第一章 运动的描述
第1节 质点、参考系
[学习目标]
1.理解质点的概念，知道物体可看成质点的条件。
2.理解参考系的概念，知道运动具有相对性。
3.体会物理模型在探究自然规律中的作用。
【学习过程】
一、机械运动与质点
1.机械运动
一个物体相对于其他物体的位置变化，也就是物体的空间位置随时间的变化，是自然界中最简单、最直接的运动形态，称为机械运动，运动是绝对的，静止是相对的。
二、质点
1．定义：用来代替物体的有质量的点叫做质点．
2．物体简化为质点的条件：研究一个物体的运动时，如果物体的形状和大小对所研究问题的影响可以忽略不计时，就可以看做质点，反之，则不行。
2．对质点的理解
(1)对质点的三点说明
①质点是一种理想化模型，实际并不存在．
②物体能否被看作质点是由所研究问题的性质决定的，并非依据物体自身大小和形状来判断．体积大的物体有时也可看成质点，体积小的物体有时不能看成质点．
③质点不同于几何"点"，是忽略了物体的大小和形状的有质量的点，而几何中的"点"仅仅表示空间中的某一位置．质点并不是质量很小的点，它不同于几何图形中的"点"．
3．物体可被看作质点主要有三种情况：
(1)平动的物体通常可以看作质点。
(2)有转动但转动可以忽略不计时，可把物体看作质点。
(3)同一物体，有时可以看作质点，有时不能。当物体本身的大小对所研究问题的影响可以忽略不计时，可以把物体看作质点；反之，则不行。
4.理想化的物理模型的理解
(1)理想化模型是分析、解决物理问题常用的方法，它是对实际问题的科学抽象，可以使一些复杂的物理问题简单化。
物理学中理想化的模型有很多，例如轻绳、轻杆、轻弹簧、光滑平面(伽利略斜面实验等)、电场线、磁感线、点光源、光线、匀速直线运动等等，这些都是人们根据科学研究的特定目的，抓住主要因素，忽略次要因素，用物质形式或思维形式再现原型客体的某种基本特征，而在一定条件下进行的合理假设。
5.建立质点模型的两个关键点
(1)明确要研究的问题是什么．
(2)判断物体的大小和形状对所研究问题的影响能否忽略．
【典例精析】：
例1.(对质点的理解)在以下情况中可将所研究的物体看成质点的是( )
A．研究撬棒撬物体时用力大小与支点位置关系
B．研究"玉兔"号从"嫦娥"的怀抱中"走"出来，即两器分离过程中"玉兔"一连串技术含量极高的"慢动作"
C．研究"玉兔"号巡视器巡视月球时的运动轨迹
D．研究旋转的电扇扇叶所受阻力大小的影响因素
答案：C
解析：质点是指有质量而不考虑大小和形状的物体，它是我们为了研究问题的方便而引入的一种理想化模型．C情景中物体的大小和形状能忽略，因而可看成质点；支点位置影响撬棒用力大小，撬棒不可以看做质点；研究"嫦娥"、"玉兔"两器分离过程中的技术动作时，不能把"玉兔"看成质点；扇叶所受阻力与扇叶的形状、大小有关，不能看做质点．故选C.
【变式训练】关于质点，下列说法中正确的是( )
A．体积和质量极小的物体一定可以看做质点
B．研究汽车车轮上一个点的运动规律时，汽车可看做质点
C．欣赏花样滑冰表演者的精彩表演时，可以把表演者看做质点
D．研究运动员在1 500米长跑比赛中运动的快慢时，该运动员可看做质点
答案：D
解析：原子核体积和质量都很小，如研究原子核的内部结构时，原子核不能看做质点，A错误；研究汽车车轮上一个点的运动规律时，汽车看做质点的话，就看不到轮子上的点了，B错误；欣赏花样滑冰表演者的精彩表演时，需要研究表演者的动作，不能看做质点，C错误；研究运动员在1 500 米长跑比赛中运动的快慢时，运动员的形状和大小可以忽略，故能看做质点，D正确。
三．参考系
1.定义：在描述物体的运动时，用来做参考的物体。
2.参考系的选取原则：选参考系的原则是观测运动方便和描述运动尽可能简单。
参考系一般选取地面或相对地面静止的物体。
3.对参考系的理解：
(1)由于运动的相对性，凡是提到物体的运动，都应该明确它是相对哪个参考系而言的，在没有特殊说明的情况下，一般描述物体的运动是相对地面作为而言的
(2)对于同一物体，选取不同的物体作为参考系，对同一物体运动的描述可能会不同
(3)比较两物体的运动情况时，必须选同一参考系
4．三点注意
(1)在研究两个物体间的相对运动时，选择其中一个物体为参考系，可以使分析和计算更简单。
(2)参考系的选取是任意的，既可以是运动的物体，也可以是静止的物体，但被选为参考系的物体都假定它是静止的
(3)对于复杂运动的物体，应选取能最简单描述物体运动情况的物体为参考系．
【典例精析】：
例2．(参考系与相对运动)如图所示，
是体育摄影中"追拍法"的成功之作，摄影师眼中清晰的滑板运动员是静止的，而模糊的背景是运动的，摄影师用自己的方法表达了运动的美．请问摄影师选择的参考系是( )
A．大地 B．太阳
C．滑板运动员 D．步行的人
答案：C
解析：摄影师与运动员以相同的速度运动，并且以运动员为参考系拍摄，这样背景上其他物体看起来就是"运动"的，因而模糊不清．
【变式训练】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：选项A中描述"飞流"是以地面作为参考系的；选项B中描述"潮水"是以人本身为参考系的；选项C中描述"轻舟"是以"万重山"为参考系的；选项D中描述"国旗"是以旗杆或地面为参考系的。
【自我检测】：
1．(2019·成都月考)在不需要考虑物体本身大小和形状时，可以把物体简化为一个有质量的点，即质点，物理学中，把这种在原型的基础上，突出问题的主要方面，忽略次要因素，经过科学抽象而建立起来的客体称为( )
A．控制变量 B．等效替代
C．理想模型D．科学假说
答案：C
解析：突出主要方面，忽略次要因素，建立了理想化模型，C项正确。
2.(2019·江西抚州一模)在物理学中，突出问题的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，是经常采用的一种科学研究方法．质点就是这种物理模型之一．关于地球能否看做质点，下列说法正确的是( )
A．地球的质量太大，不能把地球看作质点
B．地球的体积太大，不能把地球看作质点
C．研究地球的自转时可以把地球看作质点
D．研究地球绕太阳公转时可以把地球看作质点
答案：D
解析：地球能否看成质点，关键要把地球放到所研究的问题空间中，看地球的大小和形状对所研究的问题是否产生影响．若不产生影响或产生的影响极小，则可以把地球看作质点，否则不能看作质点，故选项D正确．
3.（2019·哈师大附中模拟）在考察下列运动员的比赛成绩时，可将运动员看做质点的是( )
答案:A
解析：马拉松赛跑测量的是运动员跑完全程的时间，与运动员的形状和大小无关；跳水、击剑、体操比赛时，要看运动员的肢体动作，所以不能看成质点．
4．(多选)(2019·哈师大附中模拟)如图所示为正在航拍的四旋翼无人飞机，下列过程中不能将无人飞机看作质点的是( )
A．调节飞机旋翼的转速
B．调整飞机在空中的姿态
C．观察飞机在空中的位置
D．观察飞机在空中的运动轨迹
答案:AB
解析：调节飞机旋翼的转速时，飞机旋翼的大小和形状不能忽略不计，不能看作质点，A项正确；调整飞机在空中的姿态，飞机各部分运动不同，不可以将飞机看作质点，B项正确；观察飞机在空中的位置，飞机的大小和形状可忽略，C项错误；观察飞机在空中的运动轨迹时，飞机的大小和形状可以忽略，D项错误。
5．（多选）（2019·山东德州质检）为了提高枪械射击时的准确率，制造时会在枪膛内壁刻有螺旋形的槽。这样，当子弹在枪管中运动时，会按照旋转的方式前进。离开枪管后，子弹的高速旋转会降低空气密度、侧风等外部环境对子弹的影响，从而提高子弹飞行的稳定性。下列关于子弹运动的说法中正确的是( )
A．当研究子弹的旋转对子弹飞行的影响时可以把子弹看做质点
B．当研究子弹射击百米外的靶子所用的时间时可以把子弹看做质点
C．无论研究什么问题都可以把子弹看做质点
D．能否将子弹看做质点，取决于我们所研究的问题
答案：BD
解析：在研究子弹的旋转对飞行的影响时不能忽略子弹的大小和形状，因此不可以把子弹看做质点，选项A错误；研究子弹射击百米外的靶子所用的时间时，其大小和形状可忽略，可以把子弹看做质点，选项B正确；能否将子弹看做质点，取决于所研究的问题，只要其大小和形状对所研究问题的影响可以忽略，就可以看成质点，选项C错误、选项D正确
6．（2019年邯郸月考检测）如图是水平匀速飞行的飞机投掷炸弹瞬间的照片，不计空气阻力，下列判断正确的是( )
A．以飞机为参考系，炸弹的运动轨迹是曲线
B．以地面为参考系，炸弹的运动轨迹是直线
C．研究炸弹的运动轨迹时，可将它视为质点
D．研究炸弹的飞行姿态时，可将它视为质点
答案：C
解析：以飞机为参考系，炸弹落地前一直在飞机的正下方，运动轨迹为直线，选项A错误；以地面为参考系，炸弹在空中的运动轨迹为抛物线，选项B错误；研究炸弹的飞行轨迹，可以将其看做质点，选项C正确；若研究其飞行姿态等细节知识，则不能将其视做质点，选项D错误。
7．（多选）（2019年邢台联考）我们描述某个物体的运动时，总是相对一定的参考系而言的，下列说法正确的是( )
A．我们说"太阳东升西落"，是以地球为参考系的
B．我们说"地球围绕太阳转"，是以地球为参考系的
C．我们说"同步卫星在高空静止不动"，是以太阳为参考系的
D．坐在火车上的乘客看到铁路旁的树木、电线杆迎面向他飞奔而来，乘客是以火车或他自己为参考系的
答案：AD
解析 "太阳东升西落"是相对于我们居住的地球而言，是以地球为参考系的，所以A正确；"地球围绕太阳转"是以太阳为参考系的，所以B不正确；"同步卫星在高空静止不动"是相对于地球而言的，是以地球为参考系的，所以C不正确；火车上的乘客看到铁路旁的树木、电线杆迎面向他飞奔而来，是以火车或他自己为参考系的，所以D正确．
8．(多选)（2019年北京东城检测）甲、乙、丙三人到某超级商场去购物，他们分别在三个都正常运行的电梯上向上一层楼或向下一层楼运动，如图所示。关于他们运动的说法正确的是( )
A．乙相对丙静止，相对甲运动
B．乙相对甲静止，相对丙运动
C．甲与丙在竖直方向上是相对静止的
D．甲与丙在水平方向上是相对静止的
答案:BD
解析:由题图可知，甲正由二楼下到一楼，乙正由三楼下到二楼，丙则正由一楼上到二楼。由于电梯的正常运行的速率相等，电梯的倾角又相同，所以乙相对甲静止，相对丙运动；甲与丙在水平方向上是相对静止的，故B、D项正确。
9．（2019年石家庄期末）如图所示，
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．他们的争论是由于选择的参考系不同而引起的
C．研究物体运动时不一定要选择参考系
D．参考系的选择只能是相对于地面静止的物体
答案：B
解析：甲、乙两人的争论是由于选择的参考系不同而引起的，A错，B对；研究物体的运动一定要选择参考系，C错；参考系的选择具有任意性，D错．
10．（2019年山东济南联考）《西游记》中，常常有孙悟空"腾云驾雾"的镜头，即使在科技日新月异的今天通常也采用"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，同时加上烟雾效果；摄影师把人物动作和飘动的白云及下面的烟雾等一起摄入镜头。放映时，观众就感受到"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．飘动的白云 D．镜头
答案：C
解析："背景拍摄法"实际是利用了相对运动的原理，拍摄时"孙悟空"整体不动，而"白云"移动，放映时，观众以"白云"为参考系，认为其"静止"，就会感觉到"孙悟空"在"腾云驾雾"。故C正确。
11．(多选)（2019年河南四校联考）《中国诗词大会》第三季于2018年春节期间在央视一套、十套播出，备受广大观众喜欢，在中国大地掀起诗词热．在这些脍炙人口的诗词中包含着许多物理知识，下列说法正确的是( )
A．宋代诗人陈与义的诗句"飞花两岸照船红，百里榆堤半日风。卧看满天云不动，不知云与我俱东。"其中"云与我俱东"意思是说诗人和云都向东运动，诗人以两岸或两岸的红花、榆树为参考系
B．唐代诗人李白的诗句"朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还"，根据"千里江陵一日还"可估算出诗人李白的平均速度
C．辛弃疾描写月亮的诗句"飞镜无根谁系？姮娥不嫁谁留？"说明万有引力的存在
D．毛泽东诗句"坐地日行八万里，巡天遥看一千河"说明地球在自转
答案：ACD
解析：宋代诗人陈与义的诗句"卧看满天云不动，不知云与我俱东"中"云与我俱东"意思是说诗人和云都向东运动，根据诗的前两句我们可以推测出诗人是以两岸或两岸的红花、榆树为参考系的，选项A正确；由于李白诗中只给出了时间"一日"和路程"千里"，而没有给出白帝到江陵的位移，所以不能估算出诗人李白的平均速度，选项B错误；辛弃疾描写月亮的诗句"飞镜无根谁系？姮娥不嫁谁留？"诗句中的"飞镜"指月亮，月亮绕地球运动，说明万有引力的存在，选项C正确；毛泽东诗句"坐地日行八万里，巡天遥看一千河"，说明地面上的人随地球自转运动，可以看到日月星辰，这说明地球在自转，选项D正确．
12．（2019年唐山期末）太阳从东边升起，西边落下， 是地球上的自然现象，但在某些条件下，在纬度较高的地区上空飞行的飞机上，旅客可以看到"日头从西边出"的奇景．这些条件是( )
A．时间必须是在清晨，飞机正在由东向西飞行，飞机的速度必须较快
B．时间必须是在清晨，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度必须较快
C．时间必须是在傍晚，飞机正在由东向西飞行，飞行的速度必须较快
D．时间必须是在傍晚，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度不能太快
答案：C
解析：本题解题关键：①弄清地球上的晨昏线；②理解飞机顺着地球自转方向运动称为向东，逆着地球自转方向运动称为向西．如图标明了地球的自转方向．OaO′为晨线，OdO′为昏线(右半球上为白天，左半球上为夜晚)．若在纬度较高的a点(在晨线上)，飞机向东(如图中向右)飞行，旅客看到的太阳仍是从东方升起．设飞机飞行速度为v1，地球在该点的自转线速度为v2，在a点，飞机向西飞行时，若v1>v2，飞机处于地球上黑夜区域；v1<v2，旅客看到的太阳仍从东方升起．在同纬度的d点(在昏线上)，飞机向东(如图中向左)飞行，飞机处于地球上黑夜区域，旅客看不到太阳；飞机向西(如图中向右)飞行，若v1>v2，旅客可看到太阳从西边升起，若v1<v2，飞机在黑夜区域．因此，飞机必须在傍晚向西飞行，并且速度要足够快时才能看到"日头从西边出"的奇景．选项C正确．
,
