高中物理双基学法系列第一讲质点参考系和坐标系.pdf

1 第一章 运动的描述第 1 节 质点 参考系和坐标系基础学点一 运动 机械运动1、运动总论运动是物质的存在形式和根本属性， 运动和物质不可分割 物质的运动是绝对的、永恒的，包括宇宙中发生的一切变化和过程；运动不可创造，不可消灭，只能由一种形式转化为另一种形式运动的基本形式有机械的、物理的、化学的、生物的、 社会的 各种运动形式都有自己特殊的规律 力学研究的主要运动就是机械运动2、机械运动（ 1） 定义： 物体的空间位置随时间的而发生的变化， 称为机械运动， 简称运动 2）特点：机械运动是自然界中最简单、最基本的运动形式在物理学里，一个物体相对于另一个物体的位置， 或者一个物体的某些部分相对于其他部分的位置随着时间而变化的过程 3) 研究的对象和内容：物体位置的变化、物体位置为什么变化以及如何变化3、机械运动的四种基本运动形式：平动、转动、振动、波动 1）平动：又称“平移” ，物体上任意两点间的连线在运动过程中始终保持平行的运动 平动物体上各点的运动情况 ( 如速度、 加速度等 ) 完全相同 平动物体的运动轨迹为直线或曲线 2）转动：物体绕着一点或者一轴旋转的运动物体上的各部分运动的轨迹是圆周。

3）振动：物体 ( 或物体的一部分 ) 在平衡位置（物体静止时的位置）附近作的往复运动 4）波动：波动是一种常见的物质运动形式例如绳上的波、空气中的声波、水面波等，这些波都是机械振动在弹性介质中的传播，称为机械波基础学点二 物体 物质 体积 质量 质点1、物体 . 物体是具有宏观形状、宏观体积或宏观质量的物质它占有一定的空间，由物质构成的东西2 2、体积几何体占有空间部分的大小通常取棱长为单位长度的正方体的体积作为体积单位，度量几何体所得的量数就是几何体的体积3、物质哲学上指不依赖意识而可以为意识所反映的客观实在对一切可感知物的共同属性的概括物质在空间上是无限的，在时间上是永恒的，既不能被创造，也不会被消灭物质的各种具体形态和构造则在不断地变化和发展4、质量量度物体所含物质多少的物理量， 也是物体惯性大小的量度 国际单位制的七个基本量之一，单位是千克5、质点（ 1）质点的概念：忽略了物体的体积大小，只保留质量的点质点是用来代替物体的有质量的点，因而其突出的特点是“具有质量”和“占有质量” 但却没有体积——即没有大小 2）质点简化的原则①物体上所有点的运动情况都相同， 即物体作平动时， 就可以把它看作一个质点。

②物体的大小和形状对研究问题的影响很小，可以把它看作一个质点③转动的物体，只要不研究其转动且符合第②条，也可看成质点④任何转动的物体，在研究其自转时，均不能简化成质点⑤问题涉及的空间尺度远大于物体自身的大小时， 物体自身的大小刻忽略不计时，就可以把某物体看成质点基础学点三 参照物（参考物） 参考系（参照系）1、参照系（参考系）的定义机械运动是物体位置在空间中的变动， 是自然界中最基本的运动形式； 但是任何物体的位置及其变动只有相对于现实选定的物体或彼此无相对运动的物体群才有明确的意义，这种被选作运动依据的物体或物体群称为参照系2、参考系的意义（ 1）有了参考系，才能确定物体的位置（ 2）选定了参考系后，才能确定物体的运动3 （ 3）参考系不同，这对同一物体的运动得出结论也不同 4）要比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系若选择不同的参考系研究两个物体的运动，没有意义3、运动和静止的相对性（ 1）运动和静止的相对性 : 自然界中一切物体都在运动，因为地球本身在自转，所以绝对静止的物体是不存在的 通常所描述的物体的运动或静止都是相对于某一个参照物而言的 同一个物体是运动还是静止， 取决于所选的参照物， 这就是运动和静止的相对性。

2) 相对静止的条件：两个物体向同一方向，以同样的快慢前进3) 运动：运动是宇宙中的普遍现象从广义来讲，宇宙中的一切物体都是运动的，没有绝对静止的物体；从狭义来说，运动是指机械运动4) 静止：一个物体相对于另一个物体的位置没有改变，我们就说它是静止的静止都是相对运动而言的，不存在绝对静止的物体5) 判断机械运动的方法：机械运动是宇宙中的普遍现象，一切物体都在运动，绝对静止的物体是不存在的 判断物体是否做机械运动的依据就是看这个物体相对于另一物体有没有位置变化 如果有， 我们就说这个物体相对于另一物体在做机械运动4、参考系选取的原则(1 ） 参考系的选取一般由研究对象所在的系统决定； 研究地面上的物体的运动时，常选取地面或者与地面固连的物体作参考系2 ） 参考系的选取从理论上可以是任意选取， 但在实际中， 参考系的选取应以研究问题的方便、对运动的描述尽可能简单为基本原则5、参考系四个性质标准性参考系是所研究系统的参考物， 系统中的运动情况都是相对于参考系而言的相对性用来做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任意性参考系的选取具有任意性， 但应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为原则。

4 同一性 比较不同物体的运动时，应该选择同一参考系差异性 同一运动选择不同的参考系，观察结果可能不同基础学点四 坐标系1、坐标系的定义参考系选定后， 为了定量地标定物体相对于参考系的位置， 还必须在参考系上建立适当的坐标系 所谓坐标系就是固定在参考空间的一组坐标轴和用来确定物体位置的一组坐标，是参考系的数学抽象2、坐标系的建立常用的坐标系有：直线坐标系、平面直角坐标系、空间直角坐标系；（ 1）直线坐标系：如果物体沿直线运动，即做一维运动，可以以该直线为轴，以直线上的某一点为原点，规定单位长度和正方向，这样就建立了直线坐标系 2）平面直角坐标系：研究物体在一平面内运动时需建立平面坐标系，即此时可用两个相互垂直的坐标确定物体的位置 3）空间直角坐标系：当物体在空间内运动时，需要用三个维度来确定它的位置，即建立三维坐标系3、建立坐标系的意义（ 1）物体做机械运动时，其位置会随时间发生变化，为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系 2）物体的位置可认为时质点在某时刻所在的空间的一点4、引入坐标系的目的为了定量研究物体的运动情况， 必须在参考系上建立坐标系， 这样才能应用数学工具来研究运动。

5、坐标系的理解（ 1）坐标原点表示假定不动的参考系，相对于参考系静止 2）坐标点表示质点的位置，正号表示该质点在坐标原点正方向一侧，负号表5 示该质点在坐标原点负方向一侧 3）坐标的变化描述质点位置不同 4）物体运动完全由参考系选择确定，与坐标系的选取无关；坐标系的不同，只是描述运动的变量不同而已，对应的物体的运动状态相同 5）要解决一个具体力学问题，首先要建立坐标系，建立了坐标系，才能从数量上和方向上确定物体相对于参考系的位置、速度和加速度基本技能学点一对质点的理解①质点的基本属性： 质点是用来代表物体的有质量的点， 只占位置而不占有空间，具有被代替物体的全部质量而几何中的“点”仅仅表示空间中的某个位置②质点是对实际物体的抽象， 因而它是一个具有质量而又没有体积 （大小） 的抽象的点，是一种理想化模型，实际上并不存在③虽然质点实际不存在， 但实际问题中不少物体又可以看作是质点 一个物体可否视为质点， 这要根据具体情况分析 只有当物体的形状和大小在所研究的问题中处于次要地位时，才可以把物体当作质点④由于质点没有体积， 因而质点是不可能转动的 所以， 质点是没有转动可言的⑤同一物体， 有时可以看成质点， 有时就不能， 关键是看物体形状和大小在研究的问题中是不是可以被忽略， 即物体能不能简化成质点不是由物体的质量的多少、体积的大小来决定的。

⑥不能说 “平动的物体就一定能够看作质点， 转动的物体就一定不能看成质点 ”关键是看物体形状和大小在研究的问题中是不是可以被忽略基本技能学点二 参照物（参考物） 参考系（参照系）的区别参照物是一个物体且该物体视为一个点时， 该物体不能构成一个参考系 但是多个参照物组成物体系可以构成参考系 参照物如果是较大的物体且不能视为点时，此时它确定了一个空间且空间能延伸， 此时物体可以构成参考系， 以下举例说明如果我们研究路上汽车的运动， 我们取路边静止的一个路标 （或一棵树等） 为参照物，它可以视为一个位置，一个点，一般叫参照物，不叫参考系什么时候叫参考系呢？如果我们取路边的一排树为参照物， 即物体系， 一般叫参考系 同理，我们取地面为参照系也是因为路的长度确定了一个空间 参照物如果比较大， 有一空间，如列车和汽车等，研究车内物体的运动，一般取车为参照物，它们是一6 个物体，所以叫参照物其实，在本质上，是车上相对静止的物体系为参照，物体系构成了一个框架， 即构建了一个空间 此时参照物和参考系是相同的 参考系是确定的一个空间， 它与参照物相联系， 但在绝对时空观中， 它有时脱离参照物而独立存在，主要表现在根据需要建立一个独立的参考系。

从运动学角度看， 参考系可以任意选取， 所有的参考系都是平权的， 选用参考系时只考虑分析解决问题是否简便 从动力学看参考系区分为惯性参考系和非惯性参考系两类， 牛顿定律等动力学规律只对惯性参考系成立， 对不同的非惯性参考系要应用牛顿定律需引入相应的惯性力修正质点的机械运动表现为质点的位置随时间变化 质点的位置是相对于一定的参考系说的， 参考系是指选来作为研究物体运动依据的一个三维的、 不变形的物体 （刚体） 或一组物体为参考体， 在参考体上选取不共面的三条相交线作为标架， 再加上与参考体固连的时钟 即参考系包括参考体、 标架和时钟， 习惯上我们把参考体简称为参考系 为了定量地描述物体的运动， 我们在参考系上还要建立坐标系，直角坐标和极坐标是最常用的两种坐标形式基本技能学点三 常见的参考系1、以地面为参考系2、惯性参考系：即物体在不受外力时保持静止或匀速直线运动状态，这样的参考系称为惯性参考系，简称惯性系；如果物体一加速度运动则成为非惯性系3、以与其直接接触的物体为参照系在研究静摩擦力和滑动摩擦力时要直接选取与研究物体相接处的另一个物体作为参考系； 另外， 在求解因摩擦而产生的热量时，也要选取与研究对象直接接触的物体作为参考系。

4、以中心天体的中心为参考系在天体力学中，三大宇宙速度都是相对于中心天体而言的5、以天体的自转轴为参考系研究天体表面的物体的运功时，需要考虑到天体的自转时， 我们是以天体的自转轴为参考系， 如研究地球表面重力加速度随纬度的变化时，就是以地轴为参考系的基本技能学点四 物理思想和方法——理想化模型 科学抽象1、理想模型理想化方法是一种科学抽象， 是研究物理学的重要方法， 它根据所研究问题 （一7 般都是十分复杂， 涉及诸多因素） 的需要和具体情况， 确定研究对象的主要因素和次要因素，保留主要因素，忽略次要因素，排除无关干扰，从而简明扼要地揭示事物的本质 这是一种重要的科学方法， 也是物理学中常用和科学分析方法2、科学抽象科学抽象是理性思维方法的一种形式 所谓抽象就是人仍对获得的感性材料和感性经验，运用理性思维进行一番老粗取梢、去伪存真、由此及彼、由表及里的改造制作工夫，去掉事物非本质的、表面的、偶然的东西，抽取出事物本质的、内在的、必然的东西，揭示客观对象的本质和规律简单地说，抽象就是透过现象抽取本质的思维过程 在科学研究中， 对观察和实验中获得的感性材料进行科学的抽象，是一种必不可少的研究方法。