1.1 质点 参考系 导学案-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第一节 质点 参考系（解析版） 【学习目标】 1. 理解质点的概念，知道质点是一种理想化模型，并可以判断物体是否可以看做质点； 2. 理解参考系的概念，知道运动具有相对性； 3. 对参考系能灵活应用，并能掌握相对速度的计算。 【知识导图】 【基础知识】 知识点一、机械运动 1. 定义：物体的空间位置随时间的变化，称为机械运动。机械运动是自然界中最简单、最基本的运动形态。 2. 机械运动的基本形式：平动和转动。 【典例1】（多选）下列现象是机械运动的是( ) A.上海的磁悬浮列车正在高速行驶 B.中国的综合国力飞速发展 C.煤炭正在熊熊燃烧 D.奥运冠军在110m栏的决赛过程中 知识点二、物体和质点 1. 物质和物体：客观世界是物质的，物质由分子、原子等组成，我们所看到的物体是物质的聚集状态。 2. 质点的定义：忽略物体的形状和大小，把物体简化为一个有质量的物质点，这样的点称为质点。 3. 物体视为质点的条件：物体的大小和形状对所要研究的问题没有影响或影响很小时，可以将物体看成质点。 特别提醒 质点的特点 (1)质点不同于几何“点”：质点是用来代替物体的有质量的点，其特点是只有质量，没有大小、体积、形状，它与几何“点”有本质的区别。 (2)质点是一种“物理模型”： ①物理模型是在物理研究中，突出问题的主要方面，忽略次要因素而建立的理想化模型，是物理学经常采用的一种科学研究方法，质点就是典型的物理模型之一． ②物理模型作为一种理想模型，是为了研究问题方便而对实际问题的科学抽象，实际中并不存在 【典例2】关于质点，下列说法正确的是(　　) A. 质点一定是体积、质量极小的物体 B. 在研究王亚平授课时，“天宫一号”可看作质点 C. 研究“神州十号”飞船绕地球运行的高度时，飞船可看作质点 D. 质点是一个理想化模型，实际上并不存在，所以引入这个概念没有多大意义 知识点三、参考系 1. 定义：在描述物体的运动时，被选定做参考、假定为不动的其他物体。 2. 运动的特点： ①自然界的一切物体都处于永恒的运动中，绝对静止的物体是不存在的——运动是绝对的。 ②描述某个物体的位置随时间的变化，总是相对于其他物体而言的——运动是相对的。 特别提醒 参考系的选择原则 ①任意性：参考系可以任意选取，选择不同的参考系观察同一个物体的运动，观察结果会有所不同。 ②一般性：一般以地面为参考系．但在具体问题中，要考虑研究问题的方便性。 ③同一性：当比较不同物体的运动情况时，必须选择同一个参考系，选择不同的参考系研究不同物体的运动是没有意义的。 【典例3】如图所示,飞行员跳伞后飞机上的其他飞行员甲和地面上的人乙观察跳伞飞行员的运动后,引发了对跳伞飞行员运动状况的争论。下列说法正确的是(　　) A.甲、乙两人的说法中必有一个是错误的 B.他们的争论是由于参考系的选择不同而引起的 C.研究物体运动时不一定要选择参考系 D.参考系的选择只能是相对于地面静止的物体 【当堂巩固】 题型一：对质点和理想化模型的理解 【角度1】对质点的理解 【典例】关于质点，下列说法正确的是(　　) A．质点一定是很小的物体 B．质点是实际存在的有质量的点 C．质点是研究物体运动时的一种理想化模型 D．质点就是物体的重心 【角度2】视为质点条件的判断 【典例】下列说法中正确的是（ ） A. 小明在进行太极健身活动，在分析动作要领时，可以把他当做质点 B. 研究火车车轮转动时，可以把火车当做质点 C. 以下落的雨滴为参考系，地面是向上运动的 D. 由于月球到地球的距离不变，所以月球相对地球是静止的。 题型二：参考系的选取 【角度1】由运动判断选取的参考系 【思路点拨】：假定一个物体不动，判断另一个物体的运动，以判断参考系的选取。 【典例】下列有关运动的描述中，参考系的选取符合描述的是(　　) A．诗句“飞流直下三千尺”是以“飞流”作为参考系的 B．“钱塘观潮时，观众只觉得潮水扑面而来”是以“潮水”为参考系的 C．“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”是以“万重山”为参考系的 D．升国旗时，观察到国旗冉冉升起，观察者是以“国旗”为参考系的 【角度2】由参考系判断物体的运动 【典例】如图所示是特技跳伞运动员的空中造型图，运动员们正保持该造型下降。甲、乙分别是其中的两位运动员，则（ ） A. 以甲为参考系，乙是运动的 B. 以甲为参考系，地面是静止的 C. 以乙为参考系，其他运动员都是静止的 D. 运动员在下降过程中一定不能视为质点 【课后练习】 一、知识巩固 1. 物理学中的“质点”是一种理想化模型，研究下列物体的运动时，研究对象可视为质点的是(　　) A．研究运动员跳高时的过杆动作 B．研究车轮边缘的速度 C．计算轮船在海洋中的航行速度 D．研究乒乓球的接发球技术 2. 火车上的乘客往往会发现这样的现象：对面的火车缓缓起动了，过了一会儿发现原来是自己乘坐的火车离开了站台，对面的火车并没有动．乘客认为“对面火车启动”和“自己乘坐的火车离开站台”所选取的参考系分别为(　　) A．站台、对面火车 B．对面火车、自己乘坐的火车 C．站台、站台 D．自己乘坐的火车、站台 3．在电视连续剧《西游记》中，常常有孙悟空“腾云驾雾”的镜头，这通常是采用“背景拍摄法”：让“孙悟空”站在平台上，做着飞行的动作，在他的背后展现出蓝天和急速飘动的白云，同时加上烟雾效果；摄影师把人物的动作和飘动的白云及下面的烟雾等一起摄入镜头．放映时，观众就感觉到“孙悟空”在“腾云驾雾”．这时，观众所选的参考系是(　　) A．孙悟空 B．平台 C．飘动的白云 D．镜头 4. 在“金星凌日”的精彩天象中，观察到太阳表面上有颗小黑点缓慢走过，持续时间达六个半小时，那便是金星，这种天文现象称为“金星凌日”．下面说法正确的是(　　) A．地球在金星与太阳之间 B．观测“金星凌日”时可将太阳看成质点 C．以地球为参考系，太阳是静止的 D．以太阳为参考系，可以认为金星是运动的 5. 热气球运动起源于18世纪的法国，随着球皮材料和致热燃料的普及，热气球已成为公众休闲观光和体育旅游项目．在一次观光游览中，甲、乙、丙三人各乘一个热气球，甲看到楼房匀速上升，乙看到甲匀速上升，甲看到丙匀速上升，丙看到乙匀速下降．那么，从地面上看，关于甲、乙、丙的运动情况说法可能正确的是(　　) A．甲、乙匀速下降，v乙<v甲，丙停在空中 B．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速下降，且v丙>v甲 C．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速上升 D．以上说法均不对 二、能力提升 6. 现有A、B两辆汽车在一条东西方向的直路上向东行驶，若以地面为参考系，A车速度为6 m/s，B车速度为10 m/s.试分析回答： (1)若以A车为参考系，B车的速度为多大？方向如何？ (2)若以B车为参考系，A车的速度为多大？方向如何？ (3)若以A车或B车为参考系，地面的运动情况如何？ 7. 某人在河中划船逆流航行，经过A地时草帽落入水中，0.5 h后他才发觉，此时船已行至B点，于是他立即调转船头追赶，在A点下游5.4 km处的C点追上，该船相对水流的速率v1不变，求水流速率v2。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第一节 质点 参考系（解析版） 【学习目标】 1. 理解质点的概念，知道质点是一种理想化模型，并可以判断物体是否可以看做质点； 2. 理解参考系的概念，知道运动具有相对性； 3. 对参考系能灵活应用，并能掌握相对速度的计算。 【知识导图】 【基础知识】 知识点一、机械运动 1. 定义：物体的空间位置随时间的变化，称为机械运动。机械运动是自然界中最简单、最基本的运动形态。 2. 机械运动的基本形式：平动和转动。 【典例1】（多选）下列现象是机械运动的是( ) A.上海的磁悬浮列车正在高速行驶 B.中国的综合国力飞速发展 C.煤炭正在熊熊燃烧 D.奥运冠军在110m栏的决赛过程中 【答案】AD 【解析】物体运动且有位置的改变才叫机械运动，故AD正确 知识点二、物体和质点 1. 物质和物体：客观世界是物质的，物质由分子、原子等组成，我们所看到的物体是物质的聚集状态。 2. 质点的定义：忽略物体的形状和大小，把物体简化为一个有质量的物质点，这样的点称为质点。 3. 物体视为质点的条件：物体的大小和形状对所要研究的问题没有影响或影响很小时，可以将物体看成质点。 特别提醒 质点的特点 (1)质点不同于几何“点”：质点是用来代替物体的有质量的点，其特点是只有质量，没有大小、体积、形状，它与几何“点”有本质的区别。 (2)质点是一种“物理模型”： ①物理模型是在物理研究中，突出问题的主要方面，忽略次要因素而建立的理想化模型，是物理学经常采用的一种科学研究方法，质点就是典型的物理模型之一． ②物理模型作为一种理想模型，是为了研究问题方便而对实际问题的科学抽象，实际中并不存在 【典例2】关于质点，下列说法正确的是(　　) A. 质点一定是体积、质量极小的物体 B. 在研究王亚平授课时，“天宫一号”可看作质点 C. 研究“神州十号”飞船绕地球运行的高度时，飞船可看作质点 D. 质点是一个理想化模型，实际上并不存在，所以引入这个概念没有多大意义 【答案】C 【解析】A．能否看成质点，与体积大小无关，体积很大的物体也能看成质点，比如地球的公转是可以看做质点；A不符合题意； B．在研究王亚平授课时，“天宫一号”的大小不能忽略不计，不能可看作质点；B不符合题意； C．研究“神舟十号”飞船绕地球运行的高度时，飞船可看作质点；物体的大小和形状对所研究的问题中影响可以忽略不计不计，可以把飞船当成质点处理．C符合题意； D．质点是一个理想化模型，实际上并不存在，引入质点对问题的处理非常方便；D不符合题意； 知识点三、参考系 1. 定义：在描述物体的运动时，被选定做参考、假定为不动的其他物体。 2. 运动的特点： ①自然界的一切物体都处于永恒的运动中，绝对静止的物体是不存在的——运动是绝对的。 ②描述某个物体的位置随时间的变化，总是相对于其他物体而言的——运动是相对的。 特别提醒 参考系的选择原则 ①任意性：参考系可以任意选取，选择不同的参考系观察同一个物体的运动，观察结果会有所不同。 ②一般性：一般以地面为参考系．但在具体问题中，要考虑研究问题的方便性。 ③同一性：当比较不同物体的运动情况时，必须选择同一个参考系，选择不同的参考系研究不同物体的运动是没有意义的。 【典例3】如图所示,飞行员跳伞后飞机上的其他飞行员甲和地面上的人乙观察跳伞飞行员的运动后,引发了对跳伞飞行员运动状况的争论。下列说法正确的是(　　) A.甲、乙两人的说法中必有一个是错误的 B.他们的争论是由于参考系的选择不同而引起的 C.研究物体运动时不一定要选择参考系 D.参考系的选择只能是相对于地面静止的物体 【答案】B 【解析】甲、乙两人的争论是由于参考系的选择不同而引起的,A错误,B正确;研究物体的运动一定要选择参考系,C错误;参考系的选取具有任意性,选取时要以方便为原则,D错误。 【当堂巩固】 题型一：对质点和理想化模型的理解 【角度1】对质点的理解 【典例】关于质点，下列说法正确的是(　　) A．质点一定是很小的物体 B．质点是实际存在的有质量的点 C．质点是研究物体运动时的一种理想化模型 D．质点就是物体的重心 【答案】C 【解析】质点是研究物体运动时，根据研究的需要忽略物体的大小和形状，而把物体看成一个有质量的点，它是一种理想化模型，实际上是不存在的．一个物体能否看成质点，并不在于它的大小，关键在于这个物体在所研究的问题中，它的大小和形状是否可以忽略，如果能够忽略就可视为质点，如果不能忽略就不能视为质点，所以只有选项C正确。 【角度2】视为质点条件的判断 【典例】下列说法中正确的是（ ） A. 小明在进行太极健身活动，在分析动作要领时，可以把他当做质点 B. 研究火车车轮转动时，可以把火车当做质点 C. 以下落的雨滴为参考系，地面是向上运动的 D. 由于月球到地球的距离不变，所以月球相对地球是静止的。 【答案】C 【解析】AB．在物体的大小和形状不起作用，或者所起的作用并不显著而可以忽略不计时，我们近似地把该物体看作是一个只具有质量而其体积、形状可以忽略不计的理想物体，用来代替物体的有质量的点称为质点，而研究动作要领和车轮转动时对应的对象的大小和形状不能忽略，AB不符合题意； C．以下落的雨滴为参考系时可视雨滴不动，则地面向上运动，C符合题意； D．另外地球一天自转一周，月亮28天绕地球一周，所以月球相对地球是运动的，D不符合题意。 题型二：参考系的选取 【角度1】由运动判断选取的参考系 【思路点拨】：假定一个物体不动，判断另一个物体的运动，以判断参考系的选取。 【典例】下列有关运动的描述中，参考系的选取符合描述的是(　　) A．诗句“飞流直下三千尺”是以“飞流”作为参考系的 B．“钱塘观潮时，观众只觉得潮水扑面而来”是以“潮水”为参考系的 C．“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”是以“万重山”为参考系的 D．升国旗时，观察到国旗冉冉升起，观察者是以“国旗”为参考系的 【答案】C 【解析】选项A中的研究对象是“水”，直下三千尺，故是以地面为参考系，该选项错误；选项B中的研究对象是“潮水”，扑面而来，是以观察者为参考系，该选项错误；选项C中的研究对象是“轻舟”，已过“万重山”，是以“万重山”为参考系，该选项正确；选项D中的研究对象是“国旗”，是以地面或旗杆为参考系的，该选项错误。 【角度2】由参考系判断物体的运动 【典例】如图所示是特技跳伞运动员的空中造型图，运动员们正保持该造型下降。甲、乙分别是其中的两位运动员，则（ ） A. 以甲为参考系，乙是运动的 B. 以甲为参考系，地面是静止的 C. 以乙为参考系，其他运动员都是静止的 D. 运动员在下降过程中一定不能视为质点 【答案】C 【解析】ABC．运动员们正保持该造型下降，以甲为参考系，乙是静止的，地面是运动的，以乙为参考系，其他运动员都是静止的。AB不符合题意，C符合题意； D．运动员在下降过程中能否视为质点要看研究的问题，D不符合题意。 【课后练习】 一、基础练（知识巩固） 1. 物理学中的“质点”是一种理想化模型，研究下列物体的运动时，研究对象可视为质点的是(　　) A．研究运动员跳高时的过杆动作 B．研究车轮边缘的速度 C．计算轮船在海洋中的航行速度 D．研究乒乓球的接发球技术 【答案】C 【解析】研究运动员跳高时的过杆动作，要看运动员的动作是否符合要求，所以此时不能将运动员看成质点，选项A错误；研究车轮边缘的速度时车轮的大小和形状是不能忽略的，否则就没有车轮的边缘可言了，选项B错误；轮船的大小相对于航线来说是微不足道的，所以计算轮船在海洋中的航行速度时，可以忽略轮船的大小，能将轮船看成质点，选项C正确；研究乒乓球的接发球技术时，要考虑乒乓球的转动情况，不能将乒乓球看成质点，选项D错误。 2. 火车上的乘客往往会发现这样的现象：对面的火车缓缓起动了，过了一会儿发现原来是自己乘坐的火车离开了站台，对面的火车并没有动．乘客认为“对面火车启动”和“自己乘坐的火车离开站台”所选取的参考系分别为(　　) A．站台、对面火车 B．对面火车、自己乘坐的火车 C．站台、站台 D．自己乘坐的火车、站台 【答案】D 【解析】此类现象在我们的日常生活中随处可见，是参考系的选取不同造成的，乘客出站时，看到对面火车运动，实际上是以自身为参考系造成的，当等到站台出现，发现自己乘坐的火车开动了，这是乘客以站台为参考系造成的，故A、B、C错误，D正确 3．在电视连续剧《西游记》中，常常有孙悟空“腾云驾雾”的镜头，这通常是采用“背景拍摄法”：让“孙悟空”站在平台上，做着飞行的动作，在他的背后展现出蓝天和急速飘动的白云，同时加上烟雾效果；摄影师把人物的动作和飘动的白云及下面的烟雾等一起摄入镜头．放映时，观众就感觉到“孙悟空”在“腾云驾雾”．这时，观众所选的参考系是(　　) A．孙悟空 B．平台 C．飘动的白云 D．镜头 【答案】C 【解析】“背景拍摄法”实际是利用了相对运动的原理，拍摄时“孙悟空”不动，“白云”向后移动；而放映时，观众以“白云”为参考系，认为其“静止”，就会感觉到“孙悟空”在“腾云驾雾”，故C选项正确 4. 在“金星凌日”的精彩天象中，观察到太阳表面上有颗小黑点缓慢走过，持续时间达六个半小时，那便是金星，这种天文现象称为“金星凌日”．下面说法正确的是(　　) A．地球在金星与太阳之间 B．观测“金星凌日”时可将太阳看成质点 C．以地球为参考系，太阳是静止的 D．以太阳为参考系，可以认为金星是运动的 【答案】D 【解析】金星通过太阳和地球之间时，我们才会看到金星没有被太阳照亮的一面呈黑色，选项A错误；因为太阳的大小对所研究问题起着至关重要的作用，所以观测“金星凌日”时不能将太阳看成质点，选项B错误；地球绕太阳运动，以地球为参考系，太阳是运动的，选项C错误；金星相对于太阳的空间位置发生了变化，所以以太阳为参考系，金星是运动的，选项D正确。 5. 热气球运动起源于18世纪的法国，随着球皮材料和致热燃料的普及，热气球已成为公众休闲观光和体育旅游项目．在一次观光游览中，甲、乙、丙三人各乘一个热气球，甲看到楼房匀速上升，乙看到甲匀速上升，甲看到丙匀速上升，丙看到乙匀速下降．那么，从地面上看，关于甲、乙、丙的运动情况说法可能正确的是(　　) A．甲、乙匀速下降，v乙<v甲，丙停在空中 B．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速下降，且v丙>v甲 C．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速上升 D．以上说法均不对 【答案】C 【解析】楼房和地面相当于同一参考系，所以，甲是匀速下降．乙看到甲匀速上升，说明乙也是匀速下降，且v乙>v甲．甲看到丙匀速上升，有三种可能：丙静止，丙匀速上升，丙匀速下降且v丙<v甲．丙看到乙匀速下降，也有三种可能：丙静止，丙匀速上升，丙匀速下降且v丙<v乙。 二、综合练（能力提升） 6. 现有A、B两辆汽车在一条东西方向的直路上向东行驶，若以地面为参考系，A车速度为6 m/s，B车速度为10 m/s.试分析回答： (1)若以A车为参考系，B车的速度为多大？方向如何？ (2)若以B车为参考系，A车的速度为多大？方向如何？ (3)若以A车或B车为参考系，地面的运动情况如何？ 【答案】(1)4 m/s　向东 (2)4 m/s　向西 (3)以A车为参考系：6 m/s，向西　以B车为参考系：10 m/s，向西 【解析】(1)若以A车为参考系，B车的速度大小为 10 m/s－6 m/s＝4 m/s，方向向东． (2)若以B车为参考系，A车的速度大小为 10 m/s－6 m/s＝4 m/s，方向向西． (3)若以A车为参考系，地面向西运动，速度大小为6 m/s. 若以B车为参考系，地面向西运动，速度大小为10 m/s. 三、培优练（挑战自我） 7. 某人在河中划船逆流航行，经过A地时草帽落入水中，0.5 h后他才发觉，此时船已行至B点，于是他立即调转船头追赶，在A点下游5.4 km处的C点追上，该船相对水流的速率v1不变，求水流速率v2。 【答案】1.5 m/s 【解析】该题如果取地面为参考系，运动过程复杂，易造成思维混乱而出错．这时我们不妨逆向思维，把流动的水看做是静止的，并取水为参考系，则船相对于水和水中的草帽将以速率v1先背离运动0.5 h后，立即返回到追上草帽时也只需0.5 h，所以从草帽落水到追上草帽共历时1 h，即水流速率为 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$