第1章 第1节 空间和时间-【金版教程】2024-2025学年高中物理必修第一册创新导学案word（鲁科版2019）

第1节　空间和时间 1.物理观念：（1）知道机械运动和参考系的概念，知道对物体运动的描述具有相对性。（2）会通过建立一维、二维坐标系来描述物体的位置。（3）知道时间和时刻的区别和联系，能用时间数轴表示时刻和时间，能将时间、时刻概念与生活中的相关现象联系起来。2.科学态度与责任：知道空间和时间的知识在生产、生活、科技领域方面的应用。 1.机械运动 （1）机械运动：是指一个物体相对于其他物体的Ａ位置随时间的变化，是自然界最基本、最普遍的运动形式，简称运动。 (2)参考系 ①定义：运动的描述是相对的，必须确定一个参照物来描述物体的运动，这种参照物称为参考系。 ②参考系对观察结果的影响：对于同一个运动，选择的参考系不同，描述运动的结果就不一定相同。若参考系选择恰当，则可使研究的问题简化。 2．空间位置的描述 (1)建立坐标系的目的：描述物体的位置。 (2)坐标系的分类 ①一维坐标系：描述物体在一条直线上的位置。 ②二维直角坐标系：描述物体在一个平面上的位置。 (3)坐标系的构成：选定的参考点作为原点O，选定坐标轴的正方向，选定坐标的单位长度(如1 km)。 3．时间的描述 (1)时刻：指某一瞬时，在表示时间的数轴上用点表示。 (2)时间：指两个时刻的间隔，在表示时间的数轴上用线段表示。时刻和时间通常都用t表示。 (3)时刻和时间的单位：主要单位有秒、分、时，符号分别为s、min、h。飞秒(fs)和阿秒(as)都是极小的时间单位，1 fs＝10－15 s，1 as＝10－18 s。 1．想一想 作为参考系的物体一定是静止在地面上的物体吗？ 提示：不一定；参考系的选取是任意的，根据需要和方便选择。 2．判一判 (1)一个物体的运动情况与参考系的选择无关。(　　) (2)参考系可以任意选取，对同一运动，选择不同的参考系，观察的结果一定相同。(　　) (3)描述做直线运动的物体的位置时，一般建立一维坐标系。(　　) (4)小明同学每天早上6：00起床，上学路上需要10分钟，6：00和10分钟都是指两个时刻的间隔。(　　) (5)一分钟可分成60个时刻。(　　) (6)第2 s末和第3 s初指的是同一时刻。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√ 课堂任务1　参考系 1．运动的相对性 (1)一个物体位置的变化是相对于其他物体而言的，描述一个物体的运动情况时，必须选定一个其他物体为参照物，即选定参考系。 (2)相对静止：如果两个物体运动的快慢相同，方向相同，我们就说这两个物体是相对静止的。平时人们所说的静止的物体，都是指相对静止，绝对静止的物体是不存在的。 2．参考系的四个性质 (1)标准性：被选为参考系的物体都是假定不动的，被研究的物体是运动还是静止，都是相对于参考系而言的。 (2)任意性：任何物体都可以作为参考系。 (3)统一性：比较多个物体的运动或研究同一物体在不同阶段的运动时应选择同一个参考系。 (4)差异性：对于同一个运动，选择不同的参考系，描述运动的结果可能不同。 3．参考系的选取原则 (1)参考系的选取一般以观察方便和使运动的描述尽可能简单为原则。 (2)通常在研究地面上物体的运动时，如果不加说明，则默认以地面为参考系。 例1　如图所示，由于风，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，两条船的运动状态是(　　) A．A船肯定是向左运动的 B．A船肯定是静止的 C．B船肯定是向右运动的 D．B船可能是静止的 (1)河岸上的旗帜向右飘，说明风向哪个方向吹？ 提示：向右吹。 (2)该问题除了考虑船的运动方向，还需要考虑什么？ 提示：还需要考虑船速与风速的大小关系。 [规范解答]　(1)A船运动情况的确定：由题图知A船上的旗帜与河岸上的旗帜均向右飘，所以A船可能相对河岸静止，也可能以任意速度向左运动，还有可能以比风速小的速度向右运动，A、B错误。 (2)B船运动情况的确定：B船中旗帜向左飘，所以B船向右运动，且速度大于风速，C正确，D错误。 [完美答案]　C 规律点拨 描述物体的运动，首先确定研究对象，并根据题意确定参考系，然后分析所研究物体相对参考系的位置变化情况。 [变式训练1]　某校高一的新同学分别乘两辆汽车去市公园游玩。两辆汽车在平直公路上运动，甲车内一同学看见乙车没有运动，而乙车内一同学看见路旁的树木向西移动。如果以地面为参考系，那么，上述观察说明(　　) A．甲车不动，乙车向东运动 B．乙车不动，甲车向东运动 C．甲车向西运动，乙车向东运动 D．甲、乙两车以相同的速度都向东运动 答案　D 解析　甲车内同学看到乙车不动，说明甲车和乙车运动情况相同，乙车内同学看到路旁的树木向西运动，说明乙车在向东运动。故D正确，A、B、C错误。 课堂任务2　空间位置的描述——坐标系 1．一维坐标系(直线坐标系) 描述物体在一条直线上运动(例如甲壳虫在直藤条上爬行)，即物体做一维运动时，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。如图所示，若某一物体运动到A点，此时它的位置坐标xA＝3 m，若它运动到B点，则此时它的坐标xB＝－2 m(“－”表示在原点负方向一侧)。 2．二维直角坐标系(平面直角坐标系) 描述物体在一平面内运动(例如湖面上小船的运动)，即物体做二维运动时，需采用两个坐标确定它的位置。如图以喷嘴为原点O，建立二维直角坐标系，则某滴水运动到A点时的位置可记为A(0.1，0.2)或x＝0.1 m，y＝0.2 m。 3．三维坐标系(立体坐标系) 描述物体在三维空间的运动(例如飞机的运动)，即物体做三维运动时，需采用立体坐标系中x轴、y轴、z轴的三个坐标来确定它的位置。如图所示，P点的位置可记为P(3，4，2)或x＝3 m，y＝4 m，z＝2 m。 例2　如图所示，一辆轿车从超市出发，向东行驶了300 m到达电影院，继续向东行驶了150 m到达度假村，又向西行驶了950 m到达博物馆，最后回到超市。 (1)请以超市所在的位置为原点，以向东的方向为正方向，用1个单位长度表示100 m，建立直线坐标系，并在坐标系中标出超市、电影院、度假村和博物馆的位置； (2)请确定电影院、度假村和博物馆的位置坐标。 怎么建立坐标系？ 提示：坐标系的构成要素(原点、单位长度、数字、物理量、单位、正方向)一个都不能少。 [规范解答]　(1)如图所示。 (2)由(1)可知，电影院的位置坐标为x1＝300 m，度假村的位置坐标为x2＝450 m，博物馆的位置坐标为x3＝－500 m。 [完美答案]　见规范解答 规律点拨 建立坐标系确定物体位置时，首先要确定原点的位置及坐标轴的正方向，再确定研究对象所处的位置坐标。坐标的绝对值表示沿坐标轴离原点的距离，坐标中的“＋”“－”号表示方向，即“＋”表示位于原点的正方向一侧，“－”表示位于原点的负方向一侧。 [变式训练2]　一人在100 m高的楼房顶边缘处做实验，将一质量为m的小球以5 m/s的速度水平向右抛出，当小球在水平方向上运动10 m时，在竖直方向上运动了20 m。 (1)如果以抛出点为坐标原点，怎样表示小球现在所处的位置？ (2)如果以抛出点竖直投影到地面上的点为坐标原点，怎样表示小球现在所处的位置？ 答案　见解析 解析　(1)因为小球在一平面内运动，需建立二维直角坐标系，以抛出点为坐标原点，向右为x轴正方向，向上为y轴正方向，那么小球现在的位置为：x＝10 m，y＝－20 m，用坐标表示为(10 m，－20 m)。 (2)以抛出点竖直投影到地面上的点为坐标原点，向右为x轴正方向，向上为y轴正方向，小球现在的位置为：x＝10 m，y＝80 m，用坐标表示为(10 m，80 m)。 课堂任务3　时间的描述 1．时刻和时间的表示方法 (1)时刻：是指某一瞬时，在时间数轴上，时刻用一个点来表示，如第2 s末、第2 s初等，是状态量。如图所示。 (2)时间：是指两个时刻的间隔，在时间数轴上，时间用一段线段来表示，如前2 s内、第2 s内等，是过程量。如图所示。 (3)为了便于记忆把前面两个图有机结合，如图所示，0～3 s表示3 s的时间，即前3 s内；4～5 s表示第5 s内，是1 s的时间。时间数轴上的数字“1”所对应的刻度线为第1 s末，也为第2 s初，是时刻。 2．时刻和时间的区别与联系 时刻 时间 区别 ①时刻指某一瞬时 ②对应时间数轴上的一个点 ③只有先后的区分，没有长短之分 ①时间指两个时刻的间隔 ②对应时间数轴上的一段线段 ③有长短之分 联系 ①若用t1和t2分别表示先后两个时刻，用t表示两个时刻之间的间隔，则t＝t2－t1 ②时间数轴上的两个点无限靠近时，它们间的时间就会趋于0，两时刻就趋于相同 注意：生活中所谓的时间有双重含义，既可能指时间，也可能指时刻，要注意体会、区分。如：“你什么时间到的”“什么时间吃饭”“什么时间开始上班”等所说的“时间”是指时刻。 例3　下列关于时间和时刻的说法中，正确的是(　　) A．时间和时刻的区别在于长短不同，长的是时间，短的是时刻 B．3秒内和第3秒的时间一样长 C．第3秒末和第4秒初是两个不同的时刻 D．第3秒内和第4秒内经历的时间相等 (1)能比较时间和时刻的长短吗？ 提示：不能。时刻没有长短之分，只有先后的区别。 (2)第几秒和几秒内是一回事吗？ 提示：不是。前者是第几个1秒，后者是从某时刻开始的几秒内。 [规范解答]　时间和时刻的区别不是在于长短的不同，时间在时间数轴上是一段线段，时刻在时间数轴上是一个点，点是没有长度的，A错误；3秒内时间是3秒，第3秒是第3个1秒，时间是1秒，时间长短不一样，B错误；第3 s末和第4 s初是同一时刻，所以C错误；第3秒内和第4秒内经历的时间都是1秒，D正确。故选D。 [完美答案]　D 规律点拨 时刻与时间的两种判断方法 (1)根据上下文判断：分析所给的情景，根据题意去体会和判断。时刻对应的是某一事件或运动的状态，时间对应的是某一事件或运动的过程。 (2)利用时间轴判断：画出时间轴，把所给的时刻或时间表示出来，对应一个点的是时刻，对应一段线段的是时间。 [变式训练3]　《墨经》中对时间概念作了正确的定义：“久，弥异时也”。下列关于时刻和时间的说法正确的是(　　) A．上午8：30上第一节课，8：30表示的是时间 B．时钟指针所指的某一位置表示的是时刻 C．前3 s内对应时间数轴上的一段线段，第3 s内对应时间数轴上的一点 D．第2 s指的是从第2 s末到第3 s初 答案　B 解析　上午8：30对应一个时间点，表示时刻，故A错误；时钟指针所指的某一位置对应一个时间点，表示时刻，故B正确；前3 s内指的是从0时刻到第3 s末这3 s的时间，第3 s内指的是从第2 s末到第3 s末这1 s的时间，都对应时间数轴上的一段线段，故C错误；第2 s指的是从第1 s末到第3 s初，故D错误。 1．(机械运动与参考系)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，无需选定参考系 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，必须选地面为参考系 答案　A 解析　研究和描述物体的运动时，首先要选择参考系，参考系的选取是任意的，A正确，B、C、D错误。 2．(参考系)观察如图所示的漫画，图中司机对乘车人说：“你没动。”而路边的小女孩说：“真快！”司机和小女孩对乘车人运动状态的描述所选取的参考系分别为(　　) A．地面，地面 B．地面，汽车 C．汽车，地面 D．汽车，汽车 答案　C 解析　司机以汽车为参考系，认为乘车人静止，而小女孩以地面为参考系，认为乘车人在运动。故C正确，A、B、D错误。 3．(时间、时刻)关于时刻和时间，下列说法正确的是(　　) A．1秒很短，所以1秒表示时刻 B．时刻对应物体的位置，时间对应物体的一段运动 C．火车站大屏幕上显示的是列车时间表 D．1分钟只能分成60个时刻 答案　B 解析　1秒在时间数轴上对应一段线段，表示的是时间，所以A错误；时刻对应物体的位置，时间对应物体的一段运动，B正确；火车站大屏幕上显示的是列车时刻表，不是时间表，C错误；1分钟能分成无数个时刻，D错误。 4．(参考系)(多选)汉语中有一个“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，某同学在操场上沿直线跑步，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 答案　BC 解析　以地面为参考系，影子和人一起运动，影子始终在人一侧，相对于人不发生位置的变化，故以人为参考系，影子是静止的。B、C正确。 5．(参考系)如图是体育摄影中“追拍法”的成功之作，摄影师眼中清晰的滑板运动员是静止的，而模糊的背景是运动的，摄影师用自己的方式表达了运动的美。摄影师选择的参考系是(　　) A．大地 B．太阳 C．滑板运动员 D．步行的人 答案　C 解析　“追拍法”是跟踪运动的物体，将运动的物体看成是静止的，该图片中运动的滑板运动员被摄影师当作是静止的，而用镜头跟踪，故参考系是滑板运动员，C正确。 6．(时间、时刻)为庆祝元旦，某校高一和高二学生组织了一场足球比赛，下列关于比赛的表述中涉及的计时数据，指时间的是(　　) A．比赛于2023年1月1日下午2点30分开始 B．开场20 s时，红队率先进球 C．比赛第30 min，蓝队换人 D．整场比赛共踢了90 min 答案　D 解析　在时间轴上，A、B、C中的计时数据都对应一个点，所以指的是时刻，D中90 min对应一段线段，指的是时间，所以D正确。 7．(时间、时刻)(多选)下列说法正确的是(　　) A．“北京时间8点整”指的是时间 B．第n s内就是第(n－1) s末到第n s末这1 s的时间(n为任意正整数) C．列车在广州停15分钟，15分钟指的是时间 D．不管是前5 s还是第5 s，都是指时间 答案　BCD 解析　8点整指的是时刻，不是时间，A错误；第n s内指第(n－1) s末到第n s末这1 s的时间，B正确；列车在广州停15分钟，15分钟指一段时间，C正确；前5 s指第1 s初到第5 s末这一段时间，第5 s指的是第5 s初至第5 s末这1 s的时间，D正确。 8．(坐标系)(多选)关于坐标系，下列说法正确的是(　　) A．建立坐标系是为了定量描述物体的位置 B．坐标系与参考系都是为了研究物体的运动而引入的 C．物体做直线运动时必须建立平面直角坐标系 D．物体在平面内做曲线运动，需要建立平面直角坐标系确定其位置 答案　ABD 解析　坐标系是用来定量描述物体的位置的，坐标系和参考系都是为了研究物体的运动而引入的，A、B正确；描述做直线运动的物体的位置时需要建立一维直线坐标系，描述在平面内做曲线运动的物体的位置时需建立平面直角坐标系，C错误，D正确。 9．(参考系)钓鱼岛群岛自古以来就是中国领土。如图，中国海监46船(甲)和中国海监49船(乙)在钓鱼岛领海内开展例行维权巡航。甲、乙两船并排行驶，甲船上的船员看见钓鱼岛向东移，乙船上的船员发现甲船没有动。如果以钓鱼岛为参考系，上述事实说明(　　) A．甲船向西运动，乙船不动 B．乙船向西运动，甲船不动 C．甲船向西运动，乙船向东运动 D．甲、乙两船以相等的速度都向西运动 答案　D 解析　甲船上的船员看见钓鱼岛向东移，以钓鱼岛为参考系，甲船向西运动；乙船上的船员发现甲船没有动，则甲、乙两船的速度、行驶的方向应该是一样的，即甲、乙两船以相等的速度都向西运动，D正确。 10．(参考系)东汉时期的著作《尚书纬·考灵曜》中谈到地球的运动时这样写道：“地恒动不止而人不知，譬如人在大舟中，闭牖(即窗户)而坐，舟行不觉也”。其中反映了什么样的物理原理？“地恒动”“人不知”“舟行不觉”分别是以什么为参考系？ 答案　见解析 解析　反映的物理原理是判断物体是否运动与参考系的选取有关。“地恒动”是以太阳为参考系，“人不知”是以地球为参考系，“舟行不觉”是以“舟”为参考系。 11．(坐标系)(多选)如图所示是为了定量研究物体的位置作出的坐标轴(x轴)。在画该坐标轴时规定原点在某长直公路上某广场的中心，公路为南北走向，规定向北为正方向。坐标轴上有两点A和B，A点的位置坐标为xA＝5 m，B点的位置坐标为xB＝－3 m。下列说法中正确的是(　　) A．A点位于广场中心南边5 m处 B．A点位于广场中心北边5 m处 C．B点位于广场中心南边3 m处 D．B点位于广场中心北边3 m处 答案　BC 解析　由位置坐标的意义可知，A点在原点的正方向一侧距原点5 m处，即在广场中心北边5 m处，故A错误，B正确；同理，B点在原点的负方向一侧距原点3 m处，即在广场中心南边3 m处，故C正确，D错误。 12．(时间、时刻)在如图所示的时间数轴中，下列关于时刻和时间的说法中正确的是(　　) A．t2表示时刻，称为第2 s末或第3 s初，也可以称为第2 s B．t2～t3表示时间，称为第3 s C．t0～t2表示时间，称为最初2 s或第2 s D．tn－1～tn表示时间，称为第(n－1) s 答案　B 解析　t2表示时刻，称为第2 s末或第3 s初，但不能称为第2 s，第2 s表示时间，故A错误；t2～t3表示时间，称为第3 s，故B正确；t0～t2表示时间，称为最初2 s，不是第2 s，故C错误；tn－1～tn表示时间，称为第n s，故D错误。 13．(参考系)(多选)各乘一辆观光缆车的甲、乙、丙三人，甲看到楼房匀速上升，乙看到甲匀速上升，丙看到乙匀速下降，甲看到丙匀速上升，则甲、乙、丙相对于地面的运动可能是(　　) 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，丙匀速上升 C．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速下降，且v丙<v甲 D．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速下降，且v丙>v甲 答案　ABC 解析　由于甲看到楼房匀速上升，故甲一定在匀速下降；又由于乙看到甲匀速上升，故乙一定也在匀速下降，且其下降的速度比甲要大，即v乙>v甲；丙看到乙匀速下降，说明丙静止或匀速下降或匀速上升，且下降时的速度小于乙的速度；因为甲又看到丙匀速上升，说明丙可能静止或匀速上升，也可能匀速下降，且其下降时的速度小于甲的速度，故A、B、C正确，D错误。 14．(坐标系)若某同学在操场上从A点开始先向南走了15 m到B点，接着又向东走了20 m到C点，请你建立合适的坐标系描述该同学在A、B、C点的位置。 答案　见解析 解析　以A点为坐标原点，以正东方向为x轴正方向，以正南方向为y轴正方向，建立如图所示的平面直角坐标系。则A点坐标为(0，0)，B点坐标为(0，15 m)，C点坐标为(20 m，15 m)。 学科网（北京）股份有限公司 $$