第一章 运动的描述
第一节 质点 参考系和坐标系
运动的认识 机械运动：简称“运动”．指物体与物体间或是物体的一部分和另部分间相对位置随时间发生改变的过程，是最基本、最简单、最普遍的运动形式． 机械运动是空间位置随时间变化的体现．这里涉及到空间和时间的问题． 一、物体和质点
详细描述物体的运动有什么困难? 足球 向前 球体 滚动 雄鹰 向前 翅膀 上下发现描述物体运动不容易，我们需要了解物体各部分运动的区别吗?问：可以将问题简化吗？为什么？
质点：用来代替物体的有质量的点．根据所研究问题的性质和需要，抓住问题中的主要因素，忽略次要因素，建立一种理想化的模型，使复杂问题得到简化，这是一种重要的科学研究方法．
例1、(1)地球是一个庞然大物，直径约为12 800km，与太阳相距1．5Xl08 km．研究地球绕太阳的公转时，能不能把它看成质点?研究地面上各处季节变化时，能不能把它看成质点?
答案：若研究地球绕太阳公转时，由于地球本身的大小比地球到太阳的距离小得多，则可以把地球看作质点；但若研究地面上各处季节变化时，则不能把其看作质点． (2)撑杆跳高是一项非常刺激的体育运动项目，一般来说可以把撑杆跳运动分为如下几个阶段：助跑、撑杆起跳、越过横杆．讨论并思考后回答，在下列几种情况下运动员能否被看作质点，从中体会质点模型的建立过程．
(1)教练员针对训练录像纠正运动员的错误时，能否将运动员看成质点? (2)分析运动员的助跑速度时，能否将其看成质点?
(3)测量其所跳高度(判断其是否打破纪录)时，能否将其看成质点?
答案：(1)不能，纠正错误动作时不能忽略运动员的姿势及动作，也就是说不能
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忽略运动员的形状和大小．(2)能，分析助跑速度时，可以忽略运动员的姿势及动作．(3)能．
(3)物理中的“质点”跟几何中的点有什么相同和不同之处?
答案：相同之处为：都是没有形状和大小的点．不同之处为：质点是实际物体的抽象，它具有一定的物理内涵，不仅具有物体的全部质量，而且是一个相对的概念；几何学中的点没有质量，仅表示一个位置，而且应该是“绝对得小”． 对质点小结：1．质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型．
2．质点是对实际物体的近似，这也是物理学中常用的一种重要的研究方法． 3．一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研究问题中是否可以忽略不计，而跟自身体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关．
4．一个物体能否被看作质点，取决于所研究问题的性质．即使是同个物体，在研究的问题不同时，有的情况下可以看作质点，而有的情况可能不可以看作质点. 例2、亲自做一做、试一试，书本在下列情景中能否被看成质点．
1．沿一个方向推动桌面上的书本，如果测量书本移动的距离，是否可以将书本视为质点，为什么?
答案：沿同一个方向移动书本时，书本各部分的运动情况完全相同，可以将它视为质点．
2．如果测定书本经过桌面上方某一定点所需要的时间，是否可以将书本视为质点，为什么?
答案：相对桌面上方的某一定点来说，书本本身的长度(或宽度)不能忽略，并对经过该定点位置所需要的时间起决定作用，所以这种情况下不能将书视为质点。 将物体看作质点的条件：
(1)平动的物体可以看作质点，一般研究物体的转动时不能把物体看作质点． (2)物体有转动，但物体的转动不是我们所要研究的主要问题时，物体本身的形
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状和大小已变成了次要因素．
(3)物体本身的大小对所研究的问题不能忽略时，不能把物体看作质点，如研究火车过桥的时间时就不能把火车看作质点．
例3、1．下列关于质点的说法中，正确的是（ C ）
A．体积很小的物体都可看成质点 B．质量很小的物体都可看成质点
C.不论物体的质量多大，只要物体的尺寸跟物体间距相比甚小时，就可以看成质点 D．只有低速运动的物体才可看成质点，高速运动的物体不可看作质点
解：一个实际物体能否看成质点，跟它体积的绝对大小、质量的多少以及运动速度的高低无关，决定于物体的尺寸与物体间距相比的相对大小．例如，地球可称得上是个庞然大物，其直径约为1．28X107m，质量达到6X1024kg，在太空中绕太阳运动的速度每秒几百米．由于其直径与地球离太阳的距离(约1．5X1011m)相比甚小，因此在研究地球的公转运动时，完全可以忽略地球的形状、大小及地球自身的运动，把它看成一个质点．
2．在以下的哪些情况中可将物体看成质点?
(1)研究某学生骑车回校的速度．(2)对这位学生骑车姿势进行生理学分析． (3)研究火星探测器从地球到火星的飞行轨迹．
(4)研究火星探测器降落火星后如何探测火星的表面．答案：(1)(3)
解：根据质点的定义，研究学生骑车回校的速度只是讨论学生与学校之间的位置随时间的变化关系，无须讨论学生的骑车动作和自行车的行驶方法原理，故可把其看成质点．对学生的骑车姿势进行分析时，学生的身躯和四肢就构成研究的对象，故不能把学生看成质点．火星探测器的大小相对地球与火星的距离在尺寸上完全可以忽略不计，故可把其看成质点．当火星探测器在火星表面探测火星，则探测器的动作直接影响探测的效果，所以，此时火星探测器不能看成质点． 3．下列情形中的物体可以看作质点的是（ C ）
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A.跳水冠军郭晶晶在跳水比赛中
B.一枚硬币用力上抛，猜测它落地时是正面朝上还是反面朝上 C.奥运会冠军邢慧娜在万米长跑中 D．花样滑冰运动员在比赛中
解：在跳水比赛中，人们要观察跳水运动员的优美动作，包括空中的和入水时的动作，所以不能看作质点，故A错．硬币是正面朝上还是反面朝上，与硬币的形状有密切关系，所以不能看作质点，故B错．邢慧娜在万米长跑中是可以看成质点的，因为在长跑中主要看她所用的时间，不考虑本身的形状和大小，所以可以看成质点，故C正确．花样滑冰运动员在比赛中主要是观察滑冰的动作，即“花样”，所以不能看作质点，故D错． 二、参考系
参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个选来作标准的参照物称为参考系．
例1、（1）电影《闪闪的红星》中有两句歌词：“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”这其中分别描述了两种运动情景，那么它们分别是以什么为参考系的? 答案：河岸竹排．
（2）“月亮在莲花般的云朵里穿行．” 答案：云朵
（3）坐在美丽的校园内学习毛泽东的诗句“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”时，我们感觉是静止不动的．这与诗句里的描述是否矛盾?说明理由．
答案：地心、地面．这种说法不矛盾，是参考系的选择不同．人随地球一起围绕地轴自转，而地球赤道周长大约是s＝4．0X104 krn，即大约为八万里．
（4）敦煌曲子词中有这样的诗句：“满眼风波多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行．”其中“看山恰似走来迎”和“是船行”所选的参考系分别是什么? 答案： 这两种现象是由于选取的参考系不同造成的．第一种现象是以人为参考系，人看到远处的山向人靠近；第二种现象是以地面为参考系，山是静止的，船在行驶．
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例2、下述物理过程中选择什么为参考系较恰当?
（1）从地球表面向火星发射火星探测器的过程中，若要研究探测器的运动情况，各应选择什么为参考系? 答案：前者为地球，后者为火箭．
（2）从水平匀速航行的飞机上向受灾的地区空投救灾物资．在不考虑空气阻力的情况下，飞机上的人以飞机作参考系，他看到投下的物体是沿什么路线下落的?地面上的人以地面作参考系，观察被投下的物体又是沿着什么路线下落的?
答案：前者为竖直直线，后者为曲线(抛物线)．
（3）第一次世界大战期间的一次空战中，一个法国飞行员正在2 000米高的空中飞行，忽然，他发现脸旁好像有一个小东西在飞舞，他以为是一只小昆虫，于是就伸手轻松地把它抓了过来，仔细一看，把他吓出一身冷汗来．他抓住的不是别的，是德国飞机射向他的一颗子弹。请根据上述信息讨论回答以下问题，并注意体会参考系的选取与运动的相对性．
(1)子弹飞得那么快(一般为几百米每秒)，为什么没有把他的手打穿?体会一下，同一物体相对于不同的参考系运动状态相同吗?
答案：因同一物体相对于不同的参考系有不同的运动状态，相对于发射子弹的枪而言，子弹的初速度虽然为几百米每秒，但相对于其他以不同方向和速度运动着的物体，其运动速度就会有明显不同．当子弹和飞机的速度大小方向相同，则子弹相对于飞机静止，即出现上述情况．
(2)受类似现象的启发，人们实现了飞机在飞行途中进行空中加油，在航天飞行中，宇宙飞船发射到太空和正在绕地球运动的空间站实行空中对接．实现“空中加油”和“空中对接”应满足的基本条件是什么?
答案：除了飞行员具有高超的飞行技术外，相对于同一参考系时两个“物体”的速度要相同，即二者相对速度为零，处于相对静止状态即可完成．
（1）1997年6月10日，在我国西昌卫星发射中心用“长征一号”运载火箭成功
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