参考系和坐标系1精要.doc

运动的描述 同步导学 ● 质点 参考系和坐标系 理解领悟 要描述物体的运动，首先要对实际物体建立一个物理模型，最简单的是质点模型。由于运动的相对性，描写质点的运动时，必须明确所选择的参考系。为了准确地、定量地描述质点的运动，还要建立坐标系。质点、参考系和坐标系是描述物体运动的基础知识。本节知识是学习后面知识的基础，也是整个力学的基础。 基础级 为什么要引入“质点”这一概念？ 物体的运动通常是很复杂的。雄鹰拍打着翅膀在空中翱翔，它的身体在向前运动，但它的翅膀在向前运动的同时还在上下运动；足球在运动场上飞滚，它在向前运动的同时还在不断滚动；呼啸而过的火车，它的车身在向前运动，而车轮在向前运动的同时还在不断滚动，它的发动机和传动机构的运动就更为复杂；舞蹈演员的优美舞姿，令人眼花缭乱，叹为观止。显然，要详细而准确地描述这些物体的运动，是很困难的，并不是一件容易的事。 那么，问题出在哪里呢？原来，物体都有一定的大小和形状，而物体各部分的运动情况一般是不同的，这就导致了描述物体运动的复杂性。假如物体各部分的运动情况都相同，那么在我们研究物体的运动状态时，不就可以用一个“点”来代替它了吗？即使物体各部分的运动情况并不相同，但在某些情况下，我们需要了解物体各部分运动的区别吗？例如，研究地球绕太阳的公转，研究火车的整体运动，等等，我们并不需要了解物体各部分运动的区别。这时，物体的大小和形状并不重要，可以不予考虑，不也就可以用一个“点”来代替它了吗？ 可见，在某些情况下，我们可以把物体简化为一个有质量的点，从而引入“质点”这一概念。用来代替物体的有质量的点叫做质点，即质点是没有大小和形状，而具有物体全部质量的点。 什么样的物体可以看成质点？ 一个物体能否看成质点是相对的，是由问题的性质决定的，要视具体情况而定，不能绝对化。例如，在研究地球绕太阳的公转时，地球能够看成质点；但在研究地球的自转时，地球就不能看成质点了。 物体能否看成质点，与物体本身的大小没有必然的关系。很大的物体可能被看成质点，而很小的物体却不一定能够被看成质点。例如，上面提到的研究地球绕太阳的公转时，地球尽管很大，仍然能够看成质点；但在研究双原子分子的振动及转动时，小小的份子却就不能看成质点了。 一个物体能否被看成质点，一般情况下与物体做直线运动还是曲线运动没有关系，即物体做直线运动或曲线运动时，都可能被看成质点。例如，研究运动员在400m赛跑中的速度变化时，无论是在直道上还是在弯道上，都可以将运动员看成质点。 总之，在研究物体的运动时，若可以不考虑物体的大小和形状，就可以将物体看成质点。 建立物理模型是物理学研究问题的基本方法 事实上，严格意义上的有质量而无大小、形状的点是不存在的，质点的概念是科学抽象的产物。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”，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法。理想物理模型是运用理想化的思维方法得到的理想化的事物，建立理想化物理模型的过程是反映事物本质特性的过程。质点就是这种物理模型之一。 初中物理中接触到的光滑水平面，也是一种理想化的物理模型。你还能举出一些学过的理想化物理模型吗？ 什么是参考系？ 人站在地面上静止不动，但又跟着地球自转，跟着地球绕太阳公转，又是运动的。那么，站在地面上的人到底是静止的，还是运动的呢？看来，不选定某个其他物体做参考，还真说不清楚。在无风的雨天，雨滴是竖直落下的；而在骑车前进的人看来，雨滴则是斜向他打来的。雨滴究竟做什么样的运动？不选定某个其他物体做参考，也同样说不清楚。 因此，为了描述一个物体的运动，必须首先选定某个其他物体做参考，观察物体相对于这个“其他物体”的位置是否随时间变化，以及怎样变化。这种在研究物体的运动时用来做参考的物体，在初中物理中称为“参照物”，而在高中物理中则称为“参考系”。“参考系”是“参照物”的科学名称。 如何选择参考系？ 选择参考系是对运动进行描述和研究的前提。对于同一个运动过程，当观察者选择的参考系不同时，其对运动过程的描述可能是不同的，对运动描述的繁简程度也可能是不同的。例如，从匀速飞行的飞机上向地面空投物资，飞机上的人以飞机为参考系，看到投下的物体是沿直线竖直下落的；而地面上的人以地面为参考系，看到的物体是沿曲线下落的。 从运动学的角度看，参考系的选取原则上是任意的。当然，要比较不同物体的运动，必须选取同一个参考系。对一个具体的运动学问题，为了追求对问题描述的简洁性，我们应从方便出发，将简化对运动的描述作为选择参考系的一个基本原则（除非问题中对参考系有特别的要求）。 在研究地球上物体的运动时，一般情况下选取地球或相对地球静止的物体为参考系。若选取地球或相对地球静止的物体为参考系，一般不需加以说明；但若选取另外的物体为参考系，则应明确地