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2019-2020年高中物理教科版必修1教學案：第一章 第1節(jié) 質點 參考系 空間 時間(含解析) 　1．質點是指不考慮物體的大小和形狀，用來代替物 體的有質量的點。 2．參考系是指為了描述物體的運動而假定為靜止 不動的物體。 3．任何物體的運動都是在空間和時間中進行的， 在時間軸上的一個點表示時刻，一段距離表示 時間。 一、機械運動　質點 1．機械運動 (1)定義：一個物體相對于另一個物體位置的改變。 (2)運動的絕對性和靜止的相對性： 運動是絕對的，靜止是相對的，當一個物體相對于另一個物體沒有發(fā)生位置變化，我們說這個物體是靜止的。 2．質點 (1)定義：用來代替物體的有質量的點。 (2)將物體看做質點的條件： 如果被研究物體的形狀、大小在所討論的問題中可以忽略，就可把整個物體看做質點。 二、參考系 1．定義 要確定一個物體的位置并描述其運動情況時，被選定作為參考的其他物體。 2．參考系的意義 對同一個物體的運動，選擇不同的參考系，觀察到的物體運動情況往往不同，因此要描述一個物體的運動，必須首先選擇參考系。 三、空間　時間　時刻 1．空間 指物體賴以存在的地方或變動范圍。 2．時間 指物體在某處存在或變動過程的長短。 3．時刻 指物體運動的某一瞬時，在時間坐標軸上用一個點表示。 1．自主思考——判一判 (1)很大的物體不能看成質點，很小的物體才能看成質點。() (2)參考系一定選靜止不動的物體。() (3)一個物體的運動情況與參考系的選擇無關。() (4)比較兩個物體的運動情況時可選擇不同的參考系。() (5)時間間隔是指較長的一段時間，時刻是指較短的一段時間。() (6)第2 s內(nèi)和前2 s內(nèi)指的是不相等的兩段時間。(√) 2．合作探究——議一議 (1)研究一列火車從北京到上海的路程，火車能否看做質點？研究火車經(jīng)過一座橋梁所需要的時間，火車能否看做質點？研究火車發(fā)動機、傳動機構及車輪的轉動時，火車能否看做質點？ 圖111 [提示]　研究一列火車從北京到上海運動的路程，火車可以看做質點；研究火車經(jīng)過一座橋梁所需要的時間，火車的長度與橋梁的長度相比較不能忽略，火車不能看做質點；研究火車發(fā)動機、傳動機構及車輪的轉動，火車不能看做質點。 (2)我們站在公路旁邊，描述汽車的運動時，一般選擇誰為參考系？我們坐在車里，描述車里同學的運動時，一般選擇誰為參考系？ [提示]　我們站在公路旁邊，描述汽車的運動時，一般選地面為參考系。我們坐在車里，描述車里同學的運動時，一般選汽車為參考系。 (3)李爺爺起床后外出晨練，在公園遇到張爺爺?！澳@么早！練多長時間了？” “十五分鐘左右吧?，F(xiàn)在是什么時間？”張爺爺說。 “大約六點?！崩顮敔斦f。 對話中兩個“時間”，哪個是“時間”，哪個是“時刻”？ [提示]　第一個是時間，第二個是時刻?！熬毝嚅L時間”，是指時間間隔；“現(xiàn)在是什么時間”指的是一個瞬間，所以是指時刻。 對質點的理解 1．對質點的認識 (1)質點是用來代替物體的有質量的點，其突出的特點是“具有質量”，但是沒有大小、體積、形狀，它與幾何中的“點”有本質區(qū)別。 (2)質點是一種“理想化模型”。 2．如何理解理想化模型 (1)“理想化模型”是為了使研究的問題得以簡化或研究問題方便而進行的一種科學的抽象，實際并不存在。 (2)“理想化模型”是以研究目的為出發(fā)點，抓住問題的主要因素，忽略次要因素，突出事物的主要特征而建立的“物理模型”。 (3)“理想化模型”是在一定程度和范圍內(nèi)對客觀存在的復雜事物的一種近似反映，是物理學中經(jīng)常采用的一種研究方法。 [典例]　第二屆夏季青年奧林匹克運動會于xx年8月在南京舉行，共設26個比賽項目中，可將運動員視為質點的是(　　) [思路點撥]　一個物體能否看成質點，要看物體的大小和形狀對研究問題的影響是否可以忽略。 [解析]　馬拉松比賽時，由于長路程，運動員的大小形狀可以忽略，可以看成質點，故A正確；跳水時，人們要關注運動員的動作，故運動員的大小形狀不能忽略，不能看成質點，故B錯誤；擊劍時要注意運動員的肢體動作，不能看成質點，故C錯誤；體操中主要根據(jù)運動員的肢體動作評分，故不能忽略大小和形狀，故不能看成質點，故D錯誤。 [答案]　A 判斷一個物體能否看成質點的思路 (1)判斷研究問題的性質，即需要關注的要素是什么。 (2)假設物體的形狀、大小被忽略，關注的要素是否受影響。 (3)若關注的要素不受影響，物體就能被看成質點；若受影響，則物體不能被看成質點?！　　　? 1．下列關于質點的說法中，正確的是(　　) A．只要是體積很小的物體都可以被看成質點 B．只要是質量很小的物體都可以被看成質點 C．質量很大或體積很大的物體都一定不能被看成質點 D．由于所研究的問題不同，同一物體有時可以被看成質點，有時不能被看成質點 解析：選D　質點是指在研究物體的運動時，根據(jù)研究的需要忽略物體的大小和形狀，而突出物體具有質量這個要素，把物體簡化為一個有質量的物質點，是實際物體的一種理想化的模型。一個物體能否被看成質點，是由物體的大小和形狀對所研究問題的影響程度決定的，與物體的質量和體積的大小無關，所以正確選項為D。 2．在下列詩句中，加著重號的字表示的物體可以看成質點的是(　　) A．大漠孤煙直，長河落日圓 B．兩岸猿聲啼不住，輕舟已過萬重山 C．天接云濤曉曉霧，星河欲轉千帆舞 D．天蒼蒼，野茫茫，風吹草低見牛羊 解析：選B　長河落日圓，描寫日圓，太陽大小和形狀不能忽略，故不能看成質點，故A錯誤；兩岸猿聲啼不住，輕舟已過萬重山，輕舟的大小可以忽略不計，故可以簡化為質點，故B正確；星河欲轉千帆舞，描寫帆的動作，故不能看成質點，故C錯誤；風吹草低見牛羊，草的大小不能忽略，故不能看成質點，故D錯誤。 3．(多選)下列說法中正確的是(　　) A．研究飛機從成都開往北京所用的時間時，飛機可視為質點 B．研究飛機螺旋槳的轉動情況時，可將飛機視為質點 C．研究火車過長江大橋所用的時間時，可將火車視為質點 D．研究汽車過長江大橋所用的時間時，可將汽車視為質點 解析：選AD　實際的物體能否視為質點應視具體情況而定，并不是絕對的。A中飛機的大小對所研究的問題無影響，故可視為質點。B中的飛機螺旋槳只是飛機的一部分，飛機的大小不能忽略不計，因此飛機不能視為質點。C中火車過橋時，火車的長度會影響火車過橋的時間，故火車不能視為質點。D中汽車過橋時，汽車的長度遠遠小于橋的長度，汽車的長度對汽車過橋的時間的影響非常小，故汽車可視為質點。A、D正確。 對參考系的理解 1．參考系的選取原則：以觀測方便和使運動的描述盡可能簡單為原則。研究地面上物體的運動時，常選地面或相對于地面靜止的物體作為參考系。 2．參考系的四個性質 標準性 用來做參考系的物體都是假定不動的，被研究的物體是運動還是靜止，都是相對于參考系而言的 任意性 參考系的選取具有任意性，但應以觀察方便和運動的描述盡可能簡單為原則 統(tǒng)一性 比較不同物體的運動時，應該選擇同一參考系 差異性 同一運動選擇不同的參考系，觀察結果可能不同 [典例]　如圖112所示，由于風，河岸上的旗幟向右飄，在河面上的兩條船上的旗幟分別向右和向左飄，兩條船的運動狀態(tài)是(　　) 圖112 A．A船肯定是向左運動的 B．A船肯定是靜止的 C．B船肯定是向右運動的 D．B船可能是靜止的 [審題指導] (1)由河岸上的旗幟飄向判斷風向。 (2)從船上的旗幟飄向結合風向判斷船的運動方向。 [解析]　(1)A船運動情況的確定：由題圖知A船與河岸上的旗幟均向右飄，則相對于風，A船、河岸都具有向左的運動速度，所以A船可能相對河岸靜止，也可能以任意速度向左運動，還有可能以比風速小的速度向右運動。A、B錯誤。 (2)B船運動情況的確定：B船中旗幟向左飄，表明B船只能向右運動，且速度大于風速，C對，D錯。 [答案]　C 參考系的確定和應用問題，往往與物體的相對運動相結合。分析和求解實際問題，必須明確只有選定參考系后，才能確定物體是否運動，運動得快還是慢。選擇的參考系不同，則對同一物體運動的描述所作出的結論也不同。巧妙選取參考系，能使我們更方便地處理相對運動問題。一般應根據(jù)研究對象和研究對象所在的系統(tǒng)選取參考系，雖然參考系的選取是任意的，但是一定要以能方便、簡潔地描述物體的運動為準則。判斷物體運動或靜止的一般步驟：①確定研究對象；②根據(jù)題意選取參考系；③分析被研究的物體相對于參考系有沒有發(fā)生位置變化。　　　　 1．詩句“滿眼波光多閃灼，看山恰似走來迎，仔細看山山不動，是船行”中，“看山恰似走來迎”和“是船行”所選的參考系分別是(　　) A．船和山　　　　　　　 　B．山和船 C．地面和山 D．河岸和流水 解析：選A　參考系是為了研究問題的方便而假定不動的物體，在本題中作者和山之間的距離逐漸減小，而作者認為自己靜止不動，從而“看山恰似走來迎”，故此現(xiàn)象選擇的參考系是自己或者船與船上靜止不動的物體。但實際上船是運動的，所謂是“船行”選擇的參考系是河岸、山或者地球上相對地球靜止不動的其他物體，故選A。 2.如圖113所示，我國空軍在進行空中加油訓練。大型加油機與接受加油的受油機在空中以同樣的速度沿同一方向水平飛行。下列說法中正確的是(　　) 圖113 A．選地面為參考系，受油機是靜止的 B．選地面為參考系，加油機是靜止的 C．選加油機為參考系，受油機是運動的 D．選加油機為參考系，受油機是靜止的 解析：選D　選地面為參考系，受油機是運動的，故A錯誤；選地面為參考系，加油機是運動的，故B錯誤；加油機與接受加油的受油機在空中以同樣的速度沿同一方向水平飛行，選加油機為參考系，受油機是靜止的。故C錯誤，D正確。 3．(多選)熱氣球運動起源于18世紀的法國，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目。在一次觀光游覽中，甲、乙、丙三人各乘一個熱氣球，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、丙的運動情況可能是(　　) 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．以上說法均不對 解析：選AC　樓房和地面相當于同一參考系，所以，甲是勻速下降。乙看到甲勻速上升，說明乙也是勻速下降，且v乙＞v甲。甲看到丙勻速上升，有3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，也有3種可能：丙靜止；丙勻速上升；丙勻速下降，且v丙＜v乙。綜上所述，A、C正確。 對時間和時刻的理解 1．時間間隔與時刻的區(qū)別與聯(lián)系 時間間隔 時刻 區(qū)別 物理意義 兩時刻間間隔 某一瞬時 時間軸上的表示方法 時間軸上的一段線段表示一段時間 時間軸上的一個點表示一個時刻 表示 方法 “3秒內(nèi)”“前3秒內(nèi)”“后3秒內(nèi)”“第1秒內(nèi)”“第1秒到第3秒”等均指時間間隔 “3秒末”“第3秒末”“第4秒初”“八點半”等均指時刻 聯(lián)系 兩個時刻的間隔即為時間間隔，即Δt＝t2－t1 2．時刻與時間間隔在時間軸上的標示 各時間間隔與時刻如圖114所示： 圖114 1．關于時刻和時間，下列說法正確的是(　　) A．作息時間表上的數(shù)字均表示時間 B．1 min只能分成60個時刻 C．手表上指針指示的是時間 D．“寧停三分，不搶一秒”指的是時間 解析：選D　作息時間表上的數(shù)字表示的是起床、就餐、上下課的時刻，A錯。1 min能分成無數(shù)多個時刻，B錯。 手表上指針指示的是時刻，C錯?！皩幫Ｈ郑粨屢幻搿敝傅氖菚r間，D對。 2．如圖115所示是表示時間的坐標軸，請思考討論： 圖115 (1)圖中A點和B點的意義是什么？ (2)AB之間的線段表示什么？ (3)“第六秒內(nèi)”在圖中怎樣表示？ (4)“第二秒末”和“第三秒初”在圖中怎么表示？它們是同一時刻嗎？ 答案：(1)A點和B點是兩個時刻。 (2)AB之間的線段表示時間，且時間為1 s。 (3)5～6之間的線段表示第六秒內(nèi)。 (4)表示“第二秒末”和“第三秒初”的都是數(shù)字2所在的點，是同一時刻。 1．在不需要考慮物體本身大小和形狀時，可以把物體簡化為一個有質量的點，即質點。物理學中，把這種在原型的基礎上，突出問題的主要方面，忽略次要方面，經(jīng)過科學抽象來研究問題的方法稱為(　　) A．控制變量法 　B．理想模型法 C．等效代替法 D．類比法 答案：B 2．下列說法中表示時間的是(　　) A．上午8點上課 B．夜半鐘聲到客船 C．火車7：00出發(fā) D．乘火車從成都到重慶需要2小時 解析：選D　時刻是一瞬間，在時間軸上用一點表示；時間是兩時刻之間的間隔，在時間軸上用線段表示，故A、B、C項表示時刻，D項表示時間。 3．下面關于質點的正確說法有(　　) A．計算火車通過站臺的時間可把火車看成質點 B．研究沿地面翻滾前進的體操運動員的動作可把運動員看成質點 C．螞蟻很小，可把螞蟻看成質點 D．研究地球的公轉時可把地球看成質點 解析：選D　火車站臺與火車大小可以比較，不能將火車看成質點，A錯。翻滾前進的運動員的不同部位運動不同，不能將其視為質點，B錯。物體的大小不是判斷它是否能視為質點的條件，C錯。繞太陽公轉的地球大小遠小于它與太陽間的距離，此時的地球可看做質點，D對。 4．(多選)下列說法中正確的是(　　) A．被選為參考系的物體是假定不動的 B．一乘客在車廂內(nèi)走動的時候，他就說車是運動的 C．研究地面上物體的運動，必須選取地面為參考系 D．質點運動的軌跡是直線還是曲線，與參考系的選取有關 解析：選AD　宇宙間的一切物體都處在永恒的運動中，被選為參考系的物體是假定不動的，所以選項A正確。物體是運動還是靜止，是相對于參考系而言的，在車廂內(nèi)走動的乘客，在沒有明確參考系之前就說車是運動的，是錯誤的，所以選項B錯誤。研究物體的運動時，參考系是可以任意選取的，所以選項C錯誤。同一物體的運動，選擇不同的參考系所觀察到的軌跡可能不同，D正確。 5．(多選)關于時間和時刻，下列說法正確的是(　　) A．物體在5 s時指的是物體在5 s末時，指的是時刻 B．物體在5 s內(nèi)指的是物體在4 s末到5 s末這1 s的時間 C．物體在第5 s內(nèi)指的是物體在4 s末到5 s末這1 s的時間 D．第4 s末就是第5 s初，指的是時刻 解析：選ACD　畫時間軸如圖所示， 5 s時指的是5 s末這一時刻，5 s內(nèi)指的是0～5 s這一段時間，第5 s內(nèi)指的是在4 s末到5 s末這1 s的時間，第4 s末和第5 s初是同一時刻。故A、C、D正確。 6．某校高二部分學生分別乘兩輛汽車從學校出發(fā)去敬老院做義工。兩輛汽車在平直的公路上運動，甲車內(nèi)一同學看見前面的乙車向東運動，此時乙車內(nèi)的同學看見路旁的樹木向西移動。如果以地面為參考系，那么上述觀察說明(　　) A．兩車都向東運動，但甲車運動快 B．兩車都向東運動，但乙車運動快 C．兩車都向西運動，但甲車運動快 D．兩車都向西運動，但乙車運動快 解析：選B　因乙車看到路旁的樹木向西，則說明乙相對地面在向東運動；而甲車中的同學看到乙車在向東，則說明甲車的速度小于乙車的速度，故B正確。 7．(多選)為了提高槍械射擊時的準確率，制造時會在槍膛上刻上螺旋形的槽。這樣，當子彈在槍管中運動時，會按照旋轉的方式前進，離開槍管后，子彈的高速旋轉會降低空氣密度、側風等外部環(huán)境對子彈的影響，從而提高子彈飛行的穩(wěn)定性。下列關于子彈運動的說法中正確的是(　　) A．當研究子彈的旋轉對子彈飛行的影響時可以把子彈看做質點 B．當研究子彈射擊百米外的靶子所用的時間時可以把子彈看做質點 C．無論研究什么問題都可以把子彈看做質點 D．能否將子彈看做質點，取決于我們所研究的具體問題 解析：選BD　在研究子彈的旋轉對子彈飛行的影響時不能忽略子彈的大小和形狀，因而不可以把子彈看做質點，選項A錯誤；但研究子彈射擊百米外的靶子所用的時間時，其大小和形狀可以忽略，可以看做質點，故選項B、D正確，C錯誤。 8．太陽從東邊升起，西邊落下，是地球上的自然現(xiàn)象。但在某些條件下，在緯度較高地區(qū)上空飛行的飛機上，旅客可以看到太陽從西邊升起的奇妙現(xiàn)象。要看到這一現(xiàn)象需滿足的條件是(　　) A．時間必須是在清晨，飛機正在由東向西飛行，飛機的速度必須較大 B．時間必須是在清晨，飛機正在由西向東飛行，飛機的速度必須較大 C．時間必須是在傍晚，飛機正在由東向西飛行，飛機的速度必須較大 D．時間必須是在傍晚，飛機正在由西向東飛行，飛機的速度不能太大 解析：選C　由于我們習慣以地球為參考系，因地球自西向東自轉，通?？吹降淖匀滑F(xiàn)象是太陽從東邊升起、西邊落下，旅客要看到太陽從西邊升起的奇妙現(xiàn)象，太陽此時一定在西方，才可能從西邊升起，所以一定是在傍晚，A、B錯；在傍晚時太陽正在向西方落下，要產(chǎn)生太陽升起的感覺，只有飛機“下落”速度大于太陽相對于地球的速度才能產(chǎn)生這種效果，即飛機向西飛行的速度大于太陽向西的速度，所以C對。 9．(多選)無人戰(zhàn)斗機由無人偵察機發(fā)展而來，但其復雜程度遠高于無人偵察機，下列可將無人戰(zhàn)斗機視為質點的是(　　) A．研究人員測試無人戰(zhàn)斗機的飛行速度時 B．研究人員觀察無人戰(zhàn)斗機飛行姿勢、測各項技術參數(shù)時 C．敵方確定無人戰(zhàn)斗機位置時 D．敵方欲對無人戰(zhàn)斗機關鍵部位實施打擊時 解析：選AC　觀察無人戰(zhàn)斗機飛行速度或確定其位置時，無需考慮戰(zhàn)斗機的大小和形狀，可將其看成質點，A、C正確。而觀察戰(zhàn)斗機飛行姿勢或確定其關鍵部位時，都必須考慮其大小和形狀，故不能看成質點，B、D錯誤。 10．如圖1所示，飛機上的人和地面上的人觀察跳傘者的運動情況，得出不同的結果，下列說法中正確的是(　　) 圖1 A．飛機上的人看跳傘者是靜止的 B．飛機上的人看跳傘者始終在飛機的后方 C．地面上的人看跳傘者在做曲線運動 D．地面上的人看跳傘者在做直線運動 解析：選C　從飛機上看，就是以飛機為參考系，由于跳傘者在水平方向上的運動速度與飛機相同，所以飛機上的人看到跳傘者豎直向下運動，即做直線運動，A、B錯誤。從地面上看，就是以地面為參考系，這時跳傘者除了做豎直向下的運動，還做水平方向的運動，其軌跡為曲線，如同在地面上某一高度水平拋出一小石塊的軌跡，故C正確，D錯誤。 11．如圖2所示為撐竿跳高運動的幾個階段：助跑、撐竿起跳、越橫竿。討論并回答下列問題，體會質點模型的建立過程。 圖2 (1)教練針對訓練錄像糾正運動員的錯誤動作時，能否將運動員看成質點？ (2)分析運動員的助跑速度時，能否將運動員看成質點？ (3)測量運動員所跳高度(判定運動員是否打破世界紀錄)時，能否將運動員看成質點？ 解析：(1)不能，糾正錯誤動作時不能忽略運動員的姿勢及動作(即運動員的形狀及大小)。 (2)能，分析運動員的助跑速度時，可以忽略運動員的姿勢及動作(即運動員的形狀及大小)。 (3)能，理由同(2)。 答案：(1)不能　(2)能　(3)能 12．某人在河中劃船逆流航行，經(jīng)過A地時草帽落入水中，半小時后他才發(fā)覺，此時船已行至B點，于是他立即掉轉船頭追趕， 在A點下游5.4 km處的C點追上，該船相對水流的速率v1不變，求水流速率v2。 解析：該題如果取地面為參考系，運動過程復雜，易造成思維混亂而出錯。這時我們不妨逆向思維，把流動的水看做是靜止的，并取水為參考系，則船相對于水和水中的草帽將以速率v1先背離運動半小時后，立即返回到追上草帽時也只需半小時，所以從草帽落水到追上草帽共歷時1小時，即水流速率為 v2＝＝ m/s＝1.5 m/s。 答案：1.5 m/s