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高中物理必修一素養提升學案
第一章　運動的描述
1.1 質點　參考系
【課標解讀】
1．了解質點的含義。知道將物體抽象為質點的條件。
2．經歷質點模型的建構過程，初步體會建構物理模型的思維方式。
3．了解參考系的概念及其對描述物體運動的意義。結合實例，了解不同參考系中對同一運動的描述可能不同，體會運動的相對性和絕對性。
【物理科學素養】
【教材研習】
知識點 1　物體和質點
1．質點的定義：忽略物體的__大小__和__形狀__，把物體簡化為一個具有__質量__的點，這樣的點稱為質點。
2．把物體看作質點的條件：物體的__大小__和__形狀__對研究問題的影響可以忽略。
3．理想化模型：在物理學中，突出問題的__主要因素__，忽略__次要因素__，建立__理想化__的物理模型，是經常采用的一種科學研究方法。質點就是一種理想化模型，實際并不存在。
【溫馨提示】在高中物理中，我們主要研究那些能夠簡化為質點的物體的運動，所以常常不區分“物體”和“質點”兩個詞。
知識點 2　參考系
1．定義：在描述一個物體的運動時，首先要選定某個其他物體作為參考，這種用來作為__參考__的物體叫作參考系。
2．參考系的選取
(1)參考系的選取是__任意__的，但選取的參考系不同，結論往往__不同__，通常選__地面__為參考系。
(2)參考系既可以是__靜止__的物體，也可以是__運動__的物體。
【溫馨提示】：物體被選作參考系后，就認為該物體是靜止的。
【自主思考】
1. 判斷下列說法的正誤。（正確的打“√”，錯誤的打“×”）『判一判』
(1)自然界中沒有絕對靜止的物體。(√)
(2)很小的物體一定能看作質點，較大的物體有時也能看作質點。(×)
(3)質點是為了突出問題的主要因素，忽略次要因素而建立的理想化模型。(√)
(4)參考系必須選取地面或相對于地面靜止的其他物體。(×)
(5)選取的參考系不同，對同一個物體運動的描述也往往不同。(√)
(6)“坐地日行八萬里”所對應的參考系是地面。(×)
【答案】（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）×
2. 下列奧運會項目中記錄運動員比賽成績時，可將運動員視為質點的是(　D　)
解析：擊劍、蹦床、體操比賽時要注意運動員的肢體動作，不能將運動員看作質點；自行車比賽主要是看運動的快慢，運動員的大小和形狀可以忽略，能看作質點。本題應選D。
3. 在我國古典小說《鏡花緣》中有這樣一句話：“去年一陣大風，把我院內一口井忽然吹到籬笆外去。”為什么“井”會被“吹到籬笆外去”？
解析：一個物體的運動狀態的確定，關鍵取決于所選取的參考系。所選取的參考系不同，得到的結論也不相同。人之所以看到“井”會被“吹到籬笆外去”，說明說這句話的人是以籬笆為參考系的。
4. 近些年風靡全國的廣場舞是一項男女老少皆宜的運動項目，當我們盯住一個人的舞蹈動作進行模仿學習時能把舞蹈者簡化成一個點嗎？當我們在廣場上方觀察人們的隊形進行航拍時，能把舞蹈者簡化成一個點嗎？
【答案】不能　能
【解析】盯住一個人的舞蹈動作進行模仿學習時，重點是觀察動作，所以不能把舞蹈者簡化成一個點；當我們在廣場上方觀察人們的隊形進行航拍時，重點是舞動者的位置，所以能把舞蹈者簡化成一個點。
5.觀察下面的漫畫，圖中司機說乘車人“你沒動”，而路上的小女孩說他運動得“真快”。關于司機和小女孩對乘車人運動狀態的描述中，司機和小女孩得到了不同的結論，但仔細一想他們都是對的。試分析小女孩和司機各自說話的根據。
提示：對于路旁的小女孩，她們觀察乘客是以地面為參考系；而坐在車內的司機觀察乘客是以車為參考系，故得到了不同的結論。
【要點提煉】
1. 質點
1．理想化模型
(1)“理想化模型”是為了使研究的問題得以簡化或研究問題方便而進行的一種科學的抽象，實際并不存在。
(2)“理想化模型”是以研究目的為出發點，突出問題的主要因素，忽略次要因素而建立的“物理模型”。
(3)“理想化模型”是在一定程度和范圍內對客觀存在的復雜事物的一種近似反映，是物理學中經常采用的一種研究方法。
2．對質點的理解
(1)質點是用來代替物體的有質量的點，其突出的特點是“具有質量”，但是質點沒有大小、體積、形狀與幾何中的“點”有本質區別。
(2)質點是一種“理想化模型” 。
3．實際物體可看成質點的常見情況
特別提醒
物體能否被視為質點，不是取決于物體的大小，而是看物體的形狀和大小對研究問題的結果的影響是否可忽略。同一物體在不同的問題情景中有的可視為質點，有的則不能視為質點。
【典例剖析】
典題1　如圖所示，下列幾種情況下的物體，哪些可將物體當作質點來處理(　C　)
A．甲：研究正在吊起貨物的起重機的運動時
B．乙：研究正在旋轉的硬幣的運動時
C．丙：研究太空中宇宙飛船的位置時
D．丁：研究轉動的門的運動時
思路引導：→→
解析：A、B、D選項中的研究對象的大小、形狀忽略后，起重機、硬幣、門的運動將無法研究，故A、B、D選項中的研究對象不能被當作質點；C選項中宇宙飛船的大小、形狀忽略后，對于確定宇宙飛船的位置無影響，故C項中的宇宙飛船可以被當作質點。
思維升華：(1)質點要突出“具有質量”和“占有位置”的特點，質點沒有大小和形狀，它的質量就是它所代替的物體的質量。
(2)質點沒有大小和形狀，因而質點是不可能轉動的，任何轉動的物體在研究其自轉時都不可簡化為質點。
【針對訓練】
1．(2021·湖北省黃岡市麻城市實驗中學高一月考物理試題) 國慶閱兵中展示了“大國重器”東風41，電視直播的解說詞中這樣介紹東風41核導彈：“戰略制衡、戰略攝控、戰略決勝，東風41洲際戰略核導彈是我國戰略核力量的中流砥柱！”關于東風41導彈，下列說法中正確的是(　C　)
A．因為質點就是體積很小的點，所以導彈不可以被看成質點
B．判斷導彈方隊經過天安門廣場時隊列是否整齊，可以把導彈看成質點
C．研究導彈在空中遠距離飛行的軌跡時可以把導彈看成質點
D．研究導彈在發射架上發射的運動時間時可以把導彈看成質點
解析：物體能否可看作質點，關鍵是看它的大小形狀對所研究的問題能否忽略不計沒有影響，故體積很小的點不一定能看作質點；在研究導彈的運動軌跡時可以把導彈看成質點，選項A錯誤；判斷導彈方隊經過天安門廣場時隊列是否整齊，導彈的大小不能忽略，不可以把導彈看成質點，選項B錯誤；研究導彈在空中遠距離飛行的軌跡時導彈的大小可以忽略，可以把導彈看成質點，選項C正確；研究導彈在發射架上發射的運動時間時導彈的大小不能忽略，不可以把導彈看成質點，選項D錯誤。
【知識點探究】?
參考系
情境導入_
觀察下面的漫畫，圖中司機說乘車人“你沒動”，而路上的小女孩說他運動得“真快”。關于司機和小女孩對乘車人運動狀態的描述中，司機和小女孩得到了不同的結論，但仔細一想他們都是對的。試分析小女孩和司機各自說話的根據。
提示：對于路旁的小女孩，她們觀察乘客是以地面為參考系；而坐在車內的司機觀察乘客是以車為參考系，故得到了不同的結論。
【要點提煉】
1．選擇參考系的意義：要描述一個物體的運動，必須首先選好參考系。只有選定參考系后，才能研究物體做怎樣的運動。
2．選擇參考系的原則：(1)選取參考系一般應根據研究對象和研究對象所在的系統來決定。
(2)參考系的選取可以是任意的。在實際問題中，參考系的選取應以觀測方便和使運動的描述盡可能簡單為基本原則。
(3)在比較不同物體的運動時，應選擇同一參考系。
3．參考系的四個特性：
相對性 用來做參考系的物體都是假定不動的，被研究的物體是運動的還是靜止的，都是相對于參考系而言的。
任意性 參考系的選擇具有任意性，但應以觀測方便和使運動的描述盡可能簡單為原則。
同一性 比較不同物體的運動時，應該選擇同一參考系。
差異性 同一運動選擇不同的參考系，觀察結果可能不同。
特別提醒
(1)分析具體的問題時，選擇合適的物體作為參考系，可使問題變得簡單。
(2)解題過程中，如果選地面作為參考系可以不指明，但選其他物體作為參考系時必須指明。
【典例剖析】
典題2
觀察圖中屋頂的炊煙和小紅頭發的飄動方向，可知風與小紅的運動情況，其中正確的是(　B　)
A．風是向左吹的，小紅向左運動的速度比風的小
B．風是向左吹的，小紅向左運動的速度比風的大
C．風是向右吹的，小紅是向左運動的
D．風是向左吹的，小紅是向右運動的
思路引導：→→→
解析：選地面為參考系，由屋頂的炊煙方向可知風向左吹。因為小紅的頭發向右飄，所以小紅一定向左運動且速度比風速大，故選項B正確。
思維升華：對于觀察到運動現象，判斷觀察者觀察時所選取的參考系，有兩種方法：
(1)靜物法：明確觀察到的現象中，什么物體是運動的，什么物體是靜止的，靜止的物體可能就是參考系。
(2)假設法：假設以某物體為參考系，看對所研究物體運動的描述是否與觀察到的結果一致。若一致，該物體可能就是參考系。
【針對訓練】
2．(2020·杭州高一期中)“空手把鋤頭，步行騎水牛，人從橋上過，橋流水不流。”是《中國詩詞大會》某期節目里選用的古詩，從物理學的角度看，其中“橋流水不流”所選擇的參考系是(　A　)
A．水　　 B．牛　　
C．橋　　 D．人
解析：“橋流水不流”可以理解為“橋動水不動”，意思就是說橋在運動，水在靜止。這是以水為參照物觀察到的現象，故選A。
核心素養提升
考點一　物體和質點
1．(2022·長安一中高一期中)關于質點的概念，下列說法正確的是(　　)
A．旋轉的物體，肯定不能看成質點
B．只要物體運動得不是很快，就一定可以把物體看成質點
C．只有質量很小的物體才可以看成質點
D．質點是把物體抽象成有質量而沒有大小的點
答案　D
解析　質點是把物體抽象成有質量而沒有大小的點，當物體的大小和形狀對于所研究的問題可以忽略時，物體就可以看成質點，故A、B、C錯誤，D正確。
2．(2023·萍鄉市湘東區高一期中)2022年9月30日12時44分，我國空間站在400公里的高空上演了一場驚心動魄的“太空泊車”，將23噸的“問天”實驗艙從節點艙的前向對接口緩慢平移至相差90°的側向對接口，并再次對接鎖緊。“問天”實驗艙照片如圖所示，下列情況中空間站一定可以視為質點的是(　　)
A．航天員在艙內做實驗時
B．估算空間站繞地球一周所用時間時
C．空間站閃避太空垃圾時
D．空間站“太空泊車”對接時
答案　B
解析　航天員在艙內做實驗時，不能忽略空間站的形狀和大小，不能看作質點，故A錯誤；估算空間站繞地球一周所用時間時，可以忽略空間站的形狀和大小，可以看作質點，故B正確；空間站閃避太空垃圾時，不能忽略空間站的形狀和大小，不能看作質點，故C錯誤；空間站“太空泊車”對接時，不能忽略空間站的形狀和大小，不能看作質點，故D錯誤。
3．(2022·深圳市新安中學高一期中)2022年北京冬奧會中國隊以9金4銀2銅的好成績圓滿收官！中國隊用他們的拼搏和汗水帶給大家一次次難忘的回憶。下列關于冬奧比賽項目的說法正確的是(　　)
A．研究甲圖中冰球運動員擊球動作時，運動員可以看成質點
B．研究乙圖中大跳臺運動員空中轉體動作時，運動員可視為質點
C．研究丙圖中15公里越野滑雪運動員比賽成績時，運動員可視為質點
D．研究丁圖中花樣滑冰運動員的動作時，運動員可視為質點
答案　C
解析　研究題圖甲中冰球運動員擊球動作時，不能忽略運動員的形狀和大小，因此運動員不可以看成質點，故A錯誤；研究題圖乙中大跳臺運動員空中轉體動作時，不能忽略運動員的形狀和大小，因此運動員不可以看成質點，故B錯誤；研究題圖丙中15公里越野滑雪運動員比賽成績時，可以忽略運動員的形狀和大小，因此運動員可以看成質點，故C正確；研究題圖丁中花樣滑冰運動員的動作時，不能忽略運動員的形狀和大小，因此運動員不可以看成質點，故D錯誤。
4．(2022·高郵市高一期中)以下關于質點的說法正確的是(　　)
A．裁判員為正在參加吊環比賽的運動員評分時，可以把運動員看成質點
B．研究“天問一號”著陸巡視器登陸火星的姿態時，不能把“天問一號”看成質點
C．一山路轉彎處較狹窄，司機判斷汽車是否能安全通過，可以把汽車看成一個質點
D．研究自行車的運動時，因為車輪在轉動，所以無論什么情況下，自行車都不能被看成質點
答案　B
解析　裁判員為正在參加吊環比賽的運動員評分時，不可以把運動員看成質點，否則就沒有運動員的動作可言了，A錯誤；研究“天問一號”著陸巡視器登陸火星的姿態時，其大小和形狀都不能忽略，不能把“天問一號”看成質點，B正確；一山路轉彎處較狹窄，司機判斷汽車是否能安全通過，汽車的大小不能忽略，不可以把汽車看成質點，C錯誤；當研究自行車騎行幾百米甚至幾千米的時間時，自行車就可以看成質點，D錯誤。
考點二　參考系
5.中國是掌握空中加油技術的少數國家之一，如圖是我國自行研制的第三代戰斗機“殲－10”在空中加油的情景，以哪個物體為參考系，可以認為加油機是運動的(　　)
A．“殲－10”戰斗機
B．地面上的房屋
C．加油機中的飛行員
D．“殲－10”戰斗機中的飛行員
答案　B
解析　加油機相對于“殲－10”戰斗機位置不變，以“殲－10”戰斗機為參考系，加油機是靜止的，故A錯誤；加油機相對于地面上的房屋位置不斷變化，以地面上的房屋為參考系，加油機是運動的，故B正確；加油機相對于加油機中的飛行員位置不變，以加油機中的飛行員為參考系，加油機是靜止的，故C錯誤；以“殲－10”戰斗機中的飛行員為參考系，加油機相對于“殲－10”戰斗機中的飛行員位置不變，加油機是靜止的，故D錯誤。
6.(2023·浙江1月選考)“神舟十五號”飛船和空間站“天和”核心艙成功對接后，在軌運行如圖所示，則(　　)
A．選地球為參考系，“天和”是靜止的
B．選地球為參考系，“神舟十五號”是靜止的
C．選“天和”為參考系，“神舟十五號”是靜止的
D．選“神舟十五號”為參考系，“天和”是運動的
答案　C
解析　“神舟十五號”飛船和空間站“天和”核心艙成功對接后，在軌繞地球運動，選地球為參考系，二者都是運動的，A、B錯誤；“神舟十五號”飛船和空間站“天和”核心艙成功對接后，二者相對靜止，C正確，D錯誤。
7．(2023·江門二中月考)每天早上校園里都響起瑯瑯的讀書聲，同學們通過誦讀經典，盡享經典之美，感受詩詞之趣，從古人的智慧和情懷中汲取營養，涵養心靈。下列說法不正確的是(　　)
A．“兩岸青山相對出，孤帆一片日邊來”中“青山相對出”選擇的參考系是孤帆
B．“明月松間照，清泉石上流”中“清泉石上流” 選擇的參考系是石頭
C．“一江春水向東流”是以水為參考系來描述水的運動的
D．“飛花兩岸照船紅”是以船為參考系描述花的運動的
答案　C
解析　“青山相對出”選擇的參考系是孤帆，A正確；“清泉石上流”選擇的參考系是石頭，B正確；“一江春水向東流”是以河岸為參考系來描述水的運動的，C錯誤；“飛花兩岸照船紅”是以船為參考系描述花的運動的，D正確。
【能力綜合練】
8.(2022·廣州市越秀區高一期末)如圖所示是特技跳傘運動員的空中造型圖。當運動員保持該造型向下落時，其中一名運動員A俯視大地，看到大地迎面而來。下列說法正確的是(　　)
A．若運動員A以對面的運動員為參考系，他是運動的
B．若運動員A以旁邊的運動員為參考系，地面是靜止的
C．當運動員A俯視大地時，看到大地迎面而來，是以大地為參考系的
D．以大地為參考系，運動員是運動的
答案　D
解析　若運動員A以對面的運動員為參考系，他是靜止的，以旁邊的運動員為參考系，地面是運動的，故A、B錯誤；當運動員A俯視大地時，看到大地迎面而來，是以他自己為參考系，故C錯誤；以大地為參考系，運動員是運動的，故D正確。
9．雙人同步跳水，是競技跳水項目之一。比賽時，兩名運動員要同時從跳板或跳臺上起跳、同時完成動作、同時入水。在東京奧運會跳水項目女子雙人3米板比賽中，兩名中國選手奪冠，她們配合完美默契，動作如同“復制粘貼”。下列說法正確的是(　　)
A．教練為了研究兩人的技術動作，可將這兩人看成質點
B．兩人在下落過程中，感覺水面是靜止的
C．一名運動員感覺另外一名運動員是靜止的
D．觀眾觀看兩人比賽時，可將兩人看成質點
答案　C
解析　研究兩人的技術動作時，兩人的形狀和大小不能忽略，不能看成質點，A錯誤；兩人在下落過程中，以兩人為參考系，水面在上升，B錯誤；以該名運動員為參考系，另外一名運動員處于靜止狀態，C正確；觀眾觀看兩人比賽時，觀看的是兩人的動作，不能將兩人看成質點，D錯誤。
10.在電視連續劇《西游記》中，常常有“孫悟空”在“騰云駕霧”的鏡頭，如圖所示，這通常是采用“背景拍攝法”，讓“孫悟空”站在平臺上，做著飛行的動作，在他的背后展現出藍天和急速飄動的白云，攝影師把人物動作和飄動的白云等一起攝入鏡頭，放映時，觀眾就感覺到“孫悟空”在“騰云駕霧”。這時，觀眾所選的參考系是(　　)
A．“孫悟空” B．平臺
C．急速飄動的白云 D．觀眾自身
答案　C
11．(多選)(2022·成都七中高一期末)如圖所示，甲、乙、丙3人乘不同的熱氣球，甲看到樓房勻速上升，乙看到甲勻速上升，甲看到丙勻速上升，丙看到乙勻速下降，那么，從地面上看甲、乙、丙的運動可能是(　　)
A．甲、乙勻速下降，且v乙>v甲，丙停在空中
B．甲、乙勻速下降，且v乙>v甲，丙勻速上升
C．甲、乙勻速下降，且v乙>v甲，丙勻速下降，且v丙>v甲
D．甲、乙勻速下降，且v乙>v甲，丙勻速下降，且v丙答案　ABD
解析　甲看到樓房勻速上升，說明甲相對于地面勻速下降，乙看到甲勻速上升，說明乙勻速下降，而且v乙>v甲 ，甲看到丙勻速上升，丙看到乙勻速下降，丙可能停在空中，也可能勻速上升，丙還可能勻速下降，且v丙【尖子生選練】
12．(2022·孝感市高一期中)一只蜂鳥和汽車在平直公路上以相同的速度并列運動。如果這只蜂鳥的眼睛盯著汽車車輪邊緣上某一點，那么它看到的這一點的運動軌跡是四幅圖中的(　　)
答案　C
解析　汽車與蜂鳥相對靜止，車輪邊緣上某點的運動軌跡是圓，故蜂鳥看到的這一點的運動軌跡也為圓，故選C。
13．(2023·邵東市第四中學高一期中)在地理課上同學們發現在某些條件下，在緯度較高地區上空飛行的飛機上，旅客可以看到太陽從東邊落下的奇妙現象，這些現象條件是(　　)
A．時間必須是在清晨，飛機正在由東向西飛行，飛機的速度必須較大
B．時間必須是在清晨，飛機正在由西向東飛行，飛機的速度必須較大
C．時間必須是在傍晚，飛機正在由東向西飛行，飛機的速度必須較大
D．時間必須是在傍晚，飛機正在由西向東飛行，飛機的速度必須較大
答案　A
解析　由于地球自西向東旋轉，故我們正常情況看到太陽從東邊升起，西邊落下。如果時間在清晨，飛機向東飛行，飛機相對于太陽向東運動，乘客看到太陽仍從東邊升起；若向西邊飛行，且速度大于此緯度地球自轉速度，就會看到太陽從東邊落下，故A正確，B錯誤；如果時間在傍晚，飛機自東向西飛行的速度大于此緯度地球的自轉速度，乘客看到太陽從西邊升起；若飛機正在由西向東飛行，則乘客看到太陽從西邊落下，
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