1、高一物理必修高一物理必修11.1 质点、参考系和坐标系质点、参考系和坐标系主讲：焦旗风主讲：焦旗风江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com请大家先看一段录像请大家先看一段录像物体的空间位置随时间的变化，叫物体的空间位置随时间的变化，叫机械运动机械运动(mechanical motion)(mechanical motion)，它是自然界最简单最基本，它是自然界最简单最基本的运动形式。的运动形式。物理学中，研究物体做机械运动规律的分支物理学中，研究物体做机械运动规律的分支叫叫力学力学(mechanics)江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy
2、。com问题问题1：自然界的一切物体都在运动，我们如何描述：自然界的一切物体都在运动，我们如何描述 运动？运动？画家的描述方式：画家的描述方式：诗人的描述方式：诗人的描述方式：气势磅礴气势磅礴 矫健如燕矫健如燕 快步如飞快步如飞 “凌云戏月游银汉，转瞬翔天过太空。凌云戏月游银汉，转瞬翔天过太空。”如果你是物理学家，你如何描述物体的机械运动呢？如果你是物理学家，你如何描述物体的机械运动呢？江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述一运动的描述一鸟鸟 在飞翔在飞翔 火箭飞向太空火箭飞向太空 乌龟在跑乌龟在跑 地球在转动地球在转动任何物体都有一定的任何物体都有一
3、定的大小和形状大小和形状，物体各部分的运动情况，物体各部分的运动情况 一般并不一样，要准确地描述的运动，并不是一件容易的事一般并不一样，要准确地描述的运动，并不是一件容易的事我们将本着从简单到复杂的思路来研究和学习，我们将本着从简单到复杂的思路来研究和学习，这也是高中物理的一个重要的研究方法这也是高中物理的一个重要的研究方法江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com飞船升空后，显示在指挥部荧光屏上的仅是一个小小的光点。飞船升空后，显示在指挥部荧光屏上的仅是一个小小的光点。科学家研究它在空中的位置、离开地面的高度、飞行的科学家研究它在空中的位置、离开地面的高度、飞行的
4、速度、运动轨道等问题时，需要考虑它本身的大小和形状吗速度、运动轨道等问题时，需要考虑它本身的大小和形状吗?运动的描述一运动的描述一用点来代替物体可以使复杂问题得到简化用点来代替物体可以使复杂问题得到简化江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述一运动的描述一思考思考2:研究地球绕太阳公转的规律时能否把地球研究地球绕太阳公转的规律时能否把地球 看成是一个点在运动吗看成是一个点在运动吗?思考思考1：体操运动员在进行体操比赛时能否把运动员：体操运动员在进行体操比赛时能否把运动员 看成是一个点在运动吗？看成是一个点在运动吗？研究地面上各处季节变化时，能不能把它成是
5、研究地面上各处季节变化时，能不能把它成是一个点在运动一个点在运动?江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述一运动的描述一思考思考3：什么情况下火车可以看成是一个点在运动？：什么情况下火车可以看成是一个点在运动？1、研究火车从南昌到北京、研究火车从南昌到北京2、研究整体过桥的时间、研究整体过桥的时间3、研究火车的传动装置及车轮的运转情况、研究火车的传动装置及车轮的运转情况江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述一：运动的描述一：质点质点一、质点：一、质点：用来代替物体的有质量的点用来代替物体的有质量的点。1、特点：、
6、特点：A、它没有大小和形状。、它没有大小和形状。B、它具有物体的全部的质量。、它具有物体的全部的质量。C、它是一种理想化的模型。、它是一种理想化的模型。思考思考4：物理中的：物理中的“质点质点”跟几何中的点有什么相同跟几何中的点有什么相同 和不同之处和不同之处?江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述一：运动的描述一：质点质点一、质点：一、质点：用来代替物体的有质量的点用来代替物体的有质量的点。1、特点：、特点：A、它没有大小和形状。、它没有大小和形状。B、它具有物体的全部的质量。、它具有物体的全部的质量。C、它是一种理想化的模型。、它是一种理想化的模型
7、。江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com说明：说明：1.质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型、是对实际物质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型、是对实际物体的近似，这也是物理学中常用的一种重要的研究方法。体的近似，这也是物理学中常用的一种重要的研究方法。2.一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研究。一个物体能否看成质点，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，而跟自身体积的大小、质量的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度的大小无关。多少和运动速度的大小无关。3.一个物体能否被看作质点一个物体能否被看作质点,取
8、决于所研究问题的性质。即取决于所研究问题的性质。即使是同一个物体，在研究的问题不同时，有的情况下可以使是同一个物体，在研究的问题不同时，有的情况下可以看作质点，而有的情况可能不可以看作质点。看作质点，而有的情况可能不可以看作质点。运动的描述一：运动的描述一：质点质点江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述一：运动的描述一：质点质点一、质点：一、质点：用来代替物体的有质量的点用来代替物体的有质量的点。1、特点：、特点：A、它没有大小和形状。、它没有大小和形状。B、它具有物体的全部的质量。、它具有物体的全部的质量。C、它是一种理想化的模型。、它是一种理想化的
9、模型。江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com (课堂探究课堂探究)做一做、试一试，书本在下列情景中能做一做、试一试，书本在下列情景中能否被看成质点。否被看成质点。1.沿一个方向推动桌面上的书本，如果测量书本移沿一个方向推动桌面上的书本，如果测量书本移动的距离，是否可以将书本视为质点，为什么动的距离，是否可以将书本视为质点，为什么?2.如果测定书本经过桌面上方某一定点所需要的时如果测定书本经过桌面上方某一定点所需要的时间，是否可以将书本视为质点，为什么间，是否可以将书本视为质点，为什么?3.还有什么情况下书本可以被视为质点还有什么情况下书本可以被视为质点?什么情况
10、什么情况下书本不能被视为质点下书本不能被视为质点?运动的描述一：运动的描述一：质点质点江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述一：运动的描述一：质点质点一、质点：一、质点：用来代替物体的有质量的点用来代替物体的有质量的点。1、特点：、特点：A、它没有大小和形状。、它没有大小和形状。B、它具有物体的全部的质量。、它具有物体的全部的质量。C、它是一种理想化的模型。、它是一种理想化的模型。2、物体被看作质点的条件：物体被看作质点的条件：当物体的当物体的大小大小和和形状形状对我们对我们 研究问题的研究问题的影响不大影响不大可以忽略可以忽略时，可以把物体看作质点时
11、，可以把物体看作质点。江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述一：运动的描述一：质点质点练习练习1.在以下的哪些情况中可将物体看成质点在以下的哪些情况中可将物体看成质点?(1)研究某学生骑车回校的速度。研究某学生骑车回校的速度。(2)对这位学生骑车姿势进行生理学分析。对这位学生骑车姿势进行生理学分析。(3)研究火星探测器从地球到火星的飞行轨迹。研究火星探测器从地球到火星的飞行轨迹。(4)研究火星探测器降落火星后如何探测火星的研究火星探测器降落火星后如何探测火星的 表面。表面。答案：答案：(1)(3)江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxj
12、yzy。com运动的描述一：运动的描述一：质点质点练习练习2、下列情形中的物体可以看作质点的是（、下列情形中的物体可以看作质点的是（）A.跳水冠军郭晶晶在跳水比赛中跳水冠军郭晶晶在跳水比赛中 B.一枚硬币用力上抛，猜测它落地时是正面朝一枚硬币用力上抛，猜测它落地时是正面朝 上还是反面朝上上还是反面朝上 C.巴塞罗那奥运会冠军邢慧娜在万米长跑中巴塞罗那奥运会冠军邢慧娜在万米长跑中 D.花样滑冰运动员在比赛中花样滑冰运动员在比赛中 答案：答案：C江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com问题问题2情景情景1：假设你和一位同伴正坐在火车中去旅行，铁：假设你和一位同伴正坐在
13、火车中去旅行，铁路边的人看到火车中的乘客在飞快地离去，而乘客路边的人看到火车中的乘客在飞快地离去，而乘客自己却认为自己是静止的。自己却认为自己是静止的。正方正方：既然火车是运动的，既然火车是运动的，那么人应该也是运动的那么人应该也是运动的反方反方：人虽然在车上，但却人虽然在车上，但却 可以坐着不动，还可以睡可以坐着不动，还可以睡 觉，人是静止的觉，人是静止的结论结论：物体的运动具有绝对性和相对性：物体的运动具有绝对性和相对性辩论辩论矛盾？矛盾？江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com问题问题2情景情景2：假设你正坐在一辆停靠在站台火车上，车假设你正坐在一辆停靠在站
14、台火车上，车站上还有另外一辆火车和你坐的火车并排停靠站上还有另外一辆火车和你坐的火车并排停靠着，突然你看到那辆火车向后驶去，但你的同着，突然你看到那辆火车向后驶去，但你的同伴又说是你坐的火车正在开动向前驶去。伴又说是你坐的火车正在开动向前驶去。那么那么你能用什么方法确定是哪一辆车在运动？你能用什么方法确定是哪一辆车在运动？需要借助站台或车站等物体作为参考需要借助站台或车站等物体作为参考江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述二：运动的描述二：参考系参考系二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个选
15、来作标准的参照物称为参考系。这个选来作标准的参照物称为参考系。思考思考5：在情景：在情景1中，要确定乘客究竟是静止还是运动中，要确定乘客究竟是静止还是运动 应该选择什么物体作为参考系？应该选择什么物体作为参考系？根据研究问题的需要根据研究问题的需要若要知道乘客在车上的情况，是坐着的、躺着的还是在走动，若要知道乘客在车上的情况，是坐着的、躺着的还是在走动，是走动快，还是走动慢就要以是走动快，还是走动慢就要以火车火车作为参考系作为参考系若要知道乘客走到哪里去了，是停在途中还是快要到站了若要知道乘客走到哪里去了，是停在途中还是快要到站了 就要以就要以地面地面作为参考系作为参考系江西基础教育资源中心江
16、西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述二：运动的描述二：参考系参考系二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个选来作标准的参照物称为参考系。言的，这个选来作标准的参照物称为参考系。讨论与交流讨论与交流 下列描述中隐含的参考系：下列描述中隐含的参考系：江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述二：运动的描述二：参考系参考系1.电影电影闪闪的红星闪闪的红星中有两句歌词：中有两句歌词：“小小小竹排江中游，巍巍青山两岸走小竹排江中游，巍巍青山两岸走”这其中分这其中分别描述了两种运动情景，那么它
17、们分别是以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什么为参考系的?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。”江面；小船江面；小船云朵云朵江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述二：运动的描述二：参考系参考系3.坐在美丽的校园内学习毛泽东的诗句坐在美丽的校园内学习毛泽东的诗句“坐地日坐地日行八万里，巡天遥看一千河行八万里，巡天遥看一千河”时，我们感觉是静时，我们感觉是静止不动的。这与诗句里的描述是否矛盾止不动的。这与诗句里的描述是否矛盾?说明理由。说明理由。4.敦煌曲子词中有这样的诗句：敦煌曲子词中有这样的诗句：“满眼风波多闪
18、满眼风波多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行。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”所所选的参考系分别是什么选的参考系分别是什么?前者太阳，后者地球前者太阳，后者地球船；船；地面或山地面或山江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述二：运动的描述二：参考系参考系二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个选来作标准的参照物称为参考系。这个选来作标准的参照物称为参考系。下述物理过程中选择什么为参考系较恰当下述物理过程中选择什么
19、为参考系较恰当?1.2004年，所有的目光都集中在火星。继美国宇航年，所有的目光都集中在火星。继美国宇航局的两台火星探险漫游者局的两台火星探险漫游者“勇气勇气”号和号和“机遇机遇”号号之后，欧洲的火星快车飞船已顺利地将之后，欧洲的火星快车飞船已顺利地将“猎兔猎兔犬犬”2号火星登陆车投放至火星表面。从地球表面号火星登陆车投放至火星表面。从地球表面向火星发射火星探测器的过程中，若要研究向火星发射火星探测器的过程中，若要研究 探测探测器的运动情况，各应选择什么为参考系器的运动情况，各应选择什么为参考系?课堂交流课堂交流江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述二
20、：运动的描述二：参考系参考系2.在四川地震救灾中，从水平匀速航行的飞机上向在四川地震救灾中，从水平匀速航行的飞机上向受灾的地区空投救灾物资。在不考虑空气阻力的情受灾的地区空投救灾物资。在不考虑空气阻力的情况下，飞机上的人以飞机作参考系，他看到投下的况下，飞机上的人以飞机作参考系，他看到投下的物体是沿什么路线下落的物体是沿什么路线下落的?地面上的人以地面作参地面上的人以地面作参考系，观察被投下的物体又是沿着什么路线下落的考系，观察被投下的物体又是沿着什么路线下落的?课堂交流课堂交流江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述二：运动的描述二：参考系参考系3.第
21、一次世界大战期间的一次空战中，一个法国飞行员正第一次世界大战期间的一次空战中，一个法国飞行员正在在2 000米高的空中飞行，忽然，他发现脸旁好像有一个米高的空中飞行，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
22、。的相对性。课堂交流课堂交流江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述二：运动的描述二：参考系参考系(1)子弹飞得那么快子弹飞得那么快(一般为几百米每秒一般为几百米每秒)，为什么没有把他的，为什么没有把他的手打穿手打穿?体会一下，同一物体相对于不同的参考系运动状态体会一下，同一物体相对于不同的参考系运动状态相同吗相同吗?(2)受类似现象的启发，人们实现了飞机在飞行途中进行空受类似现象的启发，人们实现了飞机在飞行途中进行空加油，在航天飞行中，宇宙飞船发射到太空和正在绕地球运加油，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。实现动的空
23、间站实行空中对接。实现“空中加油空中加油”和和“空中对接空中对接”应满足的基本条件是什么应满足的基本条件是什么?课堂交流课堂交流江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述二：运动的描述二：参考系参考系二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个选来作标准的参照物称为参考系。这个选来作标准的参照物称为参考系。下述物理过程中选择什么为参考系较恰当下述物理过程中选择什么为参考系较恰当?4.1997年年6月月10日，在我国西昌卫星发射中心用日，在我国西昌卫星发射中心用“长征一号长征一号”运载火箭成功发射的运载
24、火箭成功发射的“风云二号风云二号A”气象卫星，是我国研制成气象卫星，是我国研制成功的第一颗静止气象卫星，设计工作历时三年。功的第一颗静止气象卫星，设计工作历时三年。2000年年6月月25日，日，“长征三号长征三号”运载火箭又将我国自行研制的第二颗运载火箭又将我国自行研制的第二颗“风云二号风云二号B”气象卫星成功发射上天，在太空中顺利完成与气象卫星成功发射上天，在太空中顺利完成与A星的星的“新老交替新老交替”，最终定点在东经，最终定点在东经105赤道上空，向赤道上空，向地面传回中国及周边地区的高质量的气象资料。地面传回中国及周边地区的高质量的气象资料。课堂交流课堂交流江西基础教育资源中心江西基础
25、教育资源中心 www。jxjyzy。com(1)上述材料中的上述材料中的“静止气象卫星静止气象卫星”最终定点在东经最终定点在东经105赤道上空，是以谁为参考系来描述卫星的赤道上空，是以谁为参考系来描述卫星的运动的运动的?(2)具有上述特点的卫星称为具有上述特点的卫星称为“同步卫星同步卫星”。除了。除了“气象卫星气象卫星”外，外，“同步卫星同步卫星”还有什么用途还有什么用途?江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述二：运动的描述二：参考系参考系二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个选来作标准的参
26、照物称为参考系。这个选来作标准的参照物称为参考系。课堂探究课堂探究一跳伞运动员在下落过程中，看到身旁的直升机在向上运动，一跳伞运动员在下落过程中，看到身旁的直升机在向上运动，则直升机相对于地面的运动情况是怎样的则直升机相对于地面的运动情况是怎样的?江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述二：运动的描述二：参考系参考系二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个选来作标准的参照物称为参考系。这个选来作标准的参照物称为参考系。1、运动和静止都是相对于参考系的。、运动和静止都是相对于参考系的。2、参考系的
27、选取是任意的。、参考系的选取是任意的。3、选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样。、选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样。4、选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便。、选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便。5、比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义。、比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义。江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述三：运动的描述三：坐标系坐标系在把物体简化成在把物体简化成“质点质点”并确定参考系之后，我们就可并确定参考系之后，我们就可较好的分析物体空间位置的变化情况（
28、即运动情况），较好的分析物体空间位置的变化情况（即运动情况），但这种分析还只是但这种分析还只是定性定性的，不能确定物体运动到哪里的，不能确定物体运动到哪里去了，通过了多少路程。去了，通过了多少路程。因此，为了因此，为了定量定量地描述做地描述做直线运动直线运动物体的位置及位物体的位置及位置变化情况，需要在参考系上建立适当的置变化情况，需要在参考系上建立适当的坐标系坐标系。问题：某辆车在高速公路上行驶，怎样定量（准确）问题：某辆车在高速公路上行驶，怎样定量（准确）地描述该车所在的位置地描述该车所在的位置 江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述三：运动的描述
29、三：坐标系坐标系需要标明：原点、正方向、标度、单位需要标明：原点、正方向、标度、单位讨论讨论：如果物体在平面上运动（例如滑冰运动员），我们：如果物体在平面上运动（例如滑冰运动员），我们 应如何建立坐标系？应如何建立坐标系？结论结论：可以建立一个二维直角坐标系，此时可以用（：可以建立一个二维直角坐标系，此时可以用（x，y）表示物体的位置表示物体的位置。若要描述飞机在空中的位置变化情况呢？若要描述飞机在空中的位置变化情况呢？三维坐标三维坐标江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com课堂小结课堂小结一、质点：用来代替物体的有质量的点。一、质点：用来代替物体的有质量的点。(
30、1)质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型。质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型。(2)质点是对实际物体的近似，这也是物理学中常用的一种质点是对实际物体的近似，这也是物理学中常用的一种重要的研究方法。重要的研究方法。(3)一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研一个物体能否看成质点，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，而跟自身体积的大小、质量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度的大小无关。的多少和运动速度的大小无关。江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com课堂小结课堂小结二、参考系：任何运动都是相对于某个参照
31、物而言的，二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个选来作标准的参照物称为参考系。这个选来作标准的参照物称为参考系。(1)运动和静止都是相对于参考系的。运动和静止都是相对于参考系的。(2)参考系的选取是任意的。参考系的选取是任意的。(3)选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样。选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样。(4)选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便。选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便。(5)比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义。比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义。江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com课堂小结课堂小结三、坐标系三、坐标系(1)描述直线运动的物体的位置变化，可以建立一维直线坐标系。描述直线运动的物体的位置变化，可以建立一维直线坐标系。(2)描述平面上运动的物体的位置变化，可以建立二维平面直角坐描述平面上运动的物体的位置变化，可以建立二维平面直角坐标系。标系。(3)描述立体空间内运动的物体的位置变化，可以建立三维立体空描述立体空间内运动的物体的位置变化，可以建立三维立体空间坐标系。间坐标系。www。jxjyzy。com 江西基础教育资源中心江西基础教育资源中心 www。jxjyzy。com运动的描述运动的描述
