《質(zhì)點參考系》問題情境:沿弧線飛向球門的足球(圖1)，拍打翅膀在空中翱翔的雄鷹(圖2)，飛車特技表演(圖3)，飛馳的汽車(圖4)．1.圖1至圖4是運動物體的照片，你有什么辦法讓大家相信物體是運動的？2.圖1、3讓我們相信足球和運動員在運動，這種運動叫機械運動，請給機械運動下個定義?3.圖1中的足球向前運動時，還伴隨著旋轉(zhuǎn)，你認(rèn)為足球上各個點的運動軌跡、速度完全相同嗎?任務(wù)1：發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確描述物體運動的困難問題連拍照片的方式拍視頻的方式物體的空間位置隨時間的變化不相同圖1圖2圖3圖44.圖2、3、4中物體上每一點的運動相同嗎？5.我們能否窮盡上述物體每一部分的運動情況?窮盡物體每一部分的運動情況對我們分析解決問題是否都是必要的?圖1圖2圖3圖4問題不相同我們研究整體的運動情況時，可以窮盡每一點的運動情況。我們研究每一部分的運動時，不能窮盡各部分的運動。問題情境:沿弧線飛向球門的足球(圖1)，拍打翅膀在空中翱翔的雄鷹(圖2)，飛車特技表演(圖3)，飛馳的汽車(圖4)．任務(wù)1：發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確描述物體運動的困難任務(wù)2：建構(gòu)質(zhì)點模型，領(lǐng)會理想化方法問題情境：2018年國際田聯(lián)鉆石聯(lián)賽，在男子100米的比賽中，中國飛人蘇炳添以9秒90的成績獲得第四名，這個成績打破了卡塔爾歸化選手奧古諾德創(chuàng)造的9秒91的亞洲紀(jì)錄，下圖為某次比賽的視頻截圖。問題1.如果你是一個普通觀眾，觀看蘇炳添100米比賽時，你關(guān)心什么問題?這時他身體的形狀、大小對所研究的問題影響大嗎?2.如果你是蘇炳添的教練，觀看蘇炳添100米比賽時，你是否會關(guān)心蘇炳添身體各部分的位置和運動情況?3.作為一名物理學(xué)習(xí)者，如果要計算蘇炳添跑完全程的速度，蘇炳添的形狀、大小重要嗎?為什么?比賽用的時間不大關(guān)心，各部分的動作影響成績的發(fā)揮不重要，只關(guān)心時間即可以算出全程的速度任務(wù)2：建構(gòu)質(zhì)點模型，領(lǐng)會理想化方法問題情境：2018年國際田聯(lián)鉆石聯(lián)賽，在男子100米的比賽中，中國飛人蘇炳添以9秒90的成績獲得第四名，這個成績打破了卡塔爾歸化選手奧古諾德創(chuàng)造的9秒91的亞洲紀(jì)錄，下圖為某次比賽的視頻截圖。問題可以由研究的問題決定；每一點的運動能否代替整體的運動不是實際存在的；理想化模型的方法，可以抓住主要因素，忽略次要因素4.如果物體的形狀、大小對所研究的問題沒有影響，或者影響很小，是否可以忽略形狀大小將它看成一個有質(zhì)量的點?5.一個物體能否看成質(zhì)點是由物體本身決定的，還是由研究問題的性質(zhì)決定的?同一物體能否看成質(zhì)點的依據(jù)是什么？6.質(zhì)點是實際存在的嗎?將物體看做質(zhì)點運用了什么方法?這種方法的功能是什么?網(wǎng)孔的作用就是濾掉海水，但也失去一些小魚，如果漁網(wǎng)沒有孔，那么我們就無法提起充滿海水的網(wǎng)，結(jié)果是我們無法捕到魚。思考：漁網(wǎng)為什么有孔?抓住主要因素忽略次要因素任務(wù)3：通過實例理解能看成質(zhì)點的條件問題情境:太陽系中地球的運動，一列向前運動的火車，石墨和金剛石中的碳原子問題1.如圖，研究地球自轉(zhuǎn)時，能否將地球看成質(zhì)點?為什么?2.研究地球公轉(zhuǎn)時，能否將地球看成質(zhì)點?為什么?不能，看成質(zhì)點就沒法研究了可以；關(guān)注整體的運動，地球大小相比地球到太陽的距離小得多任務(wù)3：通過實例理解能看成質(zhì)點的條件問題情境:太陽系中地球的運動，一列向前運動的火車，石墨和金剛石中的碳原子問題3.如圖，研究火車的運動時，關(guān)注哪些問題時可以將火車看成質(zhì)點，關(guān)注哪些問題時不可以看成質(zhì)點?研究從北京到上海的時間可以看作質(zhì)點研究火車車輪的轉(zhuǎn)動時，不可以看成質(zhì)點關(guān)注化學(xué)鍵位置的不同。考慮原子的大小4.如圖，在研究碳原子結(jié)合成石墨分子或金剛石分子時，能否將碳原子看成質(zhì)點?5.能否總結(jié)將物體看成質(zhì)點的條件?不由大小決定，與研究的問題有關(guān)，任意一點的運動可以代替整體的運動時可以看作質(zhì)點小結(jié)一質(zhì)點的理解與理想化模型1.將物體看成質(zhì)點的條件物體的大小、形狀對所研究的問題的影響可以忽略不計時，可視物體為質(zhì)點。2.物體可視為質(zhì)點的情況有以下幾種(１)物體的大小與形狀與物體運動的空間相比微不足道，對研究問題的精度影響很小，這時可將物體視為質(zhì)點。(2)各點運動的差異不小，但是所研究的問題并不關(guān)注物體的細(xì)節(jié)變化，而是考慮物體整體的變化，可把物體視為質(zhì)點。(3)不能忽略物體的大小和形狀，但物體上各點運動情況完全相同，物體上任意一點的運動可以代表整個物體的運動，整個物體也可以當(dāng)成質(zhì)點來處理。3.物體能否看成質(zhì)點的常見示例研究對象可以看做質(zhì)點的情景不能看做質(zhì)點的情景火車研究從北京到上海的運行時間研究火車車輪的運動汽車、自行車①研究車的速度；②確定車的位置研究車輪的轉(zhuǎn)動地球研究地球的公轉(zhuǎn)研究地球的自轉(zhuǎn)球足球比賽中，研究隊員踢出球的速度研究乒乓球的旋轉(zhuǎn)運動員①研究馬拉松賽跑運動員的成績；②奧運會110m欄決賽中，測算運動員飛奔時的速度①花樣滑冰的運動員；②跳水比賽中的運動員；③體操比賽中的運動員（關(guān)鍵看技術(shù)動作的均不能看做質(zhì)點）宇宙飛船研究繞地球一周的時間①與其他航天器進(jìn)行對接時②調(diào)整飛行姿態(tài)時輪船確定輪船在大海中的位置確定直升飛機在輪船上的降落位置直升機、無人機從甲地到乙地的時間①螺旋槳的轉(zhuǎn)動情況②無人機的飛行姿勢及翻滾動作4.理想化模型的三個要點(1)實際并不存在“理想化模型”是為了使研究的問題得以簡化或研究問題方便而進(jìn)行的一種科學(xué)抽象。(2)突出主要因素的結(jié)果“理想化模型”是以研究目的為出發(fā)點，突出問題的主要因素，忽略次要因素而建立的“物理模型”。(3)客觀存在事物的部分特點反映“理想化模型”是在一定程度和范圍內(nèi)對客觀存在的復(fù)雜事物的一種近似反映，是物理學(xué)中經(jīng)常采用的一種研究方法?！菊f明】在以后的學(xué)習(xí)中會接觸到多個物理模型，物理模型的建立，會使一些復(fù)雜的具體問題變得簡潔，更加方便地分析和解決問題。例

下列說法中正確的是（）A.戰(zhàn)斗機飛行員可以把正在甲板上用手勢指揮的引導(dǎo)員看成一個質(zhì)點B.在戰(zhàn)斗機飛行訓(xùn)練中，研究戰(zhàn)斗機的空中有動作翻滾動作時，可以把戰(zhàn)斗機看成質(zhì)點C.研究“遼寧艦”在大海中運動軌跡時，可以把“遼寧艦”看成質(zhì)點D.由于“遼寧艦”體形巨大，故任何情包括遠(yuǎn)洋航行況下都不能將其看成質(zhì)點【點撥】物體能看成質(zhì)點的條件是：物體的大小、形狀對所研究的問題不會產(chǎn)生影響，物體的大小、形狀能忽略，與其他因素?zé)o關(guān)。A錯飛行員要按照引導(dǎo)員的指揮手勢操作駕駛B錯將戰(zhàn)斗機視為質(zhì)點后，就不可能研究戰(zhàn)斗機的空中翻滾動作了C對D錯“遼寧艦”雖大，但分析其在遼闊的大海中的航行軌跡時，“遼寧艦”的大小可以忽略不計C任務(wù)4：知道描述運動的相對性，建立參考系的概念問題情境：空中加油機給戰(zhàn)機加油，竹排在江中游蕩的畫面問題1.請列舉生活中的例子，談?wù)動袥]有絕對靜止的物體?2.如圖是空中加油機通過油管給戰(zhàn)機加油的情景，在空中加油機看來，戰(zhàn)機的運動情況是怎樣的?3.從地面上的人看來，空中加油機和戰(zhàn)機的運動情況是怎樣的?靜止的，加油時需要保持相對靜止沒有，坐地日行八萬里高速飛行任務(wù)4：知道描述運動的相對性，建立參考系的概念問題情境：空中加油機給戰(zhàn)機加油，竹排在江中游蕩的畫面4.要描述戰(zhàn)機的運動情況，首先必須選擇一個作為參考的物體，這個物體叫做什么?5.歌詞中“小小竹排江中游”和“巍巍青山兩岸走”分別是以什么物體為參考系的?問題參照物（參考系）青山竹排任務(wù)5：學(xué)會合理選擇參考系問題情景:飛機投彈照片，模擬飛機投彈1.飛機投彈時，你認(rèn)為飛機是靜止還是運動的?你做此判斷時是以什么物體為參考系的?2.如果以飛機為參考系，炸彈的飛行軌跡是怎樣的?3.通過實驗，我們觀察到炸彈的運動軌跡是一條曲線，如圖所示，這和問題2的分析結(jié)果產(chǎn)生了矛盾，你認(rèn)為原因是什么呢?4.如果要描述炸彈在空中的相對位置時，選擇哪個物體為參考系會比較簡單?問題運動的；以地面為參考系豎直向下的運動選擇的參考系不同選擇飛機為參考系二參考系的理解相對性用來做參考系的物體都是假定不動的，被研究的物體是運動還是靜止，都是相對于參考系而言的任意性參考系的選取具有任意性，但應(yīng)以觀察方便和使運動的描述盡可能簡單為原則。研究地面上物體的運動時，常選地面為參考系統(tǒng)一性在同一個問題中，若要研究多個物體的運動或同一個物體在不同階段的運動，必須選擇同一參考系差異性同一運動選擇不同的參考系，觀察結(jié)果一般不同【注意】（1）物體一旦被選為參考系，就認(rèn)為它是靜止的。（2）由于運動的相對性，凡是提到物體的運動，都應(yīng)該明確它是相對于哪個參考系而言的。（3）不做特別說明的情況下，一般選取地面為參考系。小結(jié)（1）判斷一個物體究竟是運動還是靜止，都要選擇另外的物體作為參照。選擇參照的物體不同，結(jié)論可能不同。被選為參照的物體叫做參照物。有了參照物，可以判定物理動還是不動，但不能定量描述動的快慢、運動的方向等等。（2）為了確切地或定量地說明一個物體的運動，僅選擇一個參考物還不行，還必須在參考物上建立一套坐標(biāo)系，例如笛卡爾直角坐標(biāo)系等。有了坐標(biāo)系，就可以定量地確定物體在空間的位置。但描述物體的運動還需指明另一要素，即它在什么時刻經(jīng)過什么位置，也就是說要說明位置隨時間變化的情況。因此，從原則上說，坐標(biāo)系的各處都應(yīng)該配置一個鐘，而且同一坐標(biāo)系各處的鐘都必須是“同步”的，即走得快慢一樣。（3）一個依托參照物建立的“標(biāo)示空間位置的坐標(biāo)系”和配置在此坐標(biāo)系內(nèi)各點的“一套指示時間的同步的鐘”就組成一個參考系。（4）參考系是確定的一個空間，它與參照物相聯(lián)系，但在絕對時空觀中，有時可能只有參考系，而不一定有真實的參考物件。故在今后的研究中，往往用坐標(biāo)系代替參考系來確定物體的位置、一段時間內(nèi)的位移等，從而實現(xiàn)對物體運動的定量研究。拓展參照物與參考系是一回事嗎，有什么區(qū)別與聯(lián)系？【說明】通常情況下，一般不區(qū)分“參考物”和“參考系”，而強調(diào)“坐標(biāo)系是參考系的數(shù)學(xué)抽象”。在討論一般性問題時，往往只給出坐標(biāo)系而不必具體地指明它所參照的物體或參考系。例

在某次運動會火炬?zhèn)鬟f中，觀察到同一地點的旗幟和甲、乙兩火炬手所傳遞的圣火火焰是移動的如圖所示。關(guān)于甲、乙兩火炬手相對于靜止旗桿的運動情況，下列說法中正確的是（）A.甲、乙兩火炬手一定都在向右運動B.甲、乙兩火炬手一定都在向左運動C.甲火炬手一定向右運動，乙火炬手一定向左運動D.甲火炬手可能停止了運動，乙火炬手一定向左運動【思路點撥】根據(jù)題目中所述情景正確判定風(fēng)的方向?！窘馕觥扛鶕?jù)旗幟的飄動情況可知風(fēng)向左吹。甲火炬手所傳遞的圣火火焰向左飄動，由于旗桿是靜止的，所以甲火炬手可能相對于旗桿靜止，也可能向右運動，還可能向左運動，但此時的運動速度比風(fēng)速??；乙火炬手所傳遞的圣火火焰向右飄動，表明乙火炬手一定向左運動，且運動速度比風(fēng)速大。選項D正確。D【解題通法】（1）只有選定參考系后，才能確定物體是否運動，運動得快還是慢。（2）選擇的參考系不同，對同一物體運動的描述所作出的結(jié)論也可能不同。（3）巧妙選取參考系，能使我們更方便地處理相對運動問題。（4）雖然參考系的選取是任意的，但是一定要以能方便、簡潔地描述物體的運動為準(zhǔn)則。1.

下列關(guān)于質(zhì)點的說法中，正確的是（）A.質(zhì)點是一個理想化模型，實際上并不存在，所以引入這個概念沒有多大意義B.只有體積很小、質(zhì)量也很小的物體才能看成質(zhì)點C.調(diào)整人造衛(wèi)星的姿態(tài)，使衛(wèi)星的照相窗口對準(zhǔn)地面時人造衛(wèi)星可以看成質(zhì)點D.如果物體的形狀和大小對所研究的問題沒有影響或影響可以忽略不計時，物體可以視為質(zhì)點D當(dāng)堂檢測2.［多選］在以下情況中可將物體看做質(zhì)點的是（）A.研究一列火車從北京到上海所需的時間B.對某學(xué)生的騎車姿勢進(jìn)行分析C.研究“天舟一號”從地球發(fā)射升空時的飛行軌跡D.研究“嫦娥五號”降落到月球表面后如何獲取月球土壤AC提示：物體的大小和形狀對問題的研究有無影響，不是由物體的大小決定的，而是由研究的問題決定的；同一物體在不同的運動情景中，有時可視為質(zhì)點，有時則不能視為質(zhì)點，關(guān)鍵是看物體的大小和形狀對所研究問題的影響是否可以忽略?！裟芊癜盐矬w看做質(zhì)點的判斷方法物體的大小和形狀可以忽略或物體上任意一點的運動可代替物體的運動時，可把物體看做質(zhì)點。有以下四種情況：3.［刻舟求劍的故事家喻戶曉，如圖所示，“舟已行矣，而劍不行”這句話所選用的參考系是（）A.舟

B.地面C.舟上的人 D.流動的水B【注意】（1）只要選定某物體為參考系，則認(rèn)為該物體處于靜止?fàn)顟B(tài)。（2）任何物體都可以選為參考系，為研究問題的方便，一般選地面或相對地面靜止的物體為參考系。（3）要比較不同物體的運動狀況，應(yīng)選取同一參考系。解析：“舟已行矣，而劍不行”是說船相對于地面在運動，而劍落到水底后相對于地面不再移動，故此句選用的參考系是地面4.

2021年4月29日11時22分，新一代運載火箭長征五號B將中國航天器“天和”號核心艙送入預(yù)定軌道，標(biāo)志著中國空間站時代即將開啟。在地球發(fā)射場發(fā)射階段通過運載火箭上的攝像頭觀察到地面正在向下運動，此時選取的參考系是（）A.地面 B.運載火箭C.發(fā)射架 D.發(fā)射場內(nèi)的樹木B【方法技巧】（1）比較多個物體運動狀況時，一定要選取同一參考系。（2）題目中涉及的參考系不同時，要將參考系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變?yōu)橥粋€參考系。（3）涉及多個物體的復(fù)雜問題，解題時要在同一個參考系中畫出運動簡圖，幫助分析。解析：探測器在地球發(fā)射場發(fā)射階段通過運載火箭上的攝像頭觀察到地面正在向下運動，說明地面相對火箭在向下運動，故選擇的參考系是運載火箭問題一對質(zhì)點與物理模型的理解[情境探究]小明從家到學(xué)校參加體操比賽,在研究小明從家到學(xué)校所用時間時,能否將小明看作質(zhì)點?在研究小明做體操的動作時能否將小明看作質(zhì)點?要點提示

研究小明從家到學(xué)校所用時間時,因家到學(xué)校的距離遠(yuǎn)大于小明本身的大小,由小明的大小和形狀而引起的小明身上各部分的運動差異就可以忽略不計,此時可將小明小明做體操

看作質(zhì)點;研究小明做體操的動作時,小明身上各點的運動情況不相同,若將小明看作質(zhì)點,那么這個質(zhì)點的運動不能反映小明身上各點的運動情況,也就無法研究小明的動作,此時不能把小明看作質(zhì)點。[知識點撥]1.質(zhì)點的特點2.對質(zhì)點的理解

科學(xué)抽象質(zhì)點是對實際物體的科學(xué)抽象,是一種理想化的模型,真正的質(zhì)點是不存在的可看作質(zhì)點的條件一個物體能否被看作質(zhì)點,要看物體的大小、形狀在所討論的問題中是主要因素還是次要因素。若是次要因素,即使物體很大,也能被看作質(zhì)點;若是主要因素,即使物體很小,也不能被看作質(zhì)點質(zhì)點與幾何中的“點”的區(qū)別質(zhì)點是對實際物體進(jìn)行科學(xué)抽象的模型,有質(zhì)量,只是忽略了物體的大小和形狀;幾何中的“點”僅僅表示空間中的某一位置3.實際物體視為質(zhì)點的常見情況

4.對物理模型的理解(1)物理模型是在物理研究中,突出問題的主要因素,忽略次要因素而建立的,建構(gòu)物理模型是經(jīng)常采用的一種科學(xué)研究方法。(2)物理模型作為一種理想化模型,是為了研究問題的方便而對實際問題的科學(xué)抽象,實際中并不存在。要點筆記

物體能否被視為質(zhì)點,不是取決于物體的大小,而是看物體的形狀和大小對研究問題的影響是否可忽略。同一物體在不同的問題情境中有的可視為質(zhì)點,有的則不能視為質(zhì)點。[實例引導(dǎo)]例1(2021湖南岳陽平江一中高一月考)下列情況所研究對象能被看作質(zhì)點的是(

)A.研究跳水運動員的動作B.研究地球的自轉(zhuǎn)C.研究高鐵列車過橋的時間D.研究月球探測器奔月的軌跡解析

研究跳水運動員的動作時,不能把運動員看作質(zhì)點,否則就沒動作可言了,選項A錯誤;研究地球的自轉(zhuǎn)時,不能把地球看作質(zhì)點,否則無法觀察到自轉(zhuǎn),選項B錯誤;研究高鐵列車過橋的時間時,高鐵的長度不能忽略,不能把列車看作質(zhì)點,選項C錯誤;研究月球探測器奔月的軌跡時,探測器的大小可忽略不計,可以被看作質(zhì)點,選項D正確。答案

D規(guī)律方法

假設(shè)法判斷物體能否被看作質(zhì)點(1)確定問題的性質(zhì),即研究目的、觀察的重點是什么。(2)假設(shè)物體的形狀、大小被忽略,成了一個有質(zhì)量的“點”。(3)思考所要研究的問題,所進(jìn)行的觀察是否受影響。若受影響,物體不能被當(dāng)作質(zhì)點;若不受影響,物體就能被當(dāng)作質(zhì)點。變式訓(xùn)練1(2021江蘇南通高一期末)2021年1月20日開通的南通到北京的高鐵,使旅客從南通到北京的出行時間由原來的13h縮短為6h。下列說法正確的是(

)A.列車體積太大,不能將其看成質(zhì)點,乘客可被看成質(zhì)點,因為乘客體積小B.列車運行時,任何情況下都不能將其看成質(zhì)點,因為車輪在轉(zhuǎn)動C.計算列車通過某一隧道的時間時,可將它看成質(zhì)點D.計算列車從南通站到北京站的運行時間時,可將它看成質(zhì)點解析

物體是否能被看成質(zhì)點取決于物體的大小在所研究的問題中是否可以忽略不計,與物體的大小、運動狀態(tài)無關(guān),A、B錯誤;計算列車通過某一隧道的時間時,列車的大小不可以忽略,因此不可將它看成質(zhì)點,C錯誤;計算列車從南通站到北京站的運行時間時,列車的大小可以忽略,因此可將它看成質(zhì)點,D正確。答案

D問題二對參考系的理解[情境探究]如圖所示,坐在火車?yán)锏某丝蜑槭裁凑f火車沒有動呢?站在站臺上的小朋友為什么說火車運動快呢?怎樣描述物體的運動情況呢?要點提示

火車相對于乘客沒有發(fā)生位置的變動,所以乘客以自己為參考說火車沒有動;火車相對于站臺及站臺上的小朋友的位置在快速變化,所以小朋友以站臺為參考說火車運動快。由上面的分析可知,要描述一個物體的運動情況,需要先