学年高中物理新教材鲁科版必修第一册学案第1章第1节空间和时间.docx
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学年高中物理新教材鲁科版必修第一册学案第1章第1节空间和时间
第1节 空间和时间
学习目标:
1.[物理观念]知道运动的多样性,初步形成参考系、坐标系及时间的概念. 2.[科学思维]理解时间和时刻的区别,并能用时间数轴来描述物体运动过程中的时刻和时间. 3.[科学探究]学会从常见的生活实际现象中体验不同参考系中物体的运动是相对的. 4.[科学态度与责任]通过对参考系及时间的学习,体验物理知识、规律与现实生活的联系.
一、机械运动
1.机械运动:
一个物体相对其他物体的位置随时间的变化,简称运动,是物质运动的一种基本形式.
2.参考系
(1)定义:
用来描述物体运动的参照物.
(2)选取原则:
参考系的选取是任意的,一般以地面为参考系.
注意:
同一物体的运动,选择的参考系不同,观察的结果可能不同.要比较两个物体的运动情况,必须选择同一参考系.
二、空间位置的描述
1.位置的确定:
研究物体的运动,首先应该描述物体的空间位置.在物理学中,通常需要借助数学方法,通过建立坐标系来描述物体的位置.
2.坐标系的选取:
如果物体做直线运动,物体的空间位置可以用一维坐标系描述;如果物体在平面内做曲线运动,其位置可以采用二维直角坐标系来描述.
三、时间的描述
1.时刻是指某一瞬时,时间是指两个时刻之间的间隔,通常都用t表示.
2.在表示时间的轴上,时刻用点来表示,时间用线段来表示.
3.在国际单位制中,表示时间和时刻的单位是秒,它的符号是s.
1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)车轮的转动不是机械运动.(×)
(2)任何物体都可以被选作参考系.(√)
(3)只有静止的物体才能被选作参考系.(×)
(4)第5s内和前5s内指的是不相等的两段时间间隔.(√)
2.明代诗人曾写下这样一首诗:
“空手把锄头,步行骑水牛;人在桥上走,桥流水不流.”其中“桥流水不流”中的“桥流”应理解成其选择的参考系是( )
A.水B.桥
C.人D.河岸
A [“水不流”是以水为参考系,而桥相对于水是运动的,故A正确.]
3.下列说法中指时间间隔的是( )
A.学校每天21:
40准时熄灯
B.早晨由临海开往杭州的第一班车,在06:
20发车
C.高考理科综合的考试时间为150分钟
D.中央电视台的《朝闻天下》节目在6点开播
C [选项A、B、D中的21:
40、06:
20和6点均指时刻,选项C中的150分钟指时间间隔,故选项C正确.]
机械运动 参考系
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”中,“看山恰似走来迎”所选参考系是什么?
“是船行”所选参考系又是什么?
提示:
船,山.
1.选取参考系的必要性
只有选取了参考系,物体的运动才具有实际意义,也就是说,只有选择了参考系,物体的运动才具有唯一性,物体的运动规律才能唯一确定.
2.参考系选取的三原则
(1)任意:
参考系的选取是任意的,任何物体都可以被选作参考系.
(2)方便:
参考系的选取应该遵循方便性原则和简单性原则,也就是说,无论将哪一个物体选作参考系,应该使问题的研究更方便、更简单,杜绝使问题复杂化的情况.
(3)实用:
一般选取地面为参考系.
【例1】 如图所示是某型号战斗机在空中加油的情形,以下列的哪个物体为参考系,可以认为加油机是运动的( )
A.战斗机
B.地面上的房屋
C.加油机中的飞行员
D.战斗机里的飞行员
思路点拨:
相对于参考系位置变化的物体是运动的,位置不变的物体是静止的;本题研究的是加油机的运动情况,关键看它相对所选参考系的位置是否变化.
B [加油机相对于战斗机位置不变,以战斗机为参考系,加油机是静止的,A错误;加油机相对于地面上的房屋位置不断变化,以地面上的房屋为参考系,加油机是运动的,B正确;加油机相对于加油机中的飞行员位置不变,以加油机中的飞行员为参考系,加油机是静止的,C错误;加油机相对于战斗机里的飞行员位置不变,以战斗机里的飞行员为参考系,加油机是静止的,D错误.]
物体运动情况的判断方法
(1)确定研究对象.
(2)根据题意确定合适的参考系.
(3)分析被研究物体相对于所选参考系的位置变化情况.
[跟进训练]
1.(多选)甲、乙、丙三架观光电梯,甲中乘客看一高楼在向下运动,乙中乘客看甲在向下运动,丙中乘客看甲、乙都在向上运动,这三架电梯相对地面的运动情况可能是( )
A.甲向上、乙向下、丙不动
B.甲向上、乙向上、丙不动
C.甲向上、乙向上、丙向下
D.甲向上、乙向上、丙也向上,但比甲、乙都慢
BCD [先自己画出情景示意图,借助图景分析理解.电梯中的乘客看其他物体时,以自己所乘的电梯为参考系,甲中乘客看高楼向下运动,说明甲相对于地面一定在向上运动,同理,乙看到甲在向下运动,说明乙相对地面也向上运动,且运动得比甲更快.丙电梯无论是静止,还是在向下运动,或者以比甲、乙都慢的速度在向上运动,丙中乘客看见甲、乙两电梯都会感到甲、乙是在向上运动的.]
空间位置的描述
甲图是某运动员正在百米赛道上自南向北全力奔跑,乙图是冰场上的花样滑冰运动员,丙图是空中的飞机.
甲 乙 丙
探究:
为了准确的描述三者的位置,分别建立怎样的坐标系合适?
提示:
甲图:
一维坐标系.
乙图:
二维坐标系.
丙图:
三维坐标系.
1.建立坐标系的两条原则
(1)坐标原点应建立在参考系上.
(2)对坐标方向的选取要使对物体运动规律的描述尽量简便.
2.坐标系的种类
(1)一维坐标系:
如果物体沿直线运动,以这条直线为x轴,在直线上规定原点、正方向和标度,建立一维坐标系,如图甲所示.
(2)二维坐标系:
当物体在某一平面内做曲线运动时,需要用两个相互垂直的坐标确定它的位置,即二维坐标系(平面坐标),如图乙所示.
(3)三维坐标系:
当物体在空间内运动时,如踢出的足球在空中运动,需要采用三个坐标确定它的位置,即三维坐标系(空间坐标),如图丙所示.
甲.一维坐标系 乙.二维坐标系 丙.三维坐标系
【例2】 如图所示是为了定量研究物体的位置变化作出的坐标轴(x轴).在画该坐标轴时规定原点在某长直公路上某广场的中心,公路为南北走向,规定向北为正方向.坐标轴上有两点A和B,A点的位置坐标为xA=5m,B点的位置坐标为xB=-3m,下列说法中正确的是( )
①A点位于广场中心南边5m处;②A点位于广场中心北边5m处;③B点位于广场中心南边3m处;④B点位于广场中心北边3m处.
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
思路点拨:
(1)在直线坐标系上,要明确坐标原点、正方向和单位长度.
(2)根据位置坐标确定所在位置到坐标原点的距离.
D [坐标值的正、负只表示方向,正号表示方向与所规定的正方向相同,负号表示方向与所规定的正方向相反.本题中规定原点在某长直公路上某广场的中心,向北为正方向,A点的坐标为正值,表示A点位于广场中心北边5m处,②正确,B点的坐标为负值,表示B点位于广场中心南边3m处,③正确,故正确选项为D.]
描述物体空间位置的方法
(1)选定参考系,以参考系为坐标原点,建立坐标系,应明确坐标轴的正方向及其标度大小.
(2)根据物体相对参考系的距离及方位,在坐标系中找出与物体位置相对应的坐标点.
[跟进训练]
2.一个小球从距地面4m高处落下,被地面弹回,在距地面1m高处被接住.坐标原点定在抛出点正下方2m处,向下方向为坐标轴的正方向.则小球的抛出点、落地点和接住点的位置坐标分别是( )
A.2m,-2m,-1mB.-2m,2m,1m
C.4m,0,1mD.-4m,0,-1m
B [根据题意建立如图所示的坐标系,A点为抛出点,坐标为-2m,B点为坐标原点,D点为地面,坐标为2m,C点为接住点,坐标为1m,所以选项B正确.]
3.如图所示,某人从学校门口A处开始散步,先向南走了50m到达B处,再向东走100m到达C处,最后又向北走了150m到达D处,则A、B、C、D各点位置如何表示?
[解析] 本题考查坐标系的建立方法.可以以A点为坐标原点,向东为x轴的正方向,向北为y轴的正方向建立坐标系,如图所示,则各点坐标为A(0,0),B(0,-50m),C(100m,-50m),D(100m,100m).
[答案] 见解析
时间的描述
2019年世界杯预选赛亚洲区12强赛A组第6轮中国国家队与韩国国家队的比赛于3月23日19点35分开始.上半场第34分钟,于大宝头球破门.经过90分钟的角逐,中国队最终以1∶0战胜韩国队.则对以上表述中的“19点35分”和“90分钟”哪个是时间?
哪个是时刻?
提示:
“19点35分”指时刻,“90分钟”指时间.
1.时刻与时间的区别和联系
时刻
时间(间隔)
区别
时刻对应于物体所处的位置或状态
时间(间隔)对应于物体所经历的某段过程
时刻只有先与后,而没有长短之分
时间(间隔)没有先与后的区别,只有长短之分
在时间轴上,时刻用一个点表示
在时间轴上,时间用线段表示
联
系
(1)两个时刻的间隔即为时间
(2)时间能够展示物体运动的一个过程,好比是一段录像;时刻可以显示物体运动的一个瞬间,好比是一张照片.由一张张连续的照片可以组成录像,一系列连续时刻的积累便构成了时间
2.用时间轴表示时间和时刻
(1)第1s内、第2s内、第3s内、…、第ns内指的都是时间,都为1s.
(2)最初2s内、最后3s内、…、最初ns内都是指时间,在数值上对应所述值.
(3)第1s末(第2s初)、第2s末(第3s初)、…、第ns末,都是指时刻.如图所示,第3s末和第8s初都是时刻,第5s末和第6s初是同一时刻(在时间轴上是同一点).第2s初到第3s末的时间间隔为2s.
【例3】 以下各种关于时间和时刻的说法中正确的是( )
A.列车员说“火车8点42分到站”指的是时间
B.“前3秒”“最后3秒”“第3秒”指的都是时间
C.“第1秒末”“最后1秒”指的都是时刻
D.轮船船务员说本班轮船离港时间为17点25分指的是时间
思路点拨:
时刻是一个状态量,时间是一个过程量.日常生活中“时间”有时指的是时刻,如“什么时间发生的地震”“什么时间开始上班”,都是指时刻.
B [“火车8点42分到站”指的是一个时间点,是时刻,故A错误;“前3秒”“最后3秒”“第3秒”指的是时间的长度,都是时间,故B正确;“第1秒末”指的是时刻,“最后1秒”指的是时间,故C错误;17点25分指的是一个时间点,是时刻,故D错误.]
怎么区分时间间隔与时刻
首先,应明确时刻对应某个事件或运动的状态、位置,而时间间隔对应事件或运动的过程或是位置变化.其次,应掌握一些表示时刻与时间间隔的关键词,如时间数值后跟“初”“末”“时”等应是时刻;如时间数值后跟“内”“中”等一般为时间间隔.
【一题多变】 “前3秒”“最后3秒”“第3秒末”在时间轴上如何表示出来?
[解析] “前3秒”和“最后3秒”指时间,对应一条线段,“第3秒末”指时刻,对应一个点.
[答案] 见解析
1.物理观念:
机械运动、参考系、坐标系、时刻和时间概念.
2.科学思维:
能理解参考系、坐标系,会解决时间、时刻的相关问题.
3.科学方法:
极限法.
1.(多选)下列关于运动的说法正确的是( )
A.物体的位置没有变化就是不运动
B.两物体间的距离没有变化,两物体一定都是静止的
C.自然界中没有不运动的物体,运动是绝对的,静止是相对的
D.为了研究物体的运动,必须先选参考系,平常说的运动或静止是相对于地球而言
CD [物体的位置对某一参考系不变,但对另一参考系位置可能变化,物体在运动,故A错误;两物体间距离没有变化,两者可能静止,也可能以相同的速度运动,故B错误;对于不同的参考系,同一物体可能静止,也可能运动,由于参考系的选择是任意的,故C、D正确.]
2.关于坐标系,下列说法错误的是( )
A.建立坐标系是为了定量描述物体的位置和位置变化
B.坐标系都是建立在参考系上的
C.坐标系的建立与参考系无关
D.物体在平面内做曲线运动,需要用平面直角坐标系才能确定其位置
C [坐标系是建立在参考系上的,是用来定量描述物体的位置及位置变化的,A、B正确,C错误;物体做直线运动时描述需要建立一维直线坐标系,做平面曲线运动时需建立平面直角坐标系,D正确.]
3.下列各选项表述中,不是指时间的是( )
A.3月1日到3月2日之间B.一光年
C.一整夜D.45分钟
B [一光年是指光在一年里以光的速度所通过的距离,故选项B符合题意.根据时间的定义可知选项A、C、D都是指时间,故选项A、C、D不符合题意.]
4.(多选)关于时间和时刻,下列说法正确的是( )
A.物体在5s时指的是物体在5s末时,指的是时刻
B.物体在5s内指的是物体在4s末到5s末这1s的时间
C.物体在第5s内指的是物体在4s末到5s末这1s的时间
D.第4s末就是第5s初,指的是时刻
ACD [画时间轴如图所示,
5s时指的是5s末这一时刻,5s内指的是0~5s这一段时间,第5s内指的是在4s末到5s末这1s的时间,第4s末和第5s初是同一时刻,故选A、C、D.]
5.在2019年10月1日国庆阅兵飞行表演中,教练机梯队从天安门广场上空掠过,划出7条美丽彩带,向祖国母亲献上诚挚的生日祝福.如图所示是教练机保持队形不变飞过观礼台.
(1)以某飞行员为参考系,飞机是运动的还是静止的?
(2)以观礼台上的观众为参考系,飞机是运动的还是静止的?
[解析]
(1)以某飞行员为参考系,其他飞机的相对位置都不变,因此飞机是静止的.
(2)以观礼台上的观众为参考系,飞机的位置相对观众变化,因此飞机是运动的.
[答案]
(1)静止
(2)运动
莘莘学子,最重要的就是不要去看远方模糊的,而要做手边清楚的事。
每一日所付出的代价都比前一日高,因为你的生命又消短了一天,所以每一日都要更用心。
这天太宝贵,不就应为酸苦的忧虑和辛涩的悔恨所销蚀,抬起下巴,抓住这天,它不再回来。
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