11-质点、参考系和坐标系解析课件.ppt

1、高中物理 必修一必修一 必修二必修二 选修中的必修选修中的必修选修选修力学力学热学热学电学电学磁学磁学原子物理原子物理电磁学电磁学高考高考 理解理解 分析综合能力分析综合能力 实验探究实验探究高中物理区别于初中物理高中物理区别于初中物理 1 1定量研究计算定量研究计算 2 2认识转变认识转变 3 3学习方法学习方法概念学习概念学习 物理规律物理规律解决问题解决问题 他们的相对位置发他们的相对位置发生了怎样的变化？怎样生了怎样的变化？怎样描述物体的运动？描述物体的运动？导入新课 在在任何情况任何情况下，描述物体的运动都下，描述物体的运动都必须要考虑物体的大小和形状吗？必须要考虑物体的大小和形状吗

2、？由于物体有大小和形状，各部分运动由于物体有大小和形状，各部分运动情况一般不同，要描述物体各部分空情况一般不同，要描述物体各部分空间位置随时间的变化，是很困难的。间位置随时间的变化，是很困难的。1.1 质点质点 参考系和坐标系参考系和坐标系第一章第一章 运动的描述运动的描述 本节导航1、物体和质点、物体和质点怎样描述宇宙中的行星的运动？怎样描述宇宙中的行星的运动？研究一列北京到广州的列车的研究一列北京到广州的列车的位置随时间的变化关系，可以位置随时间的变化关系，可以忽略忽略物体的大小和形状，物体的大小和形状，将它看作是有质量的点将它看作是有质量的点 研究地球绕太阳公转，研究地球绕太阳公转，可以

3、可以忽略忽略地球的大小和形状地球的大小和形状 监测火箭发射时，用荧光屏上监测火箭发射时，用荧光屏上的的小光点小光点代替这个代替这个“庞大庞大”的物体的物体 我们在处理这些问题时，常常不我们在处理这些问题时，常常不考虑物体各部分的差异，把物体简化考虑物体各部分的差异，把物体简化成没有成没有大小大小、形状形状的点，或者说用一的点，或者说用一个有个有质量质量的点来代替物体。的点来代替物体。（1）质点的定义）质点的定义用来用来代替代替 物体的有物体的有质量质量的点叫做质点。的点叫做质点。实际物体运动的描述实际物体运动的描述质点运动的描述质点运动的描述名词解释名词解释“具有质量具有质量”和和“占有位置占

4、有位置”，但，但没有大小没有大小、没有形状没有形状。质点质点没有体积没有体积，因而质点是不可能转动的。任何转动，因而质点是不可能转动的。任何转动的物体在研究其自转时都不能简化为质点。的物体在研究其自转时都不能简化为质点。质点不一定是很小的物体，很大的物体也可简化为质质点不一定是很小的物体，很大的物体也可简化为质点。同一个物体有时可以看作质点，有时又不能看作质点。同一个物体有时可以看作质点，有时又不能看作质点，具体问题具体分析。点，具体问题具体分析。质点是一种科学抽象，是对实际物体的近似，是一种质点是一种科学抽象，是对实际物体的近似，是一种理想化的理想化的物理模型物理模型，这也是物理学中常用的一

5、种重要的，这也是物理学中常用的一种重要的研究方法。研究方法。（2 2）质点的特点）质点的特点 突出主要因素，忽略次要因素，突出主要因素，忽略次要因素，将实际问题简化为物理模型，是研将实际问题简化为物理模型，是研究物理学问题的基本思维方法之一，究物理学问题的基本思维方法之一，这种思维方法叫这种思维方法叫理想化方法理想化方法。质点就是利用这种思维方法建立质点就是利用这种思维方法建立的一个理想化物理模型。的一个理想化物理模型。理想化方法理想化方法名词解释名词解释（3）质点的条件）质点的条件 物体的形状、大小可忽略时，一般物体的形状、大小可忽略时，一般可以看作质点可以看作质点例如：例如：研究地球的公转

6、研究地球的公转 抛出去的手榴弹在空中的运动抛出去的手榴弹在空中的运动 平动的物体一般可以看作质点平动的物体一般可以看作质点 例如：例如：平直公路上行驶的汽车，平直公路上行驶的汽车，分析：分析：车身上各部分的运动情况车身上各部分的运动情况相同，当我们把汽车作为一个整体来相同，当我们把汽车作为一个整体来研究它的运动的时候，就可以把汽车研究它的运动的时候，就可以把汽车当作质点。当作质点。物体只做转动时，物体只做转动时，不能看做质点不能看做质点例如：例如：乒乓球在空乒乓球在空中只做旋转运动时中只做旋转运动时 一个物体能否看成质点，是一个物体能否看成质点，是由问题的由问题的性质决定性质决定的，取决于它的

7、形状和大小在的，取决于它的形状和大小在所研究问题中是否可以忽略不计，而跟所研究问题中是否可以忽略不计，而跟自身体积的大小、质量的多少和运动速自身体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关。度的大小无关。总结总结 同一物体在不同情况下有时可同一物体在不同情况下有时可看作质点，有时不可看作质点看作质点，有时不可看作质点。例如：例如：一列火车从北京开到上海，一列火车从北京开到上海，研究火车的运行的时间，可以将火车研究火车的运行的时间，可以将火车看成质点看成质点;而火车过桥时，计算火车过桥的时而火车过桥时，计算火车过桥的时间，不可以将火车看成质点间，不可以将火车看成质点 一般来说，可以把撑杆跳高运动分

8、为如下一般来说，可以把撑杆跳高运动分为如下几个阶段：几个阶段：助跑、撑杆起跳、越过横杆助跑、撑杆起跳、越过横杆。在下。在下列几种情况下运动员能否看作质点，从中体会列几种情况下运动员能否看作质点，从中体会质点模型的建立过程。质点模型的建立过程。（1 1）教练员针对训练录像纠正运动员的错误时，）教练员针对训练录像纠正运动员的错误时，能否将运动员看成质点？能否将运动员看成质点？（2 2）分析运动员的助跑速度时，能否将其看成）分析运动员的助跑速度时，能否将其看成质点？质点？（3 3）测量其所跳高度（判断其是否打破记录）测量其所跳高度（判断其是否打破记录）时，能否将其看成质点？时，能否将其看成质点？不能

9、。不能。纠正错误动作时不能忽略运动员的形状和大小。纠正错误动作时不能忽略运动员的形状和大小。能。能。分析助跑速度时，可以忽略运动员的姿势及动作。分析助跑速度时，可以忽略运动员的姿势及动作。能。能。2、参考系、参考系如何判断一个物体是运动的？如何判断一个物体是运动的？（1）参考系的定义）参考系的定义 要描述一个物体的运动，首先要选定某要描述一个物体的运动，首先要选定某个个其他物体其他物体做参考，观察物体相对于这个做参考，观察物体相对于这个“其他物体其他物体”的位置是否随时间变化，以及的位置是否随时间变化，以及怎样变化。这种用来做参考的物体称为怎样变化。这种用来做参考的物体称为参考参考系（系（re

10、ference framereference frame）。参考系参考系是研究机是研究机械运动的标准械运动的标准。名词解释名词解释（2 2）参考系的选择）参考系的选择参考系的选择是任意的，应以观测方便和使物体的参考系的选择是任意的，应以观测方便和使物体的运动尽可能简单为原则。一般选择地球和相对于地球运动尽可能简单为原则。一般选择地球和相对于地球静止的物体。描述地面上物体运动时，通常选静止的物体。描述地面上物体运动时，通常选地面地面或或相对于地面静止不动的其他物体作为参考系。相对于地面静止不动的其他物体作为参考系。一个物体一旦被选为参考系，就认为一个物体一旦被选为参考系，就认为它是它是静止的静止

11、的，假定参考系不动。，假定参考系不动。比较两个物体的运动应选同一参考系。比较两个物体的运动应选同一参考系。选择不同的参考系来观察同一个物体选择不同的参考系来观察同一个物体的运动，观察的结果可能会不同的运动，观察的结果可能会不同。运动的相对性运动的相对性 自然界的一切物体都处于自然界的一切物体都处于永恒的运动永恒的运动中，绝对静止的物体是不存在的。就此中，绝对静止的物体是不存在的。就此意义而言，我们说运动是绝对的。但是，意义而言，我们说运动是绝对的。但是，描述某一个物体的位置及其随时间的变描述某一个物体的位置及其随时间的变化，却又总是相对于其他物体而言的。化，却又总是相对于其他物体而言的。名词解

12、释名词解释运动的相对性运动的相对性想一想想一想 我们说下列物体是我们说下列物体是运动的，是拿什么作运动的，是拿什么作为参考系？为参考系？地面、观众、地面、观众、路旁的树路旁的树1.“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”分别描分别描述了两种运动情景，分别是以什么为参考系？述了两种运动情景，分别是以什么为参考系？2.“月亮在莲花般的云朵里穿行月亮在莲花般的云朵里穿行”3.“坐地日行八万里，巡天遥看一千河坐地日行八万里，巡天遥看一千河”，我们感，我们感觉是静止不动的。这与诗句里的描述是否矛盾？觉是静止不动的。这与诗句里的描述是否矛盾？4.“满眼风波多闪烁，看山恰似走来迎，仔

13、细看山满眼风波多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行山不动，是船行”其中其中“看山恰似走来迎看山恰似走来迎”和和“是船行是船行”所选的参考系分别是什么？所选的参考系分别是什么？河岸、竹排河岸、竹排云朵云朵不矛盾不矛盾人、人、山（地面）山（地面）3、坐标系、坐标系 如何确定物体的位置？如何确定物体的位置？若物体只在一条直线上运动，如何描述若物体只在一条直线上运动，如何描述位置及位置变化？若在某平面（操场）上呢？位置及位置变化？若在某平面（操场）上呢？文字描述方便吗？能精确吗？有没有简便又文字描述方便吗？能精确吗？有没有简便又准确的方法？准确的方法？这是不是很方便？这是不是很方便？x xo

14、 o5m5m物体沿直线运动物体沿直线运动 为了定量地描述物体的位置及位置的变化，为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在需要在参考系参考系上建立适当的上建立适当的坐标系坐标系（coordinate systemcoordinate system）。）。（1 1）坐标系）坐标系名词解释名词解释 坐标系坐标系是在参考系的基础上抽象是在参考系的基础上抽象出来的概念，是出来的概念，是抽象化抽象化的的参考系参考系。（2 2）坐标系的构成要素）坐标系的构成要素 直线坐标系直线坐标系数字数字原点原点单位长度单位长度正方向正方向物理量的物理量的符号符号单位单位（3 3）坐标系的种类）坐标系的种类 一维坐标

15、（直线坐标系）一维坐标（直线坐标系）描述物体在一条直线上运动，即物体做一维描述物体在一条直线上运动，即物体做一维运动时，可以以这条直线为运动时，可以以这条直线为 x x 轴，在直线上规轴，在直线上规定原点、正方向和单位长度，建立直线坐标系。定原点、正方向和单位长度，建立直线坐标系。如图所示，若某一物体运动到如图所示，若某一物体运动到A A点，此时它的位点，此时它的位置坐标置坐标 x xA A3m3m，若它运动到，若它运动到B B点，则此时它的坐点，则此时它的坐标标 x xB B2m2m（“”表示沿表示沿 x x 轴负方向）轴负方向）。二维坐标二维坐标（平面直角坐标系）描述物体在一平面内运动，即

16、二维运动时，描述物体在一平面内运动，即二维运动时，需采用两个坐标确定它的位置。需采用两个坐标确定它的位置。A Ax xy yO O2 22 2喷喷水水抛抛物物线线x x1 1y y1 1y yo ox x三维坐标三维坐标（立体坐标系）描述物体在空间的运动。描述物体在空间的运动。x xy yz zO O用坐标系用坐标系你能说出他们的位置吗你能说出他们的位置吗?手持式手持式GPS定位器定位器此刻处于我国哪个城市此刻处于我国哪个城市的什么部位？的什么部位？科学漫步科学漫步生活中的物理生活中的物理在北京市西城区大石作胡同在北京市西城区大石作胡同2525号附近号附近全球卫星定位系统（全球卫星定位系统（G

17、PS）卫星测时测距导航卫星测时测距导航/全球定位系统全球定位系统 Navigation Satellite Time and Ranging/Global Positioning System 确定地球物体的具体方位，提供准确时间。确定地球物体的具体方位，提供准确时间。在地图上看到的经纬线，实际在地图上看到的经纬线，实际上就是在地球表面建立的坐标系上就是在地球表面建立的坐标系人造卫星人造卫星地面接收器地面接收器信信 号号车载车载GPS定位系统定位系统科学探索的必备物科学探索的必备物GPS定位仪定位仪定位仪中所示位置定位仪中所示位置1.机械运动：机械运动：物体相对于其他物体的位置变化叫物体相对于

18、其他物体的位置变化叫机械运动，机械运动，简称运动。简称运动。2.参考系：参考系：描述物体运动时，用来作参考的（假定为描述物体运动时，用来作参考的（假定为静静止止）另外的物体。另外的物体。课堂小结3.质点：质点：用来代替物体的有质量的点。质点是一用来代替物体的有质量的点。质点是一种理想化的物理模型种理想化的物理模型（关键是要搞清什么时（关键是要搞清什么时候可以看作质点）候可以看作质点）。4.坐标系坐标系:为了定量地描述物体的位置及位置的变为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系。化，需要在参考系上建立适当的坐标系。高考链接高考链接做下列运动的物体，能当做质点处理的是做

19、下列运动的物体，能当做质点处理的是（）A.A.自转中的地球自转中的地球B.B.旋转中的风力发电机叶片旋转中的风力发电机叶片C.C.在冰面上旋转的花样滑冰运动员在冰面上旋转的花样滑冰运动员D.D.匀速直线运动的火车匀速直线运动的火车D D 1.1.下列物体能看做质点的是（下列物体能看做质点的是（）A.A.沿着斜面下滑的木块沿着斜面下滑的木块 B.B.研究斜面上的木块是下滑还是翻滚研究斜面上的木块是下滑还是翻滚 C.C.电扇的叶片电扇的叶片 D.D.自转中的地球自转中的地球课堂练习课堂练习2.2.下列关于质点的说法中，正确的是（下列关于质点的说法中，正确的是（）A.A.地球很大，一定不能看做质点地

20、球很大，一定不能看做质点 B.B.原子核很小，一定能看做质点原子核很小，一定能看做质点 C.C.同一物体在不同的情况中，有时可看做质同一物体在不同的情况中，有时可看做质 点，有时则不可看做质点点，有时则不可看做质点 D.D.质点是一种理想化模型，无实际意义质点是一种理想化模型，无实际意义A AC C3.3.下列关于质点的说法中，正确的是（下列关于质点的说法中，正确的是（）A.A.体积很小的物体都可看成质点体积很小的物体都可看成质点B.B.质量很小的物体都可看成质点质量很小的物体都可看成质点C.C.物体的大小和形状在所研究的问题中起的作用物体的大小和形状在所研究的问题中起的作用 很小，可以忽略不

21、计时，我们就可以把物体看成很小，可以忽略不计时，我们就可以把物体看成质点质点D.D.只有低速运动的物体才可看成质点，高速运动只有低速运动的物体才可看成质点，高速运动 的物体不可看成质点的物体不可看成质点C C4.4.下列说法中正确的是（下列说法中正确的是（）A.A.研究物体的运动，首先必须选定参考系研究物体的运动，首先必须选定参考系B.B.参考系必须选择地面参考系必须选择地面C.C.研究同一物体的运动时，选取地面或相对研究同一物体的运动时，选取地面或相对地面静止的物体为参考系，所得出的关于物体地面静止的物体为参考系，所得出的关于物体运动的结论是相同的运动的结论是相同的D.D.选取不同的参考系，

22、所得出的关于物体运选取不同的参考系，所得出的关于物体运动的结论可能是不同的动的结论可能是不同的ADAD 5.5.诗句诗句“满眼风波多闪灼，看山恰似满眼风波多闪灼，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行走来迎，仔细看山山不动，是船行”中，中，“看山看山恰似走来迎恰似走来迎”和和“是船行是船行”所选的参考系分别为所选的参考系分别为（）A.A.船和山船和山 B.B.山和船山和船 C.C.地面和山地面和山 D.D.河岸和流水河岸和流水 A A6.6.下列情况不能看成质点的是（下列情况不能看成质点的是（）A.A.研究绕地球飞行时航天飞机的轨道研究绕地球飞行时航天飞机的轨道B.B.研究飞行中的直升机上的螺

23、旋桨的转动情况研究飞行中的直升机上的螺旋桨的转动情况C.C.计算从北京开往汕头的一列火车的运行时间计算从北京开往汕头的一列火车的运行时间D.D.计算火车通过路口所用的时间计算火车通过路口所用的时间BDBD7.7.关于参考系的选取，下列说法正确的是关于参考系的选取，下列说法正确的是（）A.A.参考系必须选取静止不动的物体参考系必须选取静止不动的物体 B.B.参考系必须是和地面联系在一起的参考系必须是和地面联系在一起的C.C.在空中运动的物体不能作为参考系在空中运动的物体不能作为参考系 D.D.任何物体都可以作为参考系任何物体都可以作为参考系D D 8.8.第一次世界大战期间，一名法国飞行第一次世

24、界大战期间，一名法国飞行员在员在20002000米的高空飞行时，发现旁边有一个小东米的高空飞行时，发现旁边有一个小东西，他以为是一只小飞虫，敏捷地把它抓过来，西，他以为是一只小飞虫，敏捷地把它抓过来，令他吃惊的是，抓到的竟是一颗子弹。飞行员能令他吃惊的是，抓到的竟是一颗子弹。飞行员能抓住子弹的原因是抓住子弹的原因是（）A.A.飞行员反应快飞行员反应快 B.B.子弹相对飞行员是静止的子弹相对飞行员是静止的 C.C.子弹已经飞行的没劲了子弹已经飞行的没劲了 D.D.飞行员有手劲飞行员有手劲B B 9.在公路上向左匀速运动的汽车，经过一棵果树在公路上向左匀速运动的汽车，经过一棵果树时，恰有树上一个果

25、子从上面自由落下，下图为运动时，恰有树上一个果子从上面自由落下，下图为运动的轨迹，在地面上观察到的运动轨迹是的轨迹，在地面上观察到的运动轨迹是_车中人车中人以车为参考系观察到果子的运动轨迹是以车为参考系观察到果子的运动轨迹是_。ABCDAD10.太阳从东边升起，西边落下，是地球上的自太阳从东边升起，西边落下，是地球上的自然现象，但在某些条件下，在纬度较高地区上空飞行然现象，但在某些条件下，在纬度较高地区上空飞行的飞机上，旅客可以看到太阳从西边升起的奇妙现象。的飞机上，旅客可以看到太阳从西边升起的奇妙现象。这些条件是（这些条件是（）A.时间必须是在清晨，飞机正在由东向西飞行，时间必须是在清晨，飞

26、机正在由东向西飞行，飞机的速度必须较大飞机的速度必须较大 B.时间必须是在清晨，飞机正在由西向东飞行，时间必须是在清晨，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度必须较大飞机的速度必须较大 C.时间必须是在傍晚，飞机正在由东向西飞行，时间必须是在傍晚，飞机正在由东向西飞行，飞机的速度必须较大飞机的速度必须较大 D.时间必须是在傍晚，飞机正在由西向东飞行，时间必须是在傍晚，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度不能太大飞机的速度不能太大C飞花两岸照船红，飞花两岸照船红，百里榆堤半日风。百里榆堤半日风。卧看满天云不动，卧看满天云不动，不知云与我俱东。不知云与我俱东。11.诗中描述了什么物体的运动？诗中描述了什么物

27、体的运动？它是以什么物体为参考系？它是以什么物体为参考系？你对诗人关于你对诗人关于“榆堤榆堤”、“云云”、“我我”的运动与静止的说法有没有不的运动与静止的说法有没有不同的认识？同的认识？1.答：答：“一江春水向东流一江春水向东流”是水相对岸（或者是水相对岸（或者地面）的运动；地面）的运动；“地球的公转地球的公转”是说相对太阳运动是说相对太阳运动的；的；“钟表的时针在转动钟表的时针在转动”是说时针相对钟表表盘是说时针相对钟表表盘的运动；的运动；“太阳东升西落太阳东升西落”是说太阳相对于地面的是说太阳相对于地面的运动。运动。2.解答：诗中描写船的运动，前两句写景，诗解答：诗中描写船的运动，前两句写景，诗人在船上，握看云不动是以船为参考系的。云与我人在船上，握看云不动是以船为参考系的。云与我俱东是说以两岸为参考系，云与船均向东运动。俱东是说以两岸为参考系，云与船均向东运动。问题与练习 3.答：通过测量可知，答：通过测量可知，A的坐标是的坐标是0.44m，B的坐标是的坐标是0.36m。因此，解答本题时要先需要先。因此，解答本题时要先需要先测量图中桌面到地面的距离，计算出单位长度所测量图中桌面到地面的距离，计算出单位长度所表示的大小，及比例尺。然后再测量并计算。表示的大小，及比例尺。然后再测量并计算。