[学习目标] 1.知道质点的概念,知道质点是一种理想化物理模型.2.知道把物体看作质点的条件.3.理解参考系的概念,知道物体运动具有相对性.
一、物体和质点
1.定义:忽略物体的大小和形状,把物体简化为一个具有质量的点.
2.物体看作质点的条件:一个物体能否看成质点是由所要研究的问题决定的.当物体的大小和形状对研究问题的影响可忽略时,可把物体看作质点.
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,并将其作为研究对象,是经常采用的一种科学研究方法.质点这一理想化模型就是这种方法的具体应用.
二、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,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,这便是运动的相对性.
2.参考系: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,这种用来作为参考的物体叫作参考系.
3.参考系的选择是任意(填“任意”或“唯一”)的.
4.选择不同的参考系来观察同一个物体的运动,其结果往往会有所不同(填“会有所不同”或“一定相同”).
1.判断下列说法的正误.
(1)只有体积很小的物体才可以看成质点,体积较大的物体不能看成质点.( × )
(2)质点是一种理想化模型,实际上也是存在的.( × )
(3)参考系必须选取地面或相对于地面静止的其他物体.( × )
(4)描述同一物体的运动时,不论选取怎样的参考系,其结论是相同的.( × )
(5)参考系可任意选取,通常情况下,在讨论地面上物体的运动时(如汽车的运动),都以地面为参考系.( √ )
2.《敦煌曲子词集》中有这样的词句:“满眼风波多闪烁,看山恰似走来迎,仔细看山山不动,是船行.”其中“看山恰似走来迎”所选的参考系是________,“是船行”所选的参考系是________.
答案 船 山
一、质点
导学探究
如图所示,雄鹰拍打着翅膀在空中翱翔,如果我们研究雄鹰从北方飞到南方的位置变化情况,雄鹰的大小和形状对所研究的问题有影响吗?能否把雄鹰看成质点?研究雄鹰在飞翔过程中是如何改变方向的,能否把雄鹰看成质点?
答案 无影响 能 不能
知识深化
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.
3.对理想化模型的理解
理想化模型是为了研究问题的方便而对实际问题的科学抽象,实际中并不存在.
例1
(多选)关于质点,下列说法正确的是( )
A.只要体积小就可以视为质点
B.物体的大小和形状对于所研究的问题属于无关或次要因素时,可把物体视为质点
C.质点是一种理想化模型,实际上并不存在
D.因为质点没有大小,所以与几何中的点是一样的
答案 BC
例2
(2021·浙江6月选考)用高速摄影机拍摄的四张照片如图所示,下列说法正确的是( )
A.研究甲图中猫在地板上行走的速度时,猫可视为质点
B.研究乙图中水珠形状形成的原因时,旋转球可视为质点
C.研究丙图中飞翔的鸟儿能否停在树桩上时,鸟儿可视为质点
D.研究丁图中马术运动员和马能否跨越障碍物时,马可视为质点
答案 A
解析 研究题图甲中猫在地板上行走的速度时,猫的大小可忽略不计,可将视为质点,选项A正确;研究题图乙中水珠形状形成的原因时,旋转球的大小和形状不能忽略,旋转球不能视为质点,选项B错误;研究题图丙中飞翔的鸟儿能否停在树桩上时,鸟儿的大小和形状不能忽略,不能将鸟儿视为质点,选项C错误;研究题图丁中马术运动员和马能否跨越障碍物时,马的大小和形状不能忽略不计,不能把马视为质点,选项D错误.
物体能否被看成质点,不是取决于物体的大小,而是看物体的形状和大小对所研究问题的影响是否可忽略.体积大的物体在有的问题中可以看成质点,体积小的物体在有的问题中不能看成质点.
针对训练 2021年9月17日,搭载着3名航天员的“神舟十二号”载人飞船返回舱在轨三个月后成功着陆,标志着我国空间站运营常态化的开始,也意味着我国是当今世界上唯一拥有独立建设空间站能力的国家.在下列情况中,可将飞船或核心舱看作质点的是( )
A.确定飞船离地球的高度时
B.飞船飞行过程中调整姿态时
C.飞船与“天和”核心舱进行对接时
D.航天员给同学们介绍“天和”核心舱内部情况时
答案 A
解析 由于飞船离地球高度远大于飞船本身大小,故在确定飞船离地球的高度时,可将飞船看作质点,A正确;在飞船飞行过程中调整姿态时,飞船与“天和”核心舱进行对接时及航天员给同学们介绍“天和”核心舱内部情况时,飞船或核心舱的大小、形状和姿态对所研究的问题有影响,这些情况下不能看作质点,B、C、D错误.
二、参考系
导学探究
如图,有人说我,快如闪电,疾如风!有人说我,纹丝不动,坐如钟!“我”是静是动?
答案 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.
知识深化
1.选取参考系的意义:静止是相对的,运动是绝对的.要描述一个物体的运动,首先必须选定参考系,之后才能确定物体的位置、研究物体的运动.对于同一个物体,选择不同的参考系,观察结果往往不同.
2.参考系的选取原则
(1)参考系的选取可以是任意的,但在实际问题中,参考系的选取应以使研究问题尽可能方便、对运动的描述尽可能简单为基本原则.例如研究火车的运动时,一般选取地面或相对于地面静止的物体(如站台)作为参考系;研究火车上物体的运动时,一般选取火车作为参考系.
(2)在比较不同物体的运动时,应选择同一参考系.
例3
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 A项是以静止的地面为参考系;B项是以观众为参考系;C项是以“万重山”为参考系;D项是以地面或相对地面静止的物体(如旗杆)为参考系;故C正确.
例4
在电视连续剧《西游记》中,常常有“孙悟空”在“腾云驾雾”的镜头,如图所示,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,摄影师把人物动作和飘动的白云等一起摄入镜头,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.急速飘动的白云 D.观众自身
答案 C
例5
如图所示,由于风的存在,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船肯定向左运动
B.A船肯定是静止的
C.B船肯定向右运动
D.B船可能是静止的
答案 C
解析 因为河岸上的旗帜向右飘,可判断出风是从左向右刮的.B船旗帜向左飘,说明B船一定向右运动,而且运动的速度大于风速,故C正确,D错误.A船上旗帜向右飘,有三种可能:一是A船不动,风把旗帜刮向右侧;二是A船向左运动,风向相对于旗帜向右,把旗帜刮向右侧;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侧,故A、B错误.
考点一 质点
1.(2021·长安一中高一期中)关于质点的概念,下列说法正确的是( )
A.旋转的物体,肯定不能看成质点
B.只要物体运动得不是很快,就一定可以把物体看成质点
C.只有质量很小的物体才可以看成质点
D.质点是把物体抽象成有质量而没有大小的点
答案 D
解析 质点是把物体抽象成有质量而没有大小的点,当物体的大小和形状对于所研究的问题可以忽略时,物体就可以看成质点,故A、B、C错误,D正确.
2.(2021·杭州市高一期中)航空工业正式推出新版民用初教6飞机(如图所示).下列情况可以把它看作质点的是( )
A.研究升级综合航电系统时
B.研究倒飞、全筋斗特技动作时
C.研究飞机运动的轨迹时
D.研究收放起落架时
答案 C
解析 研究升级综合航电系统时,研究倒飞、全筋斗特技动作时,研究收放起落架时,均不能忽略飞机的大小和形状,不能看作质点,故A、B、D错误;研究飞机运动的轨迹时,可忽略飞机的大小和形状,可看作质点,故C正确.
3.下面是东京奥运会的精彩瞬间,下列说法正确的是( )
A.甲图中研究苏炳添的冲线动作时,可以将他看作质点
B.乙图中研究全红婵跳水时空中旋转动作时,可以将她看作质点
C.丙图为刘诗颖投掷标枪,研究标枪落地瞬间的方向时,可以将标枪看作质点
D.丁图为巩立姣投掷铅球,研究铅球空中飞行的轨迹时,可以将铅球看作质点
答案 D
解析 当物体的大小和形状在所研究的问题中可以忽略时,物体可以看作质点.题图甲中研究苏炳添的冲线动作时、题图乙中研究全红婵跳水时空中旋转动作时,研究的是动作,所以不能看作质点,故A、B错误;题图丙为刘诗颖投掷标枪,研究标枪落地瞬间的方向时,不能忽略其大小和形状,不能将其看作质点,故C错误;题图丁为巩立姣投掷铅球,研究铅球空中飞行的轨迹时,铅球大小和形状在所研究的问题中可以忽略,可以将铅球看作质点,故D正确.
4.(2021·高邮市高一期中)以下关于质点的说法正确的是( )
A.裁判员为正在参加吊环比赛的运动员评分时,可以把运动员看成质点
B.研究“天问一号”着陆巡视器登陆火星的姿态时,不能把“天问一号”看成质点
C.一山路转弯处较狭窄,司机判断汽车是否能安全通过,可以把汽车看成一个质点
D.研究自行车的运动时,因为车轮在转动,所以无论什么情况下,自行车都不能被看成质点
答案 B
解析 裁判员为正在参加吊环比赛的运动员评分时,不可以把运动员看成质点,否则就没有运动员的动作可言了,A错误;研究“天问一号”着陆巡视器登陆火星的姿态时,其大小和形状都不能忽略,不能把“天问一号”看成质点,B正确;一山路转弯处较狭窄,司机判断汽车是否能安全通过,汽车的大小不能忽略,不可以把汽车看成一个质点,C错误;当研究自行车骑行几百米甚至几千米的时间时,自行车就可以看成质点,D错误.
考点二 参考系
5.(2022·长春外国语学校月考)刻舟求剑的故事家喻户晓,如图所示,“舟已行矣,而剑不行”这句话所选用的参考系是( )
A.舟
B.舟上的人
C.地面
D.流动的水
答案 C
6.如图所示,有两架歼-20隐形战斗机正在演习驱逐侵犯我国领空的敌机.我方飞机甲先是发出无线电警告,后近距离同步(与敌机速度相同)威慑驱赶敌机,我方飞机乙全程变距监控,预防意外.飞机甲驱赶敌机过程中,下列说法正确的是( )
A.以静止的云为参照物,三架飞机都静止
B.以飞机甲为参照物,敌机静止
C.以飞机乙为参照物,敌机静止
D.以敌机为参照物,我方飞机均静止
答案 B
解析 飞机甲与敌机速度相同,以飞机甲为参照物,敌机静止,故B正确;飞机乙全程变距监控,所以以飞机乙为参照物,敌机是运动的,同理,以敌机为参照物,飞机乙是运动的,以静止的云为参照物,三架飞机均不静止,故A、C、D错误.
7.如图所示,乘坐索道缆车除了可以观赏怡人的风景,还能感受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,坐在同一缆车里的人是运动的
B.以对面的山为参考系,自己静止不动
C.以自己为参考系,看到对面的山迎面而来
D.以所乘坐的缆车为参考系,看到两边的绿树在向前运动
答案 C
解析 以自己为参考系,坐在同一缆车里的人相对于自己的位置没有发生变化,是静止的,对面的山相对自己来说距离逐渐变小,看到对面的山迎面而来,故A错误,C正确;以对面的山为参考系,则山不动,自己相对于对面的山位置发生了变化,自己是运动的,故B错误;以所乘坐的缆车为参考系,看到两边的绿树在向后运动,故D错误.
8.(多选)自然界一切物体都处于永恒的运动中,要描述一个物体的运动,首先要选定参考系,下列关于参考系的选取正确的是( )
A.“一江春水向东流”说的是水相对于岸(或地面)的运动
B.“月亮在云中穿行”说的是月亮相对云的运动
C.“太阳东升西落”说的是太阳相对地球的运动
D.“桥流水不流”说的是水相对于桥的运动
答案 ABC
解析 “一江春水向东流”选取的参考系是河岸,说的是水相对于岸(或地面)的运动,选项A正确;“月亮在云中穿行”选取的参考系是云,说的是月亮相对云的运动,选项B正确;“太阳东升西落”说的是太阳相对地球的运动,选项C正确;“桥流水不流”选取的参考系是水,说的是桥相对于水的运动,选项D错误.
9.(2022·广州市越秀区高一期末)如图所示是特技跳伞运动员的空中造型图.当运动员保持该造型向下落时,其中一名运动员A俯视大地时,看到大地迎面而来.下列说法正确的是( )
A.若运动员A以对面的运动员为参考系,他是运动的
B.若运动员A以旁边的运动员为参考系,地面是静止的
C.当他俯视大地时,看到大地迎面而来,是以大地为参考系的
D.以大地为参考系,运动员是运动的
答案 D
解析 若运动员A以对面的运动员为参考系,他是静止的,以旁边的运动员为参考系,地面是运动的,故A、B错误;当运动员A俯视大地时,看到大地迎面而来,是以他自己为参考系,故C错误;以大地为参考系,运动员是运动的,故D正确.
10.如图,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.他们的争论是由参考系的选择不同引起的
C.研究物体的运动时不一定要选择参考系
D.参考系只能选择相对于地面静止的物体
答案 B
解析 甲、乙两人的说法分别是以飞机和地面作为参考系,说法都是正确的.他们的争论是由选择的参考系不同引起的,故A错误,B正确;研究物体的运动时一定要选择参考系,否则物体的运动性质无法确定,故C错误;参考系的选择可以是任意的,一般情况下我们选择相对于地面静止的物体为参考系,故D错误.
11.一只猴子抓在细棒上,细棒由绳子悬挂于天花板上,现使悬挂细棒的绳子断开,猴子和细棒一起向下运动,甲说此棒是静止的,乙说猴子是向下运动的,甲、乙两人所选的参考系分别是( )
A.甲选的参考系是地球,乙选的参考系也是地球
B.甲选的参考系是地球,乙选的参考系是猴子
C.甲选的参考系是猴子,乙选的参考系是地球
D.甲选的参考系是地球,乙选的参考系是自身
答案 C
解析 绳子断开后,以猴子为参考系细棒是静止的,猴子向下运动是以地面为参考系,也就是以地球为参考系,A、B、D错误,C正确.
12.火炬传递是各种重大体育赛事的重要环节.在某次运动会火炬传递中,观察到同一地点的旗帜和甲、乙两火炬手所传递的圣火火焰如图所示.关于甲、乙两火炬手相对于静止旗杆的运动情况,下列说法中正确的是( )
A.甲、乙两火炬手一定都在向右运动
B.甲、乙两火炬手一定都在向左运动
C.甲火炬手一定向右运动,乙火炬手一定向左运动
D.甲火炬手可能静止,乙火炬手一定向左运动
答案 D
解析 根据旗帜的飘动情况可以判断风向左吹.乙火炬手所传递的圣火火焰向右飘,表明乙火炬手一定相对于旗杆向左运动,且运动速度比风速大;甲火炬手所传递的圣火火焰向左飘,所以甲火炬手可能相对于旗杆静止,也可能向右运动,还可能向左运动但甲火炬手的运动速度比风速小,选项D正确.
13.如图所示为运动员在进行男子双人十米跳台比赛,下列说法正确的是( )
A.教练为了研究两人的技术动作,可将两人视为质点
B.运动员在下落过程中,以运动员为参考系,水面是静止的
C.其中一人感觉另一人是静止的
D.观众观看两人比赛时,可将两人视为质点
答案 C
14.(2022·涟水县第一中学高一月考)为了拍摄正在运动的物体,摄影师常用“追拍法”.如图是自行车高速运动的照片,摄影师拍摄到运动员是清晰的,而背景是模糊的,摄影师用自己的方式表达了运动的美.请问摄影师选择的参考系是( )
A.大地 B.太阳
C.路边电线杆 D.运动员
答案 D
15.如图所示为A、B、C三列火车在一个车站的情况,A车上的乘客看到B车向东运动,B车上的乘客看到C车和站台都向东运动,C车上的乘客看到A车向西运动.站台上的人看A、B、C三列火车的运动情况正确的是( )
A.C车一定是静止的 B.C车一定向西运动
C.B车可能向东运动 D.A车一定向西运动
答案 D
解析 由B车上的乘客看到站台向东运动,可判断B车向西运动,由A车上的乘客看到B车向东运动,说明A车也向西运动且速度大于B车速度;C车上的乘客看到A车向西运动,B车上的乘客看到C车向东运动,则C车有三种可能的运动情况:可能静止,可能向东运动,也可能向西运动但速度比A、B的速度都小,故选D.
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