1.1 质点 参考系 时间 课件 -2023-2024学年高一上学期物理粤教版（2019）必修第一册

第一章 运动的描述 1 质点 参考系 时间 我们生活在一个运动的世界中,在我们的周围,处处可以看到物体的运动:流星在夜空中划过,鸟儿在空中飞翔,河水在奔流,树叶在摇曳,车辆在行驶,机器在运转……自然界中的一切物体都在不停地运动.通常认为不动的物体,如树木、高楼、桥梁、山脉等其实也每时每刻随着地球的公转和自转在运动着.宇宙中的一切,大到星系、星系团,小到微观世界的分子原子,都处在永恒的运动中.运动是宇宙中的普遍现象. 如果仅研究物体的运动情况,不涉及引起运动变化原因的问题,则属于运动学的研究范畴;如果涉及物体间相互作用对物体运动的影响问题,则属于动力学的研究范畴. 本章从物体的运动问题入手,运用科学抽象和理想模型的方法,逐步建立描述物体运动的位置、位移、速度、加速度等概念,从而为后续的学习打下基础. 宇宙中的一切，大到星系、星系团，小到微观世界的分子、原子，都处在永恒的运动中。 运动是宇宙中的普遍现象。 河水在奔流 车辆在行驶 太阳的自转和行星的公转 机械运动 定义：我们把物体相对于其他物体在空间位置上随时间的变化，叫机械运动（mechanical moion），简称运动。 自然界中,物体运动的形式是多种多样的:有沿直线的,也有沿曲线的;有变速的,也有匀速的;有来回往复的,也有旋转的;有在同一平面上的,也有在空间中的……多种多样的运动形式,为我们展示了自然界一幅幅生动多彩的画卷.实际的运动是复杂多变的,为了便于研究,我们先引入几个与运动描述相关的基本概念. 情境导入 生活中随处可见运动的物体，例如玩耍的孩童、行驶的汽车、翱翔的雄鹰……对于这些运动的物体，我们如何准确地描述它们的运动呢？ 　　在描述上述物体运动时，我们遇到了哪些困难和麻烦，这个困难和麻烦是由于什么原因造成的？ 想一想 飞翔的海鸥 自然界物体的运动是多种多样的，要想详细而准确地描述物体上各部分的运动，是一件十分困难的事。 问题思考 描述物体运动的困难和麻烦出在哪里？能不能克服这些麻烦呢？ 详细描述的困难就在于物体有自己的大小和形状，物体各部分的运动情况有可能不一样。 问题思考 是不是我们研究的所有问题，物体的大小和形状都起关键作用而不可忽略呢？ 实例①：高速动车从上海开往广州，如果要研究这列动车的运行时间，什么情况下可以不考虑动车的长度，什么情况下动车的长度不能忽略？ 如果要研究这列动车从上海到广州的运行时间时，动车的长度与广州到上海的距离相比要小得多，就能不考虑动车的长度，这时可以把动车看成一个“点”，用一个“点”的运动代替整列动车的运动。 但如果讨论的是这列动车通过隧道或道口的时间，动车的长度就不能忽略，也就不可以把动车看成一个“点”了。 实例②：我们生活的地球在绕太阳公转，同时又在自转，什么情况下可以不考虑地球的大小，什么情况下地球的大小不能忽略？（地球的直径是1.3×10 4 km，地球到太阳的距离约为1.5×10 8 km） 地球的直径相比地球到太阳的距离远远小 得多，如果研究地球绕太阳公转，由地球的大 小而引起的地球上各部分的运动差异就可以忽 略不计，可以把地球看成一个“点”去研究； 但如果研究一架飞机从南京飞向北京的情况，这时候就不能忽略地球的大小，不可以把地球看成一个“点”去研究了。 讨论与交流 有人认为,体积很小的物体可以被看成质点,体积很大的物体不能被看成质点;只有低速运动的物体才可被看成质点,高速运动的物体不可被看成质点.上述观点正确吗? 我们有时候关注物体各部分的运动，有时关注物体的整体运动，因此如何描述物体的运动要看我们关注的问题是什么。 当物体的大小与形状在研究的问题中影响很小，可忽略不计时，我们就可以把物体看成一个“点”。 定义：物理学中，我们把用来代替物体的有质量的点，叫做质点（mass point）。 这样对实际物体运动的描述，就简化成对质点运动的描述。 知识提炼一、质点 1．质点：用来代替物体的有质量的点。 2．关于质点的认识 (1)质点是用来代替物体的有质量的点，其突出的特点是“具有质量”和“占有位置”，但是质点没有大小、体积、形状，它与几何中的“点”有本质区别． (2)质点是实际物体的一种高度抽象，是一种“理想化模型”， 实际中并不存在． (3)物体可视为质点的三种情况： ①做平动的物体可视为质点．所谓平动即物体上各部分的运动情况都相同，物体上任一点的运动情况都能反映物体的运动，如从斜面上滑下来的木块． ②物体有转动，但相对于平动而言可以忽略其转动时，可把物体视为质点．如汽车在运行时，虽然车轮转动，但我们研究的是车辆整体的运动快慢，这时可将汽车视为质点． ③问题所涉及的空间距离远远大于物体本身的大小时，通常物体自身的大小可以忽略不计，这时可将物体视为质点． 3．理想化模型 (1)在物理学中，突出问题的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的物理模型并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法． (2)“理想化模型”是为了使研究的问题得以简化或研究问题方便而进行的一种科学的抽象，实际并不存在． 例1.下列说法正确的是(　　) A．运动中的地球不能看成质点，而原子核可以看成质点 B．研究火车通过路旁一根电线杆的时间时，火车可看成质点 C．研究奥运会乒乓球女单冠军张怡宁打出的乒乓球时，能把乒乓球看成质点 D．研究在平直的高速公路上飞驰的汽车的速度时，可以将汽车看成质点 解析：当研究地球的公转时，由于地球直径(约1.3×107 m)比地球与太阳之间的距离(约1.5×1011 m)要小得多，可以忽略不计，可以把地球看成质点(忽略地球的自转)；当研究地球的自转引起的昼夜交替等现象时，就不能忽略地球的大小和形状，当然就不能把地球看成质点了． 当研究电子绕原子核的运动情况时，因为原子核的半径只相当于原子半径的十万分之一，所以可以把原子核看成质点；但若研究有关原子核结构的问题时，就不能把原子核看成质点，选项A错； 研究火车通过路旁的一根电线杆的时间时，因电线杆的粗细比火车的长度小得多，故电线杆可看成质点，而火车不能看成质点，选项B错； 在平直的高速公路上飞驰的汽车，尽管车轮在转动，但我们研究的是汽车的速度，对整个车的运动来讲，车轮的转动不是研究的主要问题，可将车看成质点，D正确．故选D. 奥运冠军张怡宁打出的乒乓球虽小，但飞旋多变，不能看成质点，C错误； 如何解释物体的运动或静止？ 想一想 物体的运动是相对的——运动的相对性 描述运动要寻找参考物体 观察 观察:同样的物体，运动是否会不同？ 知识提炼二、参考系 1．参考系：研究一个物体运动时，选来作为参考的其他物体。 (1)有了参考系，才能确定物体的位置． (2)参考系选得不同，则对同一个物体的运动得出的结论也不同．通常在研究地面上物体的运动时，如果不声明参考系，则默认以地面为参考系． 2．参考系的四性 (1)标准性，选作参考系的物体都假定不动，被研究的物体是运动的还是静止的，都以参考系为标准． (2)任意性，参考系的选取具有任意性，但应以观察方便和使运动的描述尽可能简单为原则。 (3)统一性，比较不同物体的运动或同一个物体不同阶段的运动都应选择同一参考系． (4)差异性，对于同一物体选择不同的参考系结果一般不同． 3．参考系的特征 (1)由于运动描述的相对性，凡是提到物体的运动，都应该明确它是相对哪个参考系而言． (2)在同一个问题当中，若要研究多个物体的运动或同一个物体在不同阶段的运动时，必须选取同一个参考系． (3)无论物体原来运动情况如何，一旦把它选为参考系，就认为它是静止的． 例2. 下列关于参考系的认识正确的是 A．只有静止的物体才能被选作参考系 B．对物体的运动的描述与参考系的选择无关 C．描述一个物体的运动，一定要选择参考系 D．做直线运动的物体，无论选哪个物体为参考系，其运动轨迹都不可能是曲线 C 4.坐标系 为了定量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。 如果物体沿直线运动，我们可以以这条直线为x轴，在直线上规定原点、正方向和单位长度，建立直线坐标系。 建立坐标系后，我们就可以用坐标表示质点的位置，用坐标的变化描述质点的位置变化。 问题思考 若某一物体运动到点A、此时它的坐标是多少？若运动到点B呢？ 问题思考若某人从学校门口A处开始散步，先向南走了50 m到达B处，再向东走了100 m到达C处，最后又向北走了150 m到达D处，则A、B、C、D各点的位置如何表示？ x y xA＝2 m，xB＝-1 m A（0，0）、B（0，-50 m） C（100 m，-50 m）、D（100 m，100 m） 讨论与交流 我们在利用网络平台购买机票时,可以从如图所示的页面中得知某航班的时间信息:该航班从广州起飞的时间为14:00,到达北京的时间为17:05，飞行时间为3小时5分钟.请问以上对“时间”的说法有什么不同? 知识提炼三、时间 1．时刻：某一瞬间。 2．时间间隔：两个时刻之间的间隔。有时也简称时间。 3．二者的关系：用t1和t2分别表示两个时刻，Δt表示两个时刻之间的时间间隔，则Δt= t2－t1。 4．注意几种时间和时刻常见的说法 (1) 第1秒末，第2秒末，第3秒末……第n秒末。 意义：时间轴上对应数值为n的一个点，为时刻。 例如，第3秒末为时间轴上数值为3的点。 相同意义的名称：第1秒末=第2秒初，第 2秒末=第3秒初……第n秒末=第n+1秒初。 (2) 第1秒内，第2秒内，第3秒内……第n秒内。意义：时间轴上从数据n-1到数据n的长度为1秒的一段时间。 (3) 前1秒，前2秒，前3秒……前n秒。意义：时间轴上从数字0到数字n的长度为n秒的一段时间。 例如，第4秒内即指时间轴上数值为3和4之间的1秒钟间隔。 例如，前4秒即指时间轴上数值为0到4之间的4秒钟间隔。 相同意义的名称：前1秒=前1秒内，前2秒=前2秒内……前n秒=前n秒内。 问题思考 一物体沿直线从O点开始运动，如果各点之间的时间间隔都是1s，则下列各说法中分别表示哪一点或线段：①第1s末；②第2s初；③前2s内；④第2s内；⑤第二个2s内。 ①B点；②B点；③AC段；④BC段；⑤CE段 例3.（多选）关于时刻和时间，下列说法正确的是 A．时刻表示较短的时间间隔，而时间是表示较长的时间间隔 B．时刻在时间轴上对应一点，时间对应一线段 C．作息时间表上的数字均表示时刻 (如图所示) D．1min只能分成60个时刻 BC FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com $$