《質(zhì)點(diǎn)參考系》預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)|新知領(lǐng)悟

物體和質(zhì)點(diǎn)1．質(zhì)點(diǎn)的定義：忽略物體的________和________，把物體簡(jiǎn)化為一個(gè)有________的物質(zhì)點(diǎn)，這樣的點(diǎn)稱為質(zhì)點(diǎn)．2．把物體看作質(zhì)點(diǎn)的條件：物體的________和________對(duì)研究問題的影響可以忽略．3．理想化模型：在物理學(xué)中，突出問題的____________，忽略__________，建立________的物理模型，是經(jīng)常采用的一種科學(xué)研究方法．質(zhì)點(diǎn)就是一種理想化模型．形狀大小質(zhì)量形狀大小主要因素次要因素理想化為什么要引入質(zhì)點(diǎn)？物體能否視為質(zhì)點(diǎn)由什么決定？構(gòu)建物理模型有什么重要作用？

微思考【答案】引入質(zhì)點(diǎn)是為了更好地研究物體的運(yùn)動(dòng)．物體能否看成質(zhì)點(diǎn)由研究的問題決定，看物體形狀和大小對(duì)所研究的問題是否有影響．構(gòu)建物理模型能簡(jiǎn)化研究，以便系統(tǒng)性、定量地研究問題．

某次大型戰(zhàn)機(jī)飛行訓(xùn)練中，下列說(shuō)法中正確的是(

)

A．研究戰(zhàn)機(jī)起飛時(shí)的姿態(tài)變化，戰(zhàn)機(jī)可以看作質(zhì)點(diǎn)B．探究戰(zhàn)機(jī)從起點(diǎn)到終點(diǎn)的飛行時(shí)間，戰(zhàn)機(jī)可以看作質(zhì)點(diǎn)C．研究戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行空中加油，戰(zhàn)機(jī)可以看作質(zhì)點(diǎn)D．研究戰(zhàn)機(jī)在空中的翻滾動(dòng)作，戰(zhàn)機(jī)可以看作質(zhì)點(diǎn)【答案】B

【解析】研究飛機(jī)的起飛狀態(tài)，要看飛機(jī)起飛時(shí)的姿態(tài)變化，所以不能看成質(zhì)點(diǎn)，故A錯(cuò)誤；飛機(jī)長(zhǎng)度相對(duì)于從起點(diǎn)到終點(diǎn)的距離很小，以至于對(duì)飛行時(shí)間的影響可忽略，所以飛機(jī)可看成質(zhì)點(diǎn)，故B正確；研究戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行空中加油時(shí)要看油孔在什么位置，不能把戰(zhàn)機(jī)看成質(zhì)點(diǎn)，故C錯(cuò)誤；研究戰(zhàn)機(jī)在空中的翻滾動(dòng)作時(shí)要看殲擊機(jī)各點(diǎn)動(dòng)作，不能看成質(zhì)點(diǎn)，故D錯(cuò)誤．

參考系1．定義：為了描述物體的運(yùn)動(dòng)而假定為不動(dòng)、用來(lái)作________的物體．2．參考系的選取

(1)參考系的選取是________的，但選取的參考系不同，結(jié)論往往________，通常選________為參考系．(2)參考系既可以是_________的物體，也可以是_______的物體．參考任意不同地面靜止運(yùn)動(dòng)選作參考系的物體，運(yùn)動(dòng)嗎？

微思考【答案】任何物體，一旦被選為參考系，那在此參考系下它就是不動(dòng)的．

敦煌曲子詞中有一首：“滿眼風(fēng)光多閃爍，看山恰似走來(lái)迎，仔細(xì)看山山不動(dòng)，是船行．”請(qǐng)用物理學(xué)知識(shí)解釋“看山恰似走來(lái)迎”和“山不動(dòng)，是船行”．你由此得到什么啟示？【答案】作者得出“看山恰似走來(lái)迎”是以自己(或船)為參考系；得出“山不動(dòng)，是船行”則是以大地為參考系．可見參考系不同，對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)的描述往往是不同的．多維課堂|素養(yǎng)初培一只運(yùn)動(dòng)的鳥，用固定的照相機(jī)每隔相等的時(shí)間對(duì)其拍照一次，就會(huì)得到一連串的照片，假設(shè)把這些照片按照時(shí)間一張張疊起來(lái)，就會(huì)得到如圖所示的圖片．觀察這張疊圖，你覺得要準(zhǔn)確描述物體的位置，容易嗎？

對(duì)質(zhì)點(diǎn)和理想化模型的理解

問題

(1)如果換個(gè)角度看，忽略運(yùn)動(dòng)者形狀、擺動(dòng)和姿勢(shì)上的差異，只關(guān)心它的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以簡(jiǎn)化處理嗎？(2)為什么要引入“質(zhì)點(diǎn)”這一概念？(3)什么樣的物體可以看成質(zhì)點(diǎn)？(4)地球到太陽(yáng)的距離達(dá)1.5×108km，而地球的直徑只有1.3×104km.在研究地球公轉(zhuǎn)周期或速度的時(shí)候，能否把地球看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)？【答案】(1)如果換個(gè)角度看，忽略運(yùn)動(dòng)者形狀、擺動(dòng)和姿勢(shì)上的差異，只關(guān)心它的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以簡(jiǎn)化為身體上的某一點(diǎn)．(2)為了便于描述運(yùn)動(dòng)．(3)一個(gè)物體能否看成質(zhì)點(diǎn)是相對(duì)的，是由所研究的問題決定的，要視具體情況而定，研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，若可以忽略物體的大小和形狀，就可以將物體看成質(zhì)點(diǎn)．(4)能．2．對(duì)質(zhì)點(diǎn)的理解科學(xué)抽象質(zhì)點(diǎn)是對(duì)實(shí)際物體的科學(xué)抽象，是一種理想化的模型，真正的質(zhì)點(diǎn)是不存在的可看作質(zhì)點(diǎn)的條件一個(gè)物體能否被看作質(zhì)點(diǎn)，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，也能看作質(zhì)點(diǎn)；相反，若是主要因素，即使物體很小，也不能看作質(zhì)點(diǎn)3．理想化模型：是為了使研究的問題得以簡(jiǎn)化或研究問題方便而進(jìn)行的一種科學(xué)的抽象．4．規(guī)律方法：用假設(shè)法判斷物體能否當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)．(1)確定問題的性質(zhì)，即研究目的、觀察的重點(diǎn)是什么．(2)假設(shè)物體的形狀、大小被忽略，成了一個(gè)有質(zhì)量的“點(diǎn)”．(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(diǎn)；若不受影響，物體就能被當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)．素養(yǎng)點(diǎn)評(píng)：本探究通過(guò)質(zhì)點(diǎn)的理解與建立，培養(yǎng)物理觀念、科學(xué)思維素養(yǎng)．

對(duì)質(zhì)點(diǎn)概念的理解

精例1關(guān)于質(zhì)點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是(

)

A．質(zhì)點(diǎn)一定是很小的物體B．質(zhì)點(diǎn)是實(shí)際存在的有質(zhì)量的點(diǎn)C．質(zhì)點(diǎn)是研究物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的一種理想化模型D．質(zhì)點(diǎn)就是物體的重心【答案】C

【解析】質(zhì)點(diǎn)是研究物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)研究的需要忽略物體的大小和形狀，而把物體看成一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)，它是一種理想化模型，實(shí)際上是不存在的．一個(gè)物體能否看成質(zhì)點(diǎn)，并不在于它的大小，關(guān)鍵在于這個(gè)物體在所研究的問題中，它的大小和形狀是否可以忽略，如果能夠忽略就可視為質(zhì)點(diǎn)，如果不能忽略就不能視為質(zhì)點(diǎn)，所以只有C正確．

變式1下列關(guān)于質(zhì)點(diǎn)的說(shuō)法中，正確的是(

)

A．質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)理想化模型，實(shí)際上并不存在，所以，引入這個(gè)概念沒有多大意義B．只有體積很小的物體才能看成質(zhì)點(diǎn)C．凡是輕小的物體，皆可看成質(zhì)點(diǎn)D．如果物體的形狀和大小對(duì)所研究的問題屬于無(wú)關(guān)或次要因素時(shí)，即可把物體看成質(zhì)點(diǎn)【答案】D

【解析】當(dāng)物體的大小和形狀對(duì)所研究的問題是次要因素時(shí)，其大小形狀可以忽略，此時(shí)可把物體看成質(zhì)點(diǎn)．在實(shí)際中質(zhì)點(diǎn)并不存在，它是一個(gè)理想化的模型，但引入質(zhì)點(diǎn)后描述物體的運(yùn)動(dòng)會(huì)更方便，有重要意義，故A錯(cuò)誤，D正確．一個(gè)物體能否被看成質(zhì)點(diǎn)，與物體本身的大小及輕重?zé)o關(guān)，故B、C均錯(cuò)誤．

質(zhì)點(diǎn)模型的應(yīng)用

精例2在評(píng)判下列運(yùn)動(dòng)員的比賽成績(jī)時(shí)，運(yùn)動(dòng)員可視為質(zhì)點(diǎn)的是(

)

【答案】A

【解析】馬拉松比賽時(shí)，由于路程長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)員的體積可以忽略，可以將其視為質(zhì)點(diǎn)，故A符合題意；其余不符合．變式2在以下情況中可將所研究的物體看成質(zhì)點(diǎn)的是(

)A．觀察“遼寧艦”上的“殲-15”戰(zhàn)斗機(jī)起飛時(shí)，可以把航空母艦看作質(zhì)點(diǎn)B．研究“天舟二號(hào)”

貨運(yùn)飛船與“天和”核心艙對(duì)接C．研究“祝融號(hào)”在火星上運(yùn)行的軌跡D．研究自行車的運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)檐囕喸谵D(zhuǎn)動(dòng)，所以無(wú)論什么情況下，自行車都不能看成質(zhì)點(diǎn)【答案】C【解析】觀察“遼寧艦”航空母艦上的“殲－15”戰(zhàn)斗機(jī)起飛時(shí)，航空母艦的長(zhǎng)度不能忽略，所以不可以把航空母艦看作質(zhì)點(diǎn)，故A錯(cuò)誤；“天舟二號(hào)”與“天和”對(duì)接時(shí)，大小至關(guān)重要，不能看成質(zhì)點(diǎn)，B錯(cuò)誤；研究“祝融號(hào)”在火星上運(yùn)動(dòng)的軌跡時(shí)，祝融號(hào)大小可忽略，可看成質(zhì)點(diǎn)，C正確；研究自行車的運(yùn)動(dòng)時(shí)，若研究自行車長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，自行車可以看成質(zhì)點(diǎn)，故D錯(cuò)誤．

質(zhì)點(diǎn)概念判斷的誤區(qū)1．關(guān)鍵詞錯(cuò)誤，“在一定條件下物體可以看作質(zhì)點(diǎn)”而不是“物體是質(zhì)點(diǎn)”．

2．“質(zhì)點(diǎn)”不同于幾何概念中的“點(diǎn)”，質(zhì)點(diǎn)有物體的全部質(zhì)量而幾何概念中的點(diǎn)沒有質(zhì)量．3．不能說(shuō)“平動(dòng)的物體一定能看作質(zhì)點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)的物體一定不能看作質(zhì)點(diǎn)”，關(guān)鍵還是看研究的問題中物體的大小和形狀是否可以忽略不計(jì)．平動(dòng)的物體有時(shí)不能看作質(zhì)點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)的物體有時(shí)能看作質(zhì)點(diǎn)．

下雨天，屋里的觀察者透過(guò)窗戶觀察到雨滴豎直下落，坐在勻速行駛的車廂里的乘客看到的雨滴卻是斜向后方的，如圖所示．

對(duì)參考系的理解和應(yīng)用

問題

(1)本來(lái)豎直下落的雨滴，為何乘客看起來(lái)是斜向后方的？(2)同一物體，相對(duì)于不同的參考系運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同嗎？【答案】(1)因?yàn)槌丝碗S車廂運(yùn)動(dòng)了，所以雨滴看起來(lái)就斜著下落了．(2)不一定相同．物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和選取的參考系有關(guān)，就像同樣下落的雨滴，相對(duì)于地面的人是豎直的，相對(duì)于運(yùn)動(dòng)的車廂里的人是斜著的．2．參考系的“六性”

3．參考系的選取原則

(1)參考系的選取是任意的，在實(shí)際問題中，參考系的選擇原則應(yīng)以觀測(cè)方便和使運(yùn)動(dòng)的描述盡可能簡(jiǎn)單為基本原則，但不能選研究對(duì)象自身作為參考系．(2)研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般情況下選擇地面或地面上靜止不動(dòng)的物體為參考系，此時(shí)參考系可以省略不寫．(3)要比較不同物體的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，必須選擇同一個(gè)參考系．素養(yǎng)點(diǎn)評(píng)：本探究通過(guò)參考系的理解與建立，培養(yǎng)物理觀念素養(yǎng)．

由運(yùn)動(dòng)判斷選取的參考系

精例3

如圖是體育攝影中“追拍法”的成功之作，攝影師眼中清晰的滑板運(yùn)動(dòng)員是靜止的，而模糊的背景是運(yùn)動(dòng)的，攝影師用自己的方式表達(dá)了運(yùn)動(dòng)的美．請(qǐng)問攝影師選擇的參考系是(

)

A．大地 B．太陽(yáng)C．滑板 D．步行的人【答案】C

【解析】由于運(yùn)動(dòng)員和攝影師以相同的速度運(yùn)動(dòng)，故以滑板作為參考系，運(yùn)動(dòng)員是靜止的，故運(yùn)動(dòng)員的圖片是清晰的，但由于背景相對(duì)于滑板是運(yùn)動(dòng)的，所以拍攝的背景是模糊的．故在“追拍法”中攝影師選擇的參考系是相對(duì)自己靜止的物體，如滑板，故C正確．變式3

(多選)下列關(guān)于參考系的說(shuō)法中，正確的是(

)

A．研究任何物體的運(yùn)動(dòng)，都要選別的物體做參考系B．研究某物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須選特定的物體做參考系，不能任意選取C．若某物體在一段時(shí)間內(nèi)相對(duì)于所選參考系的位置始終沒有變化，則該物體相對(duì)于所選參考系是靜止的D．一個(gè)物體相對(duì)于一個(gè)參考系是靜止的，相對(duì)于另一個(gè)參考系不一定是靜止的【答案】ACD

【解析】運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，一個(gè)物體是否運(yùn)動(dòng)，以及做何種運(yùn)動(dòng)，都是相對(duì)于別的物體來(lái)說(shuō)的，因此，研究任何物體的運(yùn)動(dòng)，都要選取參考系，而且參考系可以任意選取，一個(gè)物體相對(duì)于不同的參考系，位置是否變化及如何變化，都可能不同．選項(xiàng)A、C、D正確．

由參考系判斷物體的運(yùn)動(dòng)

精例4

火炬?zhèn)鬟f是各種重大體育賽事的重要環(huán)節(jié)．在某次運(yùn)動(dòng)會(huì)火炬?zhèn)鬟f中，觀察到同一地點(diǎn)的旗幟和甲、乙兩火炬手所傳遞的圣火火焰如圖所示．關(guān)于甲、乙兩火炬手相對(duì)于靜止旗桿的運(yùn)動(dòng)情況，下列說(shuō)法中正確的是(

)

A．甲、乙兩火炬手一定都在向右運(yùn)動(dòng)B．甲、乙兩火炬手一定都在向左運(yùn)動(dòng)C．甲火炬手一定向右運(yùn)動(dòng)，乙火炬手一定向左運(yùn)動(dòng)D．甲火炬手可能靜止，乙火炬手一定向左運(yùn)動(dòng)【答案】D

【解析】根據(jù)旗幟的飄動(dòng)情況可知風(fēng)向左吹．甲火炬手所傳遞的圣火火焰向左飄，所以甲火炬手可能相對(duì)于旗桿靜止，也可能向右運(yùn)動(dòng)，還可能向左運(yùn)動(dòng)，但此時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比風(fēng)速??；乙火炬手所傳遞的圣火火焰向右飄，表明乙火炬手一定相對(duì)于旗桿向左運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速度比風(fēng)速大．D正確．變式4

熱氣球運(yùn)動(dòng)起源于18世紀(jì)的法國(guó)，隨著球皮材料和致熱燃料的普及，熱氣球已成為公眾休閑觀光和體育旅游項(xiàng)目．在一次觀光游覽中，甲、乙、丙三人各乘一個(gè)熱氣球，甲看到樓房勻速上升，乙看到甲勻速上升，甲看到丙勻速上升，丙看到乙勻速下降．那么，從地面上看，甲、乙、丙的運(yùn)動(dòng)情況，下列說(shuō)法可能正確的是(

)

A．甲、乙勻速下降，v乙<v甲，丙停在空中B．甲、乙勻速下降，v乙>v甲，丙勻速下降，且v丙>v甲

C．甲、乙勻速下降，v乙>v甲，丙勻速上升D．以上說(shuō)法均不對(duì)【答案】C

【解析】樓房和地面相當(dāng)于同一參考系，所以甲勻速下降．乙看到甲勻速上升，說(shuō)明乙也是勻速下降，且v乙>v甲．甲看到丙勻速上升，有三種可能：丙靜止；丙勻速上升；丙勻速下降，且v丙<v甲．丙看到乙勻速下降，也是這三種可能．綜上所述，C正確．

巧選參考系——相對(duì)運(yùn)動(dòng)法

精例5

某人在河中劃船逆流航行，經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)草帽落入水中，0.5h后他才發(fā)覺，此時(shí)船已行至B點(diǎn)．于是他立即調(diào)轉(zhuǎn)船頭追趕，在A點(diǎn)下游5.4km處的C點(diǎn)追上，該船相對(duì)水流的速率v1不變，求水流速率v