01 第一章 1.质点 参考系-【名师导航】2024-2025学年高中物理必修第一册同步讲义(人教版2019)

1．质点　参考系 [学习任务]　任务1．了解质点的含义，能将特定实际情境中的物体抽象成质点。 任务2．了解参考系的概念及其对描述物体运动的意义，体会运动的相对性和绝对性。 任务3．经历质点模型的建构过程，初步掌握建构物理模型的策略，树立具体问题具体分析的科学态度。 [问题初探]　问题1　质点的定义是什么？ 问题2　参考系的定义是什么？ 问题3　为什么选择参考系？ [自我感知]　经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。 　物体和质点 [链接教材]　如图所示，一列火车从北京到南京，当我们计算火车的运动时间时，是否还用考虑火车自身的长度？是否考虑火车轮子的转动情况？ 提示：否；否。 1．质点的定义：忽略物体的大小和形状，把它简化为一个具有质量的点，这样的点称为质点。 2．把物体看作质点的条件：物体的大小和形状对所要研究问题的影响可以忽略。 3．理想化模型：在物理学中，突出问题的主要因素，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，是经常采用的一种科学研究方法。 长征二号FT1火箭是为发射天宫一号特别研制的改进型长征二号F火箭，全长52米，起飞质量493吨，运载能力最大8.6吨。由于长征二号FT1火箭体积比其他长征二号F运载火箭大，整流罩也相应增大，未设逃逸塔，控制系统首次采用了先进的迭代制导技术，可靠性和安全性是火箭家族中最高的。 问题1　科学家研究它在发射升空后的空中位置、离地高度、飞行速度、运动轨道等问题时，可否将火箭看成质点？ 提示：可以。 问题2　分析火箭分离过程中的姿态、方向时，能否将火箭看成质点？ 提示：不能。 问题3　通过对(1)(2)的分析，什么情况下可以将物体看作质点？ 提示：一个物体能否看成质点是相对的，研究物体的运动时，若可以不考虑物体的大小和形状，就可以将物体看成质点。 1．对质点的理解 (1)质点是用来代替物体的有质量的点，只占有位置而不占有空间，具有被代替物体的全部质量。 (2)质点是一种理想化模型，它是对实际物体的一种科学抽象。 2．物体能看成质点的条件 (1)物体的大小和形状对所要研究的问题无影响，或者有影响但可以忽略不计，则可将物体看成质点。 (2)当物体上各部分的运动情况完全相同时，物体上任何一点的运动情况都能反映该物体的运动，一般可看成质点。 (3)物体有转动，但相对于平动而言可以忽略其转动时，可把物体看成质点。 【典例1】　(对质点概念的理解)下列关于质点的说法正确的是(　　) A．体积很小的物体都可看成质点 B．质量很小的物体都可看成质点 C．能否看成质点，取决于我们所研究的问题 D．只有低速运动的物体才可看成质点，高速运动的物体不可看作质点 C　[当物体的形状、大小对所要研究的问题没有影响或影响可忽略不计时，我们就可以把它看成质点，与物体的体积大小无关，质量小、体积小的物体有时也不能看成质点，如研究原子核内部结构时，不能把原子核看成质点，故A、B、D错误，C正确。] 【典例2】　(选自教科版教材·质点的判断)(多选)下列情况下，物体能够被看成质点的是(　　) A．测量一列火车从北京开往上海的时间 B．乒乓球教练研究对付弧圈球的方法 C．研究体操运动员在吊环上转体时的动作 D．描述轮船在大海中航行的方向和快慢 AD　[测量一列火车从北京开往上海的时间时，火车的形状大小对所要研究问题可以忽略不计，火车可以看作质点，故A正确；研究乒乓球的旋转时，乒乓球的形状大小对所要研究问题不能忽略，乒乓球不可以看作质点，故B错误；研究体操运动员在吊环上转体的动作时，运动员的形状、大小对所要研究问题不能忽略，运动员不能看作质点，故C错误；描述轮船在大海中航行的方向和快慢时，轮船的形状、大小对所要研究问题可以忽略不计，轮船可以看成质点，故D正确。] 　“三步”判断物体能否当作质点 (1)确定问题的性质，即研究目的、观察的重点。 (2)假设物体的形状、大小被忽略，成了一个有质量的“点”。 (3)若看成了一个有质量的“点”，应思考所要研究的问题或进行的观察是否受影响。若受影响，物体不能被当作质点；若不受影响，物体就能被当作质点。 　参考系 1．运动与静止 (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，即运动是绝对的。 (2)描述某个物体的运动，总是相对于其他物体而言的，这便是运动的相对性。 2．参考系 (1)定义：要描述一个物体的运动，首先要选定某个其他物体作为参考，观察物体的位置相对于这个“其他物体”是否随时间变化，以及怎样变化。这种用来作为参考的物体叫作参考系。 (2)参考系对观察结果的影响：参考系可以任意选择，但选择不同的参考系来观察同一个物体的运动，观察结果会有所不同。 中国的动车组列车分为三大级别：高速动车组、一般动车组或中速动车组、低速动车组。火车上的乘客正坐在行驶平稳的火车里聊天。 问题1　在火车站上的人来看，他们随动车以很大的速度快速运动，那动车上正在聊天的乘客能感到自己在高速运动吗？ 提示：正在面对面的乘客感觉自己都是不动的。 问题2　他们若观看窗外的景色，能感到自己在高速运动吗？ 提示：他们观看窗外的景色，能感觉自己在高速运动。 问题3　选择不同参考系而出现的上述两种不同的现象能说明什么？谈谈你的看法。 提示：静止是相对的，运动是绝对的。物体是静止还是运动取决于所选的参考系，选取的参考系不同，对同一个物体运动的描述也往往不同。 1．参考系的四个特性 相对性 用来作参考系的物体都是假定不动的，被研究的物体是运动的还是静止的，都是相对于参考系而言的 任意性 参考系的选择具有任意性，但应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为原则 同一性 比较不同物体的运动时，应该选择同一参考系 差异性 同一运动选择不同的参考系，观察结果会有所不同 2．参考系的选取原则 (1)参考系的选取是任意的。在实际问题中，参考系的选择应从观测方便和使运动的描述尽可能简单为基本原则。 (2)研究地面上物体的运动时，通常情况下选择地面或地面上静止不动的物体为参考系，此时参考系可以省略不写。 (3)研究某一系统中物体的运动时，常选系统为参考系。 (4)要比较不同物体的运动情况时，必须选择同一个参考系。 【典例3】　(对参考系的理解)关于机械运动和参考系，以下说法正确的是(　　) A．研究和描述一个物体的运动时，必须选定参考系 B．由于运动是绝对的，描述运动时，无须选定参考系 C．一定要选固定不动的物体为参考系 D．研究地面上物体的运动时，必须选地球为参考系 A　[研究物体的运动时，首先要选择参考系，参考系的选取是任意的。选项A正确。] 【典例4】　(已知运动情况判断参考系)在《与朱元思书》中如下片段：“风烟俱净，天山共色。从流飘荡，任意东西。”后两句写的是诗人乘坐着船随江水漂荡，任凭船随水漂去。从物理学角度，若诗人认为船是静止的，他选择的参照物是(　　) A．诗人自己 B．空中飞鸟 C．岸边青山 D．天上云朵 A　[若诗人选择的参照物是诗人自己，则船是静止的，故A正确；若诗人选择的参照物是空中飞鸟，则船是运动的，故B错误；若诗人选择的参照物是岸边青山，则船是运动的，故C错误；若诗人选择的参照物是天上云朵，则船是运动的，故D错误。] 【典例5】　(参考系中对运动的描述)(多选)云台山是全球首批世界地质公园，青龙峡景点有“云台山第一峡谷”美誉，这里气候独特，水源丰富，植被原始完整，是生态旅游的好去处，除了乘坐索道缆车观赏怡人的风景以外，还能感觉悬挂在高空的刺激感。对于正在乘坐索道缆车观光的某游客来说，以下说法正确的是(　　) A．以自己为参考系，看到对面的山迎面走来 B．以对面的山为参考系，自己静止不动 C．以自己为参考系，看到同一缆车里的人向对面的山不断靠近 D．以所乘坐的缆车为参考系，看到两边的青山绿树向身后走去 AD　[以自己为参考系，相对于山靠近的过程中，看到对面的山迎面走来，故A正确；以对面的山为参考系，相对于山靠近的过程中，看到自己向山运动，故B错误；以自己为参考系，看到同一缆车里的人静止不动，故C错误；以所乘坐的缆车为参考系，看到两边的青山绿树向身后走去，故D正确。] 【教用·备选例题】 【典例1】　下列体育运动中，可将运动员视为质点的是(　　) A．　　　　　　 B． C．　 D． C　[跳水比赛中要考虑运动员的动作，故不能视为质点，故A错误；撑竿跳高比赛中如果研究运动员转身情况，运动员的形状不能忽略，所以不能看成质点，故B错误；长跑比赛中运动员的大小和体积可以忽略不计，可以简化为质点，故C正确；在羽毛球接球时，不能忽略运动员的形状、大小，故不能看成质点，故D错误。] 【典例2】　在摄影中有一种拍摄手法为“追拍法”。如图所示是“追拍法”的成功之作。摄影师和运动员同步运动，在摄影师眼中运动员是静止的，而模糊的背景是运动的。“运动员是静止的”选择的参考系是(　　) A．大地 B．太阳 C．摄影师 D．地面上的景物 C　[同一运动选择不同的参考系，观察到的结果往往不同。由于运动员和摄影师以相同的速度运动，故以运动员作为参考系，摄影师是静止的，故运动员的图片是清晰的，但由于背景相对于运动员是运动的所以背景相对于摄像机是运动的，所以拍摄的背景是模糊的，故“运动员是静止的”选择的参考系是摄影师。] 1．如图所示是双人跳水比赛的情境，下列说法正确的是(　　) A．教练为了研究两人的技术动作，可将图片中的两人视为质点 B．两人在下落过程中，感觉水面是静止的 C．甲运动员以自己为参考系感觉乙运动员是静止的 D．观众观看两人比赛时，可将两人视为质点 C　[教练为了研究两人的技术动作，不能忽略人的形状，不能将图片中的两人视为质点，故A错误；两人在下落过程中，相对水面下降，所以感觉水面是运动的，故B错误；两个运动员的动作一致，所以甲运动员以自已为参考系感觉乙运动员是静止的，故C正确；观众观看两人比赛时，要看动作，不能将两人视为质点，故D错误。] 2．(多选)有一个“形影不离”的成语，意思是人的身体和影子分不开，形容关系密切，经常在一起。在晴天的早上，某同学在操场上自南向北跑步，下列说法正确的是(　　) A．以地面为参考系，影子是静止的 B．以地面为参考系，影子是运动的 C．以人为参考系，影子是静止的 D．以人为参考系，影子是运动的 BC　[同学在操场上跑步，以地面为参考系，人是运动的，所以影子是运动的，故A错误，B正确；人的身体和影子分不开，以人为参考系，所以影子是静止的，故C正确，D错误。] 3．(多选)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，持续时间长达六个半小时，这颗小黑点便是金星，如图所示，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．以太阳为参考系，地球是运动的 D．以太阳为参考系，金星是运动的 CD　[金星通过太阳和地球之间时，我们才会看到“金星凌日”天象，选项A错误；因为太阳的大小对所研究问题的影响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；以太阳为参考系，金星和地球都是运动的，选项C、D正确。] 回归本节知识，完成以下问题： 1．物体可看成质点的条件是什么？ 提示：物体的大小和形状对所要研究的问题的影响可以忽略。 2．实际物体可以视为质点的情况有哪几种？ 提示：(1)物体的大小、形状可以忽略时。 (2)物体的转动在所研究的问题中不起主要作用时。 (3)研究平动物体的运动情况时。 (4)题目中有特殊说明的物体。 3．参考系的选取有哪些基本要求？ 提示：①在实际问题中，以对研究对象的观测、描述及运算方便为原则选取参考系。 ②研究地面上物体的运动时，一般情况下选取地面或地面上静止不动的物体为参考系。 ③比较不同物体的运动情况时，必须选取同一参考系。 课时分层作业(一) 题组一　物体和质点 1．将研究对象看作质点，运用的研究方法，下列说法正确的是(　　) A．理想模型法 B．微元法 C．控制变量法 D．极限法 A　[将研究对象看作质点，运用的研究方法是理想模型法，B、C、D错误，A正确。] 2．在下列奥运会的比赛项目中，评判比赛成绩时，运动员可视为质点的是(　　) A．击剑 B．高台跳水 C．马拉松 D．体操 C　[击剑、高台跳水和体操都与运动员的动作有关，所以此时不能将运动员看作质点，所以A、B、D错误；马拉松比赛时，可以忽略运动员的动作和体型，将其看作质点，所以C正确。] 3．下列关于女排比赛中的研究对象，可以视为质点的是(　　) A．研究女排比赛中选手扣球的动作时 B．确定运动员在球场上的位置时 C．研究运动员比赛中发出的旋转球时 D．确定落在边线处排球是否为界内时 B　[研究女排比赛中选手扣球动作时，运动员的形状对研究结果有较大影响，因此运动员不可视为质点，但研究运动员在球场上的位置时可将运动员视为质点，A错误，B正确；在研究发出的旋转球和排球落点是否在边线界内时球的大小对研究结果的影响不可忽略，因此，不能视为质点，C、D均错误。] 4．2022年11月，第十四届珠海航展在珠海国际航展中心隆重举行。歼-20无疑是这次航展的最大亮点。研究下列问题可将歼-20或运油-20看作质点的是(　　) A．研究歼-20弹仓的具体位置 B．研究歼-20机翼的旋转方向 C．研究运油-20落地速度的大小 D．研究运油-20空中加油时输油管位置 C　[研究歼-20弹仓的具体位置、机翼的旋转方向和在空中加油时输油管位置，歼-20和运油-20的形状和体积对所研究的问题的影响不可以忽略，不能看作质点，故A、B、D错误；研究运油-20落地速度的大小时，运油-20的形状和体积对所研究的问题的影响可以忽略，可以看作质点，故C正确。] 题组二　参考系 5．描述一个物体的运动时，总要选取参考系，以下说法正确的是(　　) A．无风的雨天，坐在行驶的汽车里的人看到雨斜向下落向地面，是以地面上的房屋为参考系的 B．“地球绕太阳运动”是以地球为参考系的 C．坐在以8 m/s向东行驶的汽车里的人，以自己为参考系看以8 m/s 向东行驶的汽车是静止的 D．乘客坐在停在站台上的一列火车中，通过窗口看另一列火车时，以为自己的火车是在运动，这是由于他选择了地面为参考系 C　[无风的雨天，看到雨斜向下落向地面，是以汽车作为参考系的，A项错误；我们说“地球围绕太阳转”，是以太阳为参考系的，B项错误；自己的车和观察的车速度相同，以自己乘坐的汽车为参考系看向东以8 m/s行驶的汽车是静止的，C项正确；乘客坐的车停在站台上，通过窗口看另一列火车时，以为自己的火车在运动，这是因为他选择了另一火车为参考系，D项错误。] 6．(多选)在摩托艇比赛中，两艘摩托艇都向南行驶，前面的摩托艇比后面的摩托艇快。下列说法正确的是(　　) A．以前面的摩托艇为参考系，后面的摩托艇向南行驶 B．以前面的摩托艇为参考系，后面的摩托艇向北行驶 C．以后面的摩托艇为参考系，前面的摩托艇向南行驶 D．以后面的摩托艇为参考系，前面的摩托艇向北行驶 BC　[以前面的摩托艇为参考系，后面的摩托艇向北行驶；以后面的摩托艇为参考系，前面的摩托艇向南行驶。故B、C正确，A、D错误。] 7．将近1 000年前，宋代诗人陈与义乘着小船在风和日丽的春日出游时写下诗句：“飞花两岸照船红，百里榆堤半日风，卧看满天云不动，不知云与我俱东”。在诗句中以“我”为参考系时静止的是(　　) A．两岸 B．花 C．榆堤 D．船 D　[因为“我”是坐在船上的，相对于船的位置没有动，故在诗句中以“我”为参考系时静止的是船，D正确，A、B、C错误。] 8．(多选)甲、乙、丙三人各自乘一架直升机。甲看到楼房匀速上升；乙看到甲机匀速上升；丙看到乙机匀速下降；甲看到丙机匀速上升。那么甲、乙、丙相对于地面的运动情况可能是(　　) A．甲、乙匀速下降，且v乙>v甲，丙停在空中 B．甲、乙匀速下降，且v乙>v甲，丙匀速上升 C．甲、乙匀速下降，且v乙>v甲，丙匀速下降，且v丙<v甲 D．甲、乙匀速下降，且v乙>v甲，丙匀速下降，且v丙>v甲 ABC　[甲看到楼房匀速上升，说明甲相对于地面匀速下降。乙看到甲匀速上升，则说明乙只能匀速下降，而且v乙>v甲，丙看到乙匀速下降，则丙可能停在空中，也可能匀速上升，也可能匀速下降，但是v乙>v丙，甲看到丙机匀速上升，若丙匀速下降，则v甲>v丙。故A、B、C有可能，D不可能。] 9．一辆汽车在平直公路上向前做匀速直线运动，某时刻汽车车轮边缘上某一点P刚好与地面接触，从此时开始，以地面为参考系，这一点的运动轨迹可能是下列四幅图中的(　　) 　　　　 A　　　　　　　　　　B 　　　　 C　　　　　　　　　　D C　[以地面为参考系，车轮边缘上某点P随着汽车一起前进，同时随着车轮一起转动，其轨迹应该如图C所示。] 10．2022年10月12日下午，神舟十四号飞行乘组在中国空间站开设了“天宫课堂”第三课，航天员刘洋演示了“水球变‘懒’”实验，对比吞入钢珠前后水球的形变情况；航天员陈冬演示了“会调头的扳手”实验，对比两把扳手在空中的不同旋转情况。水球和扳手简化如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．观察水球的形变时可以将水球看成质点 B．研究两把扳手的旋转情况时可以将扳手看成质点 C．由于空间站体积大，任何时候都不能看成质点 D．研究空间站绕地球运行的轨迹时可以把空间站看成质点 D　[观察水球的形变时，水球的体积和形状不能忽略，不能看成质点，故A错误；研究两把扳手的旋转情况时，扳手的体积和形状不能忽略，不能看成质点，故B错误；空间站体积虽然大，但其体积对于所研究的问题无影响或可以忽略时(比如研究空间站绕地球的运动时)可以看成质点，故D正确，C错误。] 11．北京时间2023年5月10日21时22分，在海南省文昌航天发射场，搭载天舟六号货运飞船的长征七号遥七运载火箭点火发射，将天舟六号货运飞船送入预定轨道。随后，天舟六号货运飞船与在轨运行的空间站组合体进行自主快速交会对接，中国航天员首次在空间站迎接货运飞船来访。则(　　) A．在自主快速交会对接时，可以将天舟六号货运飞船看成质点 B．在跟踪天舟六号货运飞船时不可以将天舟六号货运飞船看成质点 C．交会对接前，以空间站为参考系，天舟六号货运飞船是静止不动的 D．交会对接后，以天舟六号货运飞船为参考系，天和核心舱是静止不动的 D　[在所研究的问题中物体的大小、形状可以被忽略，则物体可以被看成是质点，故在自主快速交会对接时，天舟六号货运飞船的形状、大小不可忽略，不可以被看成是质点，A错误；在跟踪天舟六号货运飞船时，飞船的大小可以被忽略，可以将天舟六号货运飞船看成质点，B错误；交会对接前，以空间站为参考系，天舟六号货运飞船是运动的，C错误；交会对接后，以天舟六号货运飞船为参考系，天和核心舱是静止不动的，D正确。] 12．如图所示为甲、乙、丙三艘客船在一个码头上的情境图，其中甲船上的乘客看到乙船向东运动，乙船上的乘客看到丙船和码头都向东运动，丙船上的乘客看到甲船向西运动，那么码头上的人看到三艘船的运动情况是(　　) A．三艘船都向东运动 B．甲船向东运动，其余两艘船向西运动 C．乙船向东运动 D．丙船可能静止，可能向东运动，也可能向西运动且速度比甲、乙船的速度都小 D　[乙船上的乘客看到丙船和码头都向东运动，说明乙船是向西运动的，丙可能静止也可能向西运动，但速度小于乙船速度；甲船上的乘客看到乙船向东运动，说明甲船是向西运动的，且甲船的速度大于乙船的速度；丙船上的乘客看到甲船向西运动，说明丙船可能处于静止状态，也可能向东运动，也可能向西运动且速度比甲船的速度小，综合以上分析可知A、B、C错误，D正确。] 13．如图所示，由于风的缘故，河岸上的旗帜向右飘，在河面上的两条船上的旗帜分别向右和向左飘，两条船运动状态是(　　) A．A船肯定是向左运动的 B．A船肯定是静止的 C．B船可能是静止的 D．B船肯定是向右运动的 D　[因为河岸上旗杆是固定在地面上的，那么根据旗帜的飘动方向判断，风是从左向右刮的。A船上旗帜向右，有三种可能：一是A船不动，风把旗帜刮向右，二是A船向左运动，风相对于旗帜向右，把旗帜刮向右，三是A船向右运动但运动的速度小于风速，此时风仍能把旗帜刮向右，故A、B错误；如果B船静止不动，那么旗帜的方向应该和河岸上的旗相同，而现在的旗帜的方向明显和河岸上旗子方向相反，如果B船向左运动，旗帜只会更加向右展，所以B船一定向右运动，而且运动的速度比风速快，这样才会出现图中旗帜向左飘动的情况，C错误，D正确。] 14．一块较大的玻璃板水平固定，一位同学拿来两个相同的不锈钢小球。他使甲小球在玻璃板上某一点快速旋转，使乙小球在玻璃板上匀速运动。分析甲小球在玻璃板上的位置时________(选填“能”或“不能”)将其看成质点；分析乙小球在玻璃板上的运动轨迹时________(选填“能”或“不能”)将其看成质点；分析乙小球在玻璃板上运动快慢时______(选填“能”或“不能”)选玻璃板为参考系。 [解析]　甲小球在玻璃板上位置的变化与小球本身的大小比较而言，小球的形状可忽略，故此时能把小球看成质点。分析乙小球运动轨迹时，球的大小占次要因素，则小球能看成质点。分析运动可以选静止的或运动的物体作为参考系，选参考系的原则是描述运动简单、解题方便，故研究乙小球的运动能选玻璃板为参考系。 [答案]　能　能　能 3/15 学科网（北京）股份有限公司 $$