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质点、参考系、坐标系和单位制
物理学
质点、参考系、坐标系和单位制
1.1质点
当物体的大小和形状在所研究的问题中的作用可以忽略不计时，可把物体的全部质量放在其重心上，将其当作一个具有一定质量、而没有大小和形状的几何点来处理。这个几何点称为质点，它是力学中非常重要的理想模型之一。
把物体当作质点是有条件的，一般来说，（1）平动的物体可当作质点，因为平动时，物体上各点具有相同的运动轨道和运动状态，只要研究其中一点的运动情况，就能代表整个物体；（2）当物体运动的观察范围比物体的几何尺寸大得多时，可把物体当作质点，因为此时物体的大小和形状均可忽略不计。
但应注意，同一物体在不同条件下，有时可视为质点，有时不能视为质点。例如，研究地球绕太阳公转时，由于地球至太阳的平均距离远远大于地球半径，故此时可把地球当作质点；但当研究地球自转时，就不能把地球当作质点了。
在物理学中，把物体当作质点进行研究，可使所研究的问题大大简化，这在理论和实践中都具有非常重要的意义。而当所研究的运动物体不能当作质点时，可把整个物体看作是由许多质点组成的。这样，以对质点运动的研究为基础，就可以研究任意物体的运动了。
1.2参考系
我们在观察一个物体的位置及位置变化时，总要选取其他物体作为标准。这个被选作标准的物体称为参考系。
参考系的选择是任意的，选择不同的参考系，对同一物体运动情况的描述是不同的，这称为运动描述的相对性。例如，竖直落下的雨滴，站在地面上的观察者看到雨滴竖直落下，而在行驶的车中，乘客却看到雨滴向后倾斜。
研究物体的运动时，一般要根据问题的性质和研究的方便性来选择参考系。例如，研究地面上物体的运动时，通常选取地面作为参考系；研究地球等行星绕太阳的运动时，一般选取太阳为参考系。在本书中，讨论地面及其附近的物体运动时，如无特别说明，都以地面为参考系。
1.3坐标系
选定参考系后，为了定量地描述物体的运动状态，还需要在参考系中建立一个坐标系。最常用的坐标系有直角坐标系、平面极坐标系和平面自然坐标系。
1．直角坐标系
如右图所示，在参考系中任选一点O为坐标原点，并选定Ox、Oy、Oz三个互相垂直的轴为坐标轴，单位矢量i、j、k的方向分别沿坐标轴Ox、Oy、Oz的正方向。质点的位置由x、y、z三个坐标量唯一确定。
2．平面极坐标系
如左图所示，在平面上取一点O为极点，从点O出发的一根射线Ox为极轴。对于平面上任意一点A，线段OA的长度ρ称为点A的极径或矢径；从Ox到OA的角度θ称为点A的极角；（ρ，θ）称为点A的极坐标。
3．平面自然坐标系
如右图所示，平面自然坐标系是沿质点的运动轨道建立的坐标系，在质点运动轨道上任取一点O作为坐标原点，质点在任意时刻的位置都可以用它到点O的轨道长度s（即自然坐标）来表示。
1.4单位制
基本单位和导出单位组成一套单位制。由于基本单位的选取不同，组成的单位制也就不同。
1960年国际计量大会通过了国际单位制（SI）。由于国际单位制具有先进、实用、简单、科学等优点，故已被世界各国及国际组织广泛采用。下表所示为国际单位制的基本单位。
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