2018-2019高中物理 第1章 怎樣描述物體的運動 1.1 走近運動學案 滬科版必修1.doc

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1．1　走近運動 [目標定位]　1.知道參考系的概念，知道運動和靜止的相對性.2.理解質點的概念，知道把物體看成質點的條件.3.理解位移的概念，會用有向線段表示位移的大小和方向.4.了解時刻與時間的區(qū)別和聯(lián)系，會在具體的情景下區(qū)分時間和時刻． 一、怎樣判斷動與靜 [問題設計] 在奔馳的大巴中，小偉看著窗外說：“快看，樹在飛快地往后跑！”小霞看了說：“不對，是我們和汽車在往前跑，樹怎么會動呢！”科學老師笑咪咪地說：“你們說得都對！”你同意科學老師的說法嗎？為什么？ 答案　同意．對于一個物體運動情況的描述，取決于所選的參考系，選取的參考系不同，對同一物體運動的描述也往往不同． [要點提煉] 1．參考系：在描述一個物體的運動時，用來做標準的其他物體叫參考系． 2．參考系對觀察結果的影響 (1)選取的參考系不同，對同一個物體運動的描述也往往不同． (2)運動和靜止的相對性：如果一個物體相對參考系位置不變，我們就說這個物體是靜止的；如果物體相對參考系的位置改變，我們就說這個物體是運動的．靜止是相對(填“相對”或“絕對”)的，而運動是絕對(填“相對”或“絕對”)的． 3．參考系的選取原則：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．如果題目不做特殊說明，都是選地面為參考系． 二、怎樣對物體進行簡化 [問題設計] 1．2013年田徑世錦賽男子100米飛人大戰(zhàn)，牙買加選手博爾特以9秒77逆轉摘金．教練員在研究博爾特的擺臂和步幅對速度的影響時，能否把他看成一個“點”？若研究博爾特百米比賽所用的時間時，能否把他看成一個“點”？ 答案　不能　能 2．在由北京開往廣州的列車上，小偉想研究火車的運行時間，能否把火車看成一個“點”？如果要研究火車通過一架鐵路橋的時間，能否把火車看成一個“點”？ 答案　能　不能 [要點提煉] 1．質點的特點 (1)質點是用來代替物體的有質量的點，它忽略了物體的大小和形狀等次要因素，而突出了物體具有質量這個主要因素．它與幾何中的“點”有本質區(qū)別． (2)質點是一種科學抽象，是一種理想化的物理模型，實際上不存在(填“存在”或“不存在”)． 2．物體可以看成質點的條件：(1)物體的大小和形狀對研究問題的影響可以忽略不計時；(2)物體上各點的運動情況完全相同． [延伸思考] 是不是很大的物體一定不能看做質點，而很小的物體一定可以看做質點？請舉例說明． 答案　不是．研究地球繞太陽的公轉時可以把地球看做質點，而研究乒乓球的發(fā)球(如旋轉問題)時不能把乒乓球看做質點． 三、位移與路程有什么不同 [問題設計] 1．中考結束后，爸爸帶小明從北京去深圳旅游．出發(fā)前，爸爸讓小明選擇出行方式，有三種方式可供選擇：一是乘長途汽車；二是坐高鐵；三是乘飛機．三種出行方式的路程是否相同？位置的變化是否相同？位移是否相同？ 答案　三種方式路程不同，但結果是一樣的，即都是從北京到深圳，初位置一樣，末位置一樣，即位置的變化一樣．位移相同． 2．分析下列兩種情況下的位移和路程，并說明：位移的大小總等于路程嗎？什么情況下相等？ (1)百米比賽中；(2)沿著400 m的跑道跑一圈． 答案　(1)百米比賽，從起點到終點的位移是100 m，路程是100 m. (2)沿著400 m的跑道跑一圈，位移是0，路程是400 m. 一般情況下，位移的大小不等于路程． 只有物體在一條直線上運動且運動方向不變時，位移的大小才等于路程． [要點提煉] 1．路程表示物體運動軌跡的長度，只有大小，沒有方向，是標量． 2．位移表示物體相對位置的變化，大小等于從初位置到末位置有向線段的長度．方向由初位置指向末位置． 3．同一運動過程的路程不小于位移的大小；在單向直線運動中，位移的大小等于路程． 四、用坐標表示位置和位移 [問題設計] 如圖1所示，一輛轎車從超市出發(fā)，向東行駛了300 m到達電影院，繼續(xù)向東行駛了150 m到達度假村，又向西行駛了950 m到達博物館，最后回到超市． 圖1 (1)以超市所在的位置為原點，以向東的方向為正方向，用1個單位長度表示100 m，請用直線坐標系表示出超市、電影院、度假村和博物館的位置； (2)求轎車從電影院經(jīng)度假村到博物館的位移與路程分別為多少？ 答案　(1)如圖所示 (2)轎車從電影院經(jīng)度假村到博物館的位移為s＝－500 m－300 m＝－800 m，負號表示其方向與規(guī)定的正方向相反，即方向向西． 其路程為L＝150 m＋450 m＋500 m＝1 100 m. [要點提煉] 1．物體做直線運動(一維運動)時，只需用一個坐標就可以確定物體的位置；位移可以用末位置的坐標(x)和初位置的坐標(x0)差來表示，即s＝x－x0. 2．當物體做平面運動，即二維運動時，需采用兩個坐標來確定它的位置；當物體做空間運動，即三維運動時，需要用三個坐標來確定它的位置． 五、時間和時刻有什么不同 [問題設計] 爸爸和小明乘坐的火車20∶30準時從北京西站出發(fā)，經(jīng)5小時23分于第二天1∶53到達山東菏澤站，停2分鐘后出發(fā)，于4∶26到達安徽阜陽站…… 這一段話中哪些是時刻，哪些是時間？ 答案　20∶30、1∶53、4∶26是時刻；5小時23分、2分鐘為時間． [要點提煉] 1．時刻：指某一瞬間．在時間軸上，時刻用點來表示． 2．時間：指某兩個時刻之間的間隔．在時間軸上，時間用線段來表示． [延伸思考] 如圖2所示，結合所給時間軸，請體會以下幾個表述指的是時刻還是時間：第2 s末，2 s末，2 s內(nèi)，第2 s內(nèi)． 圖2 答案　由題圖可知，“第2 s末”和“2 s末”都與時間軸上t＝2 s那一點相對應，所以指的是時刻；“2 s內(nèi)”是從計時開始到2 s末的時間，時間為2 s；“第2 s內(nèi)”是第1 s末或者說第2 s初到第2 s末的時間，時間為1 s(如圖所示)． 一、參考系與相對運動 例1　觀察圖3中的煙和小旗，關于甲、乙兩車相對于房子的運動情況，下列說法正確的是(　　) 圖3 A．甲、乙兩車一定向左運動 B．甲、乙兩車一定向右運動 C．甲車可能運動，乙車向右運動 D．甲車可能靜止，乙車向左運動 解析　題圖中房子相對于地面是靜止的，由煙囪冒出的煙向左飄，可知此時風向向左(相對于地面而言)．甲車上的小旗向左飄，則有三種可能的情況：一是甲車不動，風把小旗向左吹；二是甲車向右運動，風相對甲車向左，風把小旗向左吹；三是甲車向左運動但速度小于風速，因此風仍能把小旗向左吹．對于乙車，則只有乙車向左運動并且速度大于風速時，風才能把小旗向右吹．故只有選項D正確． 答案　D 二、對質點的理解 例2　(多選)下列說法中正確的是(　　) A．體操運動員在做單臂大回環(huán)時，該運動員可以看成質點 B．研究“嫦娥三號”的奔月路線時，“嫦娥三號”可以看成質點 C．研究地球的自轉時，可以把地球看成質點 D．選萬噸貨輪為研究對象，確定它在航行過程中某時刻的位置，萬噸貨輪可以看成質點 解析　體操運動員在做單臂大回環(huán)時，看的是運動員的動作是否標準，所以此時運動員的形狀不能忽略，不能看成質點，故A錯誤；奔月路線只需考慮“嫦娥三號”的位置，形狀和大小對所研究問題幾乎無影響，因此可視為質點，故B正確；研究地球的自轉時，地球是不能看成質點的，否則就沒有自轉可言了，故C錯誤；萬噸貨輪相對大海來說，是很小的，所以確定它在航行過程中某時刻的位置，萬噸貨輪可以看成質點，故D正確． 答案　BD 針對訓練1　下列關于質點的說法中，正確的是(　　) A．質點是一個理想化模型，實際上并不存在，所以引入這個概念沒有多大意義 B．體積很小的物體更容易看成質點 C．凡輕小的物體，皆可看成質點 D．當物體的形狀和大小對所研究的問題屬于無關或次要因素時，即可把物體看成質點 答案　D 解析　建立理想化模型是物理中重要的研究方法，對于復雜問題的研究有重大意義，A錯誤；一個物體能否看作質點不應看其大小，關鍵是看其大小對于所研究的問題的影響能否忽略，體積很小的物體有時可以看成質點，有時不能看成質點，B錯誤；一個物體能否看成質點不以輕重而論，C錯誤；物體能否看成質點取決于其大小和形狀對所研究的問題是否屬于無關或次要因素，若是就可以看成質點，D正確． 三、位移和路程的理解及計算 例3　某人向東行6 km，再向北行10 km，又向南行2 km，試計算他的路程和位移．(以初始位置為原點，畫出坐標圖加以說明) 解析　坐標圖如圖所示 路程為6 km＋10 km＋2 km＝18 km 位移是O指向C的有向線段， 大小為：s＝ km＝10 km 設OA與OC的夾角為θ， 則：sin θ＝＝，所以θ＝53 故方向為東偏北53. 答案　見解析 針對訓練2　關于位移與路程，下列說法中正確的是(　　) A．在某一段時間內(nèi)物體運動的位移為零，則該物體一定是靜止的 B．在某一段時間內(nèi)物體運動的路程為零，則該物體一定是靜止的 C．在直線運動中，物體的位移大小一定等于其路程 D．在曲線運動中，物體的位移大小可能大于其路程 答案　B 解析　物體從某位置出發(fā)，經(jīng)一段時間又返回到該位置，此過程位移為零，但它運動了，A錯．物體運動的路程為零，說明它未動，反之物體若靜止不動，它運動的路程一定為零，B對．只有在單向直線運動中，物體的位移大小才等于路程，C錯．曲線運動中，物體的位移大小一定小于路程，D錯． 四、時間和時刻的理解 例4　(多選)如圖4所示，關于時刻和時間間隔，下列說法中正確的是(　　) 中學作息時間表 項　目　　 起訖時間 起　床　 6∶30－6∶55 早　操　 6∶55－7∶15 早自習　 7∶15－7∶55 早　餐　 7∶55－8∶30 第一節(jié)　 8∶30－9∶15 第二節(jié)　 9∶25－10∶10 第三節(jié)　 10∶30－11∶15 圖4 A．時刻表示時間較短，時間間隔表示時間較長 B．時刻在時間軸上用點表示，時間間隔在時間軸上用線段表示 C．作息時間表上的數(shù)字表示時刻 D．1 min內(nèi)有60個時刻 答案　BC 解析　時間間隔在時間坐標軸上為一時間段，是一個過程量；時刻與點對應，是狀態(tài)量，所以時刻并不是表示的時間短，故A錯誤；時刻在時間軸上用點表示，時間間隔在時間軸上用線段表示，故B正確；作息時間表上的數(shù)字都是時刻，如起床6∶30是開始的時刻，故C正確；1分鐘可以分成很多時刻，并不是60個時刻，故D錯誤． 走近運動 1．(參考系與相對運動)如圖5所示，是體育攝影中“追拍法”的成功之作，攝影師眼中清晰的滑板運動員是靜止的，而模糊的背景是運動的，攝影師用自己的方法表達了運動的美．請問攝影師選擇的參考系是(　　) 圖5 A．大地 B．太陽 C．滑板運動員 D．步行的人 答案　C 解析　攝影師與運動員以相同的速度運動，并且以運動員為參考系拍攝，這樣背景上其他物體看起來就是“運動”的，因而模糊不清． 2．(對質點的理解)觀察圖6所示四幅圖，對圖中各運動物體的描述正確的是(　　) 圖6 A．圖①中研究投出的籃球運動路徑時不能將籃球看成質點 B．圖②中觀眾欣賞體操表演時不能將運動員看成質點 C．圖③中研究地球繞太陽公轉時不能將地球看成質點 D．圖④中研究子彈頭射穿蘋果的時間時可將子彈看成質點 答案　B 解析　在研究籃球的運動路徑和地球繞太陽公轉時，籃球和地球的大小是次要因素，可以將其看成質點，觀眾在欣賞體操表演和研究子彈射穿蘋果的時間時，運動員和子彈的大小、形狀不能被忽略，不能看成質點，綜上所述應選擇B. 3．(時刻和時間間隔)(多選)下列計時數(shù)據(jù)指時間的是(　　) A．《新聞聯(lián)播》每晚19點播出 B．太原開往北京的K962次列車于17時26分從太原東站發(fā)車 C．第六屆東亞運動會女子100米自由泳決賽中，中國選手唐奕以54秒66的成績奪得冠軍 D．“嫦娥三號”歷經(jīng)13天在月球表面虹灣區(qū)實現(xiàn)軟著陸 答案　CD 解析　每晚19點、17時26分都是指具體某一時刻，A、B錯誤；自由泳決賽成績54秒66、13天指的都是一段時間，C、D正確． 4．(位移和路程的計算)一個人晨練，按如圖7所示，走半徑為R的中國古代的八卦圖的路線，中央的S形部分是兩個直徑為R的半圓．BD、CA分別為西東、南北指向．他從A點出發(fā)沿曲線ABCOADC運動．求： 圖7 (1)他從A點第一次走到O點時的位移的大小和方向． (2)他從A點第一次走到D點時的位移和路程． 答案　(1)R　由北指向南 (2)位移大小為R，方向為東偏南45　πR 解析　(1)從A點第一次走到O點時的位移的大小等于線段AO的長度， 即s1＝R. 位移的方向為由北指向南． (2)從A點第一次走到D點時的位移的大小等于線段AD的長度， 即s2＝R. 位移的方向為東偏南45. 從A點第一次走到D點時的路程等于整個運動軌跡的長度， 即s＝2πR＋2πR＝πR. 題組一　參考系與相對運動 1．(多選)關于參考系的選取，下列說法中正確的是(　　) A．研究物體的運動，必須選定參考系 B．描述一個物體的運動情況時，參考系是可以任意選取的 C．研究地面上物體的運動時，常取地面或相對于地面靜止的其他物體做參考系 D．參考系必須選取地面或相對于地面靜止的其他物體 答案　ABC 解析　描述一個物體的運動情況時，參考系是可以任意選取的，但對于不同的參考系，物體的運動情況往往不同，實際選取參考系時，應本著便于觀測和使對運動的描述盡可能簡單的原則來進行． 2．如圖1所示，飛行員跳傘后飛機上的其他飛行員(甲)和地面上的人(乙)觀察跳傘飛行員的運動后，引發(fā)了對跳傘飛行員運動狀況的爭論，下列說法正確的是(　　) 圖1 A．甲、乙兩人的說法中必有一個是錯誤的 B．他們的爭論是由于選擇的參考系不同而引起的 C．研究物體運動時不一定要選擇參考系 D．參考系的選擇只能是相對于地面靜止的物體 答案　B 解析　甲、乙兩人的爭論是由于選擇的參考系不同而引起的，A錯，B對；研究物體的運動一定要選擇參考系，C錯；參考系的選擇具有任意性，D錯． 3．(多選)我們描述某個物體的運動時，總是相對一定的參考系而言的，下列說法正確的是(　　) A．我們說“太陽東升西落”，是以地球為參考系的 B．我們說“地球圍繞太陽轉”，是以地球為參考系的 C．我們說“同步衛(wèi)星在高空靜止不動”，是以太陽為參考系的 D．坐在火車上的乘客看到前方鐵路旁的樹木、電線桿向他飛奔而來，乘客是以火車或他自己為參考系的 答案　AD 解析　“太陽東升西落”是相對于我們居住的地球而言，是以地球為參考系的，所以A正確；“地球圍繞太陽轉”是以太陽為參考系的，所以B錯誤；“同步衛(wèi)星在高空靜止不動”是相對于地球而言的，是以地球為參考系的，所以C錯誤；火車上的乘客看到前方鐵路旁的樹木、電線桿向他飛奔而來，是以火車或他自己為參考系的，所以D正確． 題組二　質點的理解 4．2016年5月3日，在斯諾克世錦賽決賽中丁俊暉獲亞軍．下列關于臺球的說法中正確的有(　　) A．因為臺球比較小，所以一定可以把它看做質點 B．丁俊暉在擊球時可以把臺球看做質點 C．解說員在解說進球路線時可以把臺球看做質點 D．丁俊暉在分析進球路線時可以把臺球看做質點 答案　C 解析　物體能否看做質點，要看物體的大小和形狀在所研究的問題中起主要作用還是起次要作用，故A錯；丁俊暉在擊球時，需要考慮球的旋轉情況，因此不能把臺球看做質點，故B錯；解說員在解說進球路線時只需說明球的行進軌跡，因此可以把臺球看做質點，故C對；丁俊暉在分析進球路線時需要考慮球的旋轉情況對路線的影響，因此不可以把臺球看做質點，故D錯． 5．如圖2所示，下列幾種情況下的物體，哪些可將物體看成質點來處理(　　) 圖2 A．甲：研究正在吊起貨物的起重機的運動時 B．乙：研究正在旋轉的硬幣的運動時 C．丙：研究太空中衛(wèi)星的位置時 D．?。貉芯块T的開合運動時 答案　C 解析　A、B、D選項中的研究對象的大小、形狀忽略后，起重機、硬幣、門的開合運動將無法研究，故A、B、D選項中的研究對象不能被看成質點．C選項中衛(wèi)星的大小、形狀忽略后，對于確定衛(wèi)星的位置無影響，故C項中的衛(wèi)星可以被看成質點． 6．(多選)下列幾種奧運比賽項目中的研究對象可視為質點的是(　　) A．在撐桿跳高比賽中研究運動員手中的支撐桿在支撐地面過程中的轉動情況時 B．帆船比賽中確定帆船在大海中的位置時 C．跆拳道比賽中研究運動員的動作時 D．鉛球比賽中研究鉛球被擲出后在空中的飛行時間時 答案　BD 題組三　對時刻和時間的理解 7．(多選)以下的計時數(shù)據(jù)中指時間的是(　　) A．天津開往德州的625次列車于13點35分從天津發(fā)車 B．某人用15 s跑完100 m C．我們早上8：00開始上第一節(jié)課 D．列車到站時間晚點5分鐘 答案　BD 8．(多選)下列關于時間和時刻的說法正確的是(　　) A．時間是較長的一段時間，時刻是較短的一段時間 B．第2 s內(nèi)和前2 s內(nèi)指的是不相等的兩段時間 C．“北京時間12點整”指的是時刻 D．時光不能倒流，因此時間有方向 答案　BC 解析　時刻不是一段時間，故A錯；第2 s內(nèi)的時間是1 s，前2 s的時間是2 s，故B對；12點整是指時刻，故C對；時間是標量，故D錯． 9．下列關于時間和時刻的兩種說法意義相同的是(　　) A．第2 s末和第3 s初 B．前3 s內(nèi)和第3 s內(nèi) C．第3 s末和第2 s初 D．第1 s內(nèi)和第1 s末 答案　A 解析　同一時刻在時間軸上對應同一個點，所以僅A正確． 題組四　位移和路程，利用坐標系求位移 10．(多選)關于位移和路程，以下說法正確的是(　　) A．出租汽車按路程收費 B．出租汽車按位移的大小收費 C．在曲線運動中，同一運動過程的路程一定大于位移的大小 D．在直線運動中，位移就是路程 答案　AC 解析　出租汽車按路程收費，曲線運動路程一定大于初、末位置間線段的長度，所以曲線運動路程一定大于位移的大小，所以A、C正確，B錯誤．只有在單向直線運動中，位移的大小才等于路程，而位移是矢量，路程是標量，任何情況下位移都不能是路程，所以D錯誤． 11．某學校田徑運動場跑道示意圖如圖3所示，其中A點是所有跑步項目的終點，也是400 m、800 m賽跑的起跑點；B點是100 m賽跑的起跑點，在校運動會中，甲、乙、丙三個同學分別參加了100 m、400 m和800 m比賽，則(　　) 圖3 A．甲的位移最小 B．丙的位移最大 C．乙、丙的路程相等 D．丙的路程最大 答案　D 12．湖中O點有一觀察站，一小船從O點出發(fā)向東行駛4 km，又向北行駛3 km，則O點的觀察員對小船位置的報告最為精確的是(已知sin 37＝0.6，cos 37＝0.8)(　　) A．小船的位置變化了7 km B．小船向東北方向運動了7 km C．小船向東北方向運動了5 km D．小船的位置在東偏北37方向，5 km處 答案　D 解析　如果取O點為坐標原點向東，為x軸正方向，向北為y軸正方向，則小船的位置坐標為(4 km,3 km)，小船雖然運動了7 km，但在O點的觀察員看來，它離原點的距離是 km＝5 km，方向要用角度表示，sin θ＝＝0.6，因此θ＝37，如圖所示． 13．如圖4所示，某人沿半徑R＝50 m的圓形跑道跑步，從A點出發(fā)逆時針跑過圓周到達B點，試求由A到B的過程中，此人跑步的路程和位移．(π＝3.14，＝1.414) 圖4 答案　235.5 m　70.7 m，方向由A→B，與半徑AO的夾角為45 解析　此人運動的路程等于ACB所對應的弧長，即路程L＝2πR＝23.1450 m＝235.5 m 此人從A點運動到B點的位移大小等于由A指向B的有向線段的長度，即s＝R＝1.41450 m＝70.7 m，位移的方向由A→B，與半徑AO的夾角為45. 14．如圖5所示，某同學沿平直路面由A點出發(fā)前進了100 m到達斜坡底端的B點，又沿傾角為60的斜面前進了100 m 到達C點，求此同學的位移和路程．(結果保留三位有效數(shù)字) 圖5 答案　173 m，方向由A指向C　200 m 解析　畫出該同學的位移矢量圖如圖所示， 該同學的位移的大小為，方向由A指向C 由直角三角形知識可得， ＝cos 60＝100 m＝50 m ＝sin 60＝100 m＝50 m 所以＝ ＝ m＝100 m≈173 m，方向由A指向C，路程s＝＋＝200 m.