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1、第1節(jié) 質(zhì)點 參考系和坐標系
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要點一、對理想化物理模型和質(zhì)點的理解
1.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,突出問題的主要因素,忽略次要因素而建立的“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.
2.質(zhì)點
引入質(zhì)點的意義
質(zhì)點是一個理想化的物理模型,盡管不是實際存在的物體,但它是實際物體的一種近似,是為了研究問題的方便而進行的科學抽象,它突出了事物的主要特征,抓住了主要因素,
2、忽略了次要因素,使所研究的復雜問題得到了簡化.
要點二、對參考系的理解
1.定義
要描述某一個物體的位置及其隨時間的變化,首先要選定某個其他物體作為參考,假定這個“其他物體”不動,觀察研究對象相對于這個“其他物體”的位置是否隨時間變化,這個被用來作參考的物體,叫做參考系.
2.引入?yún)⒖枷档囊饬x
(1)有了參考系,才能確定物體的位置.
(2)選定了參考系后,才能知道和研究物體的運動.試設想,在茫茫的大海里,水天一色,如果沒有太陽或星辰作參考,水手根本無法確定自己船艦的位置和航向.
3.參考系的選取原則
(1)選取參考系一般應根據(jù)研究對象和研究對象所在的系統(tǒng)來決定.例如研究火車上物
3、體的運動情況,一般選取火車作為參考系;研究地面上物體的運動時,常選取地面或相對地面靜止的物體作為參考系.選擇地面為參考系時,參考系??梢月匀ゲ惶幔纭捌囘\動了”,就不必說成“汽車相對地面運動了”.
(2)參考系的選取可以是任意的.在實際問題中,參考系的選取以研究問題方便、對運動的描述盡可能簡單為基本原則.
4.參考系對運動的影響
對于同一個物體的運動,如果選取不同的物體作參考系,所得到的結(jié)果可能不同.例如有一輛載有乘客的客車,在京福高速公路上由北向南行駛,若以客車為參考系,乘客是靜止的;若以路邊的樹木為參考系,乘客向南運動;若以也向南行駛但比客車運動的快的另外一輛轎車為參考系時,客車及
4、乘客又是向北運動的.
要點三、建立坐標系的意義和特點
1.建立坐標系的意義
物體做機械運動時,其位置會隨時間發(fā)生變化,為了定量地描述物體的位置及位置的變化,需要在參考系上建立適當?shù)淖鴺讼担?
2.坐標系的種類及特點
(1)直線坐標系:以某一點為原點,規(guī)定單位(有時是長度,有時是時間,也可能是其他物理量)、正方向或變化方向的意義.
(2)平面坐標系:物體在某一平面內(nèi)運動時需建立平面坐標系.如圖1-1-1所示:在圖甲中,a、b、c三點有相同的橫坐標,在圖乙中,A、B、C三點有相同的縱坐標,由此可以發(fā)現(xiàn):如果僅僅確定某點的橫坐標或縱坐標,該點的位置并不能惟一確定,如果同時確定某點的橫坐標和
5、縱坐標,則該點的位置惟一確定.
圖1-1-1
(3)多維坐標系(如三維立體空間坐標系):物體的運動不在同一平面內(nèi)時,可以建立多維坐標系.
3.建立坐標系的原則
要能方便簡潔地確定物體的位置
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一、對質(zhì)點的理解
例1 下列關(guān)于質(zhì)點的說法中,正確的是( )
A.質(zhì)點是一個理想化的模型,實際并不存在
B.因為質(zhì)點沒有大小,所以與幾何中的點沒有區(qū)別
C.凡是輕小的物體,都可看作質(zhì)點
D.如果物體的形狀和大小在所研究的問題中屬于次要因素,就可以把物體看作質(zhì)點
解析 質(zhì)點是一個理想化的物理模型,實際上不存在.物體能否看成質(zhì)點要滿足D項的條件,A、D正確;質(zhì)點是有質(zhì)量的,它是
6、人們?yōu)榱搜芯繂栴}的方便而抽象出來的點,與物體大小沒有直接關(guān)系,B、C項錯.
答案 AD
如果物體的大小和形狀對所研究的問題不起主要作用,其影響可以忽略不計,就可把它看成質(zhì)點.
二、對參考系的理解
例2 某校高一的新同學分別乘兩輛汽車去市公園游玩.當兩輛汽車在平直公路上運動時,甲車內(nèi)一同學看見乙車沒有運動,而乙車內(nèi)一同學看見路旁的樹木向西移動.如果以地面為參考系,那么,根據(jù)上述觀察到的現(xiàn)象可說明( )
A.甲車不動,乙車向東運動
B.乙車不動,甲車向東運動
C.甲車向西運動,乙車向東運動
D.甲、乙兩車以相同的速度都向東運動
解析 正確分析“乙車內(nèi)一同學看見路旁的樹木向西
7、移動”是解決本題的關(guān)鍵.樹木相對地面本是靜止的,由此判斷乙車(相對地面)一定是向東運動.“甲車內(nèi)一同學看見乙車沒有運動”則說明甲、乙兩車相對靜止,速度一定是相同的.
答案 D
三、坐標系的應用
例3 一質(zhì)點在x軸上運動,各個時刻的位置坐標如下表:
t/s
0
1
2
3
4
5
x/m
0
5
-4
-1
-7
1
(1)請在圖1-1-2中的x軸上標出質(zhì)點在各時刻的位置.
圖1-1-2
(2)哪個時刻離開坐標原點最遠?有多遠?
解析 (1)以運動路徑所在的直線為x軸,標出各時刻質(zhì)點的位置坐標如下圖所示.
(2)由圖可知第4 s末質(zhì)點離開坐標原點最遠,有7 m.
答案 (1)見解析圖 (2)4 s末 7 m
(1)畫坐標系時,必須標上原點、正方向和單位長度.
(2)位置坐標的意義:正負表示方向,數(shù)值表示距坐標原點的距離.
(3)坐標軸的方向不一定非得在水平方向或豎直方向上,同時不能忽略“+”、“-”號.