间隔．
【例3】　仔细观察如图所示的时间轴，下列说法正确的是(　　)
A．第3 s初是指时间轴上的D点
B．第5 s内是指时间轴上FG段
C．前4 s内是指时间轴上AE段
D．第2 s内是指时间轴上的C点
[思路点拨]　在时间轴上，时刻指一个点，时间指一段线段．
C　[第3 s初是指第3 s内的起点，故为时间轴上的C点，故A错误；第5 s内是指第5个1 s的时间，故为时间轴上EF段，故B错误；前4 s内是指4 s的时间，故为时间轴上AE段，故C正确；第2 s内是指时间轴上的BC段，故D错误．]
时刻与时间间隔的两种判断方法
(1)根据上下文判断：分析所给的说法，根据题意去体会和判断．时刻对应的是某一事件或运动的状态，时间间隔对应的是事件或运动的过程．
(2)利用时间轴判断：画出时间轴，把所给的时刻和时间间隔表示出来，对应一个点的是时刻，对应一段线段的是时间间隔．
(多选)在上题图中，下列说法正确的是(　　)
A．第3 s初指时刻 B．第5 s内指时刻
C．第4 s末指时间 D．前5 s内指时间
AD　[第3 s初指C点，是时刻，A正确；第5 s内指EF段，前5 s内指AF段，均指时间，B错误，D正确；第4 s末指E点，是时刻，C错误．]
[跟进训练]
3．关于高铁从铜仁开往贵阳的下列叙述中指“时间”的是(　　)
A．上午9时10分，高铁从铜仁站出发
B．高铁在10时整车头到达某信号灯标
C．高铁在10时22分到达贵阳站
D．高铁在凯里站停车3分钟
D　[“上午9时10分”是指开车出发的时刻，选项A错误；“10时整”是指车头到达某信号灯标的时刻，选项B错误；“10时22分”是指高铁到达贵阳站的时刻，选项C错误；“3分钟”是指高铁在凯里站停车的时间，选项D正确．]
1．物理观念：质点、参考系、时间与时刻概念．
2．科学思维：质点模型的建立，运动的相对性．
3．科学方法：理想化模型、假设法．
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
C　[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，故C正确．]
2．在同一平直公路上，甲乘汽车以10 m/s的速度运动，乙骑自行车以5 m/s的速度运动，两者运动方向相同，甲在前乙在后，则(　　)
A．甲观察到乙以5 m/s的速度靠近
B．乙观察到甲以5 m/s的速度远离
C．甲观察到乙以15 m/s的速度远离
D．乙观察到甲以15 m/s的速度远离
B　[以乙为参考系，甲的速度就是5 m/s，因此乙观察到甲以5 m/s的速度远离，故B正确，D错误；同理甲观察到乙以5 m/s的速度远离，故A、C错误．]
3．下列运动的物体，可以看作质点的是(　　)
A．质量小于1 g的物体
B．研究“悟空号”暗物质粒子探测器在太空中的运行时间
C．研究乒乓球的旋转效应
D．在空中做翻滚动作的跳伞运动员
B　[只要物体的形状和大小对研究问题没有影响或者影响可以忽略不计时物体就可以当作质点，故质量大的物体也可以作为质点，而质量小的物体有时却不能当作质点，故A错误；研究“悟空号”在太空中的运行时间时不必考虑其大小，可以看作质点，故B正确；研究乒乓球的旋转效应时，球的大小是不能忽略的，不能看作质点，故C错误；研究空中做翻滚动作的跳伞运动员时，运动员的大小不能忽略，不能看作质点，故D错误．]
4．下列说法中正确的是(　　)
A．表示做事得过且过时说“做一天和尚，撞一天钟”，“一天”指时间间隔
B．形容做事没有持久性时说“三分钟热度”，“三分钟”指时刻
C．形容事情不是一蹴而就时说“冰冻三尺，非一日之寒”，“一日”指时刻
D．进行交通安全教育时说“宁停三分，不抢一秒”，“三分”和“一秒”均指时刻
A　[“做一天和尚，撞一天钟”中的“一天”指时间间隔，选项A正确；“三分钟热度”中的“三分钟”指持续的时间不长，表示的是一段时间，选项B错误；“冰冻三尺，非一日之寒”中的“一日”指一段时间，选项C错误；“宁停三分，不抢一秒”中的“三分”和“一秒”指一段时间，选项D错误．]
5. (思维拓展)如图所示，飞机上的飞行员(甲)和地面上的人(乙)观察跳伞运动员的运动后，引发了对跳伞运动员运动情况的争论．
问题：
(1)甲、乙两人谁说的对？
(2)我们选择参考系时，一般有什么原则？
[答案]　(1)甲、乙分别以飞机和地面为参考系研究运动，说法都正确．
(2)参考系的选取是任意的，一般情况下我们选择相对于地面静止的物体为参考系．
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