质点、参考系和坐标系ppt

第一章第一章 运动的描述运动的描述在我们周围可以看到各种各样的运动：雄鹰在飞翔雄鹰在飞翔 火箭飞向太空火箭飞向太空 地球在转动地球在转动一切物体都在运动着一切物体都在运动着运动是绝对的运动是绝对的 物体的空间位置随时间的变化，物体的空间位置随时间的变化，叫叫机械运动机械运动，它是自然界最简单，它是自然界最简单最基本的运动形式。最基本的运动形式。人类的认知规律谁运动？（谁运动？（谁运动？（谁运动？（研究对象研究对象研究对象研究对象）运动运动由浅入深由浅入深由表及里由表及里 怎样运动？（怎样运动？（怎样运动？（怎样运动？（描述：描述：描述：描述：文字、物理量、图像文字、物理量、图像文字、物理量、图像文字、物理量、图像）为何会运动？为何会运动？为何会运动？为何会运动？（因果分析因果分析因果分析因果分析）问题：该如何描述物体的运动呢？问题：该如何描述物体的运动呢？诗人用“气势磅礴”的词语描述大河中的水流，用“矫捷如燕”来描述运动员轻盈的舞姿，画家用汽车后面的线条来表示风来描述车辆的飞驰。科学家呢科学家呢？1 质点质点 参考系和坐标系参考系和坐标系你能准确描述下列物体的运动吗？小汽车的运动小汽车的运动试一试试一试抛出的木棒在空中的运动抛出的木棒在空中的运动在描述上述物体运动时，我们遇在描述上述物体运动时，我们遇到了哪些困难和麻烦，这个困难和麻到了哪些困难和麻烦，这个困难和麻烦是由于什么原因造成的？烦是由于什么原因造成的？想一想难道我们真的无法准确描述物体的运动吗？难道我们真的无法准确描述物体的运动吗？车箱的颤动车箱的颤动车箱的颤动车箱的颤动我们考虑吗我们考虑吗我们考虑吗我们考虑吗？我们是否要考我们是否要考我们是否要考我们是否要考虑飞机本身大虑飞机本身大虑飞机本身大虑飞机本身大小形状？小形状？小形状？小形状？我们已经很自然的我们已经很自然的忽略忽略某些次要因素（如某些次要因素（如形状、大小），形状、大小），只关心只关心主要的方面。主要的方面。例：飞机以某速度从南京飞向北京例：飞机以某速度从南京飞向北京,火车在南京与上海之间的运行火车在南京与上海之间的运行1 质点（mass point）（2）质点是一个理想化的质点是一个理想化的“物理模型物理模型”矛盾的主矛盾的主矛盾的主矛盾的主次方面次方面次方面次方面（1）某些情况下，将物体简化为一个某些情况下，将物体简化为一个 有质量有质量的点的点-质点质点忽略次要因素：形状、大小等忽略次要因素：形状、大小等突出主要因素：具有质量（本质属性突出主要因素：具有质量（本质属性)想一想1 质点（质点（mass point）物体都可以看作质点吗？物体都可以看作质点吗？可不可以这样说：大物体可不可以这样说：大物体不能当作质点，小物体才能当不能当作质点，小物体才能当作质点？作质点？想一想1 质点（质点（mass point）原子，分子R=1.5108kmD=1.3104km（3）物体能否看作质点是物体能否看作质点是有条件的有条件的 物体的大小和形状在研究的问题中可物体的大小和形状在研究的问题中可以忽略不计以忽略不计1 质点（质点（mass point）介绍理想化方法：介绍理想化方法：我们在研究物理现象时，可以对问题进行简化，我们在研究物理现象时，可以对问题进行简化，也可以撇开无关因素及次要因素，这种方法叫理想也可以撇开无关因素及次要因素，这种方法叫理想化方法。化方法。质质 点点忽略了大小和形状忽略了大小和形状轻绳、轻杆轻绳、轻杆忽略了绳、杆的质量忽略了绳、杆的质量光滑平面光滑平面忽略了摩擦力忽略了摩擦力1 质点（质点（mass point）1 1、物体上各点的运动情况相同时，可以、物体上各点的运动情况相同时，可以看作质点，一般看作质点，一般研究物体的转动研究物体的转动时不能把时不能把物体看作质点。物体看作质点。2 2、物体虽有转动，但物体的转动不是我、物体虽有转动，但物体的转动不是我们所研究的主要问题时，物体的本身大小们所研究的主要问题时，物体的本身大小和形状已变成了次要因素，物体可以看作和形状已变成了次要因素，物体可以看作质点。质点。归纳归纳1 质点（质点（mass point）3 3、物体能否看作质点，取决于它的形状和大小、物体能否看作质点，取决于它的形状和大小在所研究的问题中是否可以忽略不计，而跟物体在所研究的问题中是否可以忽略不计，而跟物体自身体积的大小，质量的多少和运动速度的大小自身体积的大小，质量的多少和运动速度的大小无关。无关。4 4、一个物体能否看作质点取决于所研究问题的、一个物体能否看作质点取决于所研究问题的性质，即使同一个物体在研究问题不同时，有的性质，即使同一个物体在研究问题不同时，有的情况下可以看作质点，而有的情况下不可以看作情况下可以看作质点，而有的情况下不可以看作质点。质点。归纳归纳1 质点（质点（mass point）观察观察如何解释小孩的如何解释小孩的静止？静止？想一想物体的运动是相对的物体的运动是相对的运动的相对性运动的相对性 描述运动要寻找参考物体描述运动要寻找参考物体2 参考系参考系（reference frame）为描述物体的运动而选为描述物体的运动而选用来做参考的另外物体用来做参考的另外物体称为参考系。称为参考系。参考系假定不动参考系假定不动观察观察思考：同样的物体，运思考：同样的物体，运动为何会不同？动为何会不同？2 参考系参考系（reference frame）（1 1）标准性：被研究物体是静还是动都是相）标准性：被研究物体是静还是动都是相对于参考系而言的。对于参考系而言的。（2 2）任意性：选择的任意性参考系的选取可）任意性：选择的任意性参考系的选取可以是任意的，实际解题应以观测方便和使物体以是任意的，实际解题应以观测方便和使物体的运动尽可能简单为原则，通常选地面为参考的运动尽可能简单为原则，通常选地面为参考系。系。（3 3）差异性：同一物体对于不同的参考系，）差异性：同一物体对于不同的参考系，运动可能不同运动可能不同（4 4）统一性：比较两个物体的运动情况，必）统一性：比较两个物体的运动情况，必须选择同一个参考系才有意义。须选择同一个参考系才有意义。我们所说的我们所说的“日出东方，夕阳西下日出东方，夕阳西下”是以是以 .作为参考系的，作为参考系的，“小小竹排江中游，小小竹排江中游，巍巍青山两岸走巍巍青山两岸走”第一句以第一句以 为参为参考系，第二句是以考系，第二句是以 为参考系。为参考系。做一做做一做地球地球岸边岸边竹排竹排 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。诗境中的相对运动诗境中的相对运动 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。诗境中的相对运动诗境中的相对运动 诗中描述了什么物诗中描述了什么物诗中描述了什么物诗中描述了什么物体的运动？它是以什么体的运动？它是以什么体的运动？它是以什么体的运动？它是以什么物体为参考系的？物体为参考系的？物体为参考系的？物体为参考系的？你对诗人关于你对诗人关于你对诗人关于你对诗人关于“榆榆榆榆堤堤堤堤”、“云云云云”、“我我我我”的运动与静止的说法有的运动与静止的说法有的运动与静止的说法有的运动与静止的说法有没有不同的认识？没有不同的认识？没有不同的认识？没有不同的认识？如何确定物体的位置？若物体只在一条直线上运动，如何描述位置及位置变化？若在某平面（操场）上呢？文字描述方便吗？能精确吗？有没有简便又准确的方法？区分：区分：定性定性与与定量定量3 坐标系坐标系（coordinate system）为了定量地描述物体的位置及位置的变化，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。需要在参考系上建立适当的坐标系。1 1、坐标系建立的作用、坐标系建立的作用2 2、坐标系的构成要素：、坐标系的构成要素：原点、正方向、标度、物理量、单位原点、正方向、标度、物理量、单位说一说说一说 对于在平面上运动的物体，例如冰场上的花样滑冰运动对于在平面上运动的物体，例如冰场上的花样滑冰运动员，要描述他们的位置，你认为应该怎样建立坐标系？员，要描述他们的位置，你认为应该怎样建立坐标系？二维二维(直角直角)坐标系坐标系坐标系坐标系x/mx/my/my/mx/mz/m坐标系r卫星卫星法线法线切线切线运动质点运动质点n自然坐标系自然坐标系由运动曲线上任由运动曲线上任一点的法线和切一点的法线和切线组成线组成科学漫步科学漫步 全球卫星定位系统全球卫星定位系统（GPS）手持式手持式GPS定位器定位器生活中的物理生活中的物理全球卫星定位系统（全球卫星定位系统（GPS）车载车载GPS定位系统定位系统GPS系统包括三大部分：系统包括三大部分：（1）GPS卫星（空间部分）卫星（空间部分）（2）地面支撑系统（地面监控部分）地面支撑系统（地面监控部分）（3）GPS接收机（用户部分接收机（用户部分1质点质点 参考系和坐标系参考系和坐标系 定位仪中所示位置课堂小结课堂小结1.1.机机械械运运动动：物物体体相相对对于于其其他他物物体体的的位位置变化叫置变化叫机械运动，简称运动。机械运动，简称运动。2.2.参考系：描述物体运动时参考系：描述物体运动时,用来作参考用来作参考的的(假定为静止假定为静止)另外的物体。另外的物体。课堂小结课堂小结3.3.质质点点：用用来来代代替替物物体体的的有有质质量量的的点点。(关关键键是是要要弄弄清清什什么么时时候候可可以以看看作作质质点点!)4.4.坐标系坐标系:为了定量地描述物体的位置及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位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系。坐标系。生活中的物理生活中的物理GPSGPS：全球定位系统：全球定位系统 (授时与测距导航系统授时与测距导航系统-全球定位系统全球定位系统)全球定位系统是美国从全球定位系统是美国从2020世纪世纪7070年代开始研年代开始研制，历时制，历时2020年，耗资年，耗资200200亿美元，于亿美元，于19941994年全面建年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。在美国在美国,GPS,GPS全球卫星定位技术与全球卫星定位技术与“阿波罗阿波罗”飞船登月、航天飞机升空，同列为飞船登月、航天飞机升空，同列为2020世纪世纪“三大三大航天工程航天工程”。