11 確定質(zhì)點位置的方法

1.1確定質(zhì)點位置的方法導(dǎo)入:物理學(xué)中研究物質(zhì)的運動規(guī)律的是運動學(xué)，這也是最早進入研究的部分。本章我們進入運動學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。如何研究物質(zhì)的運動，GPS的定位、火箭^衛(wèi)星的發(fā)射，這些都需要對其運動進行定位。那么如何確定物體運動的位置呢?首先，需要學(xué)習(xí)如何對物質(zhì)運動位置進行確定。進入篥一節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。物質(zhì)的運動，這個物質(zhì)小到電子、原子分立子，大到地球、太陽、銀河系。這個物質(zhì)怎么確定，因為這個物質(zhì)不僅有質(zhì)量，還有大小和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如何有效確定物質(zhì)的位置？為了研究的方便和抓住主要因素，可以忽略物質(zhì)的大小和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，把它看成一個有質(zhì)量的幾何點，叫做質(zhì)點。即物理中在確定物質(zhì)位置時，引入質(zhì)點的概念。這是一個為了確定物質(zhì)位置而引入的概念，是一個實用的簡化模型，是一個理想模型。實際上，牛頓是基于"原子"的思想提出質(zhì)點模型的。牛頓認(rèn)為質(zhì)點只是上帝為人類創(chuàng)造的最小的認(rèn)識單位而已，只有認(rèn)識了最小單位才有可能認(rèn)識復(fù)雜的其他物體。于是牛頓力學(xué)的整個體系理所當(dāng)然就從質(zhì)點開始,并沿著質(zhì)點-質(zhì)點系-剛體的由簡單到復(fù)雜的認(rèn)識次序展開。那么哪些情況下可以忽略物質(zhì)的大小和內(nèi)部結(jié)構(gòu)從而作為質(zhì)點來研究呢？一個物體能否被看作是質(zhì)點，主要取決于所研究問題的性質(zhì)。即一個物體在一個研究場合中，可以忽略物質(zhì)的大小和內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，就可以作為質(zhì)點來研究。確定物質(zhì)的位置現(xiàn)在是確定質(zhì)點的位置，那么如何確定這樣一個質(zhì)點呢，如何確定一個空間幾彳可點的位置?討論:如何確定發(fā)射火箭的位置？（衛(wèi)星如何確定地面物體的位置？）參考系:選擇一個或幾個彼此沒有相對運動的物體作為參考，描述物質(zhì)的位置的系統(tǒng)。在參考系中確定質(zhì)點的位置有如下幾種方法:坐標(biāo)法通過數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)，有哪些坐標(biāo)系?最簡單的就是空間直角坐標(biāo)系（笛卡爾坐標(biāo)系），xyz軸滿足右手螺旋。質(zhì)點相對在這個坐標(biāo)中的位置可以唯一用（x,y,z）來描述。其他坐標(biāo)怎么描述?極坐標(biāo)？球坐標(biāo)？位矢法坐標(biāo)法比較方便確定質(zhì)點的位置，質(zhì)點在每個坐標(biāo)軸上都有唯一投影。還有一種用矢量描述質(zhì)點位置的方法，即位矢法。通過選取一套基矢，質(zhì)點的位置矢量能唯一用這系列基矢疊加（平行四邊形法則）得到。比如選取直角坐標(biāo)中x、y、z軸的單位矢量作為基矢，分別為甘無則位置矢量（相對于原點）戶可以唯一表示為，r=xi+yj+zk即可以通過在一組用基矢表示的矢量疊加來表示質(zhì)點的位置矢量。自然法在有些情況下，質(zhì)點相對參考系的運動軌跡是已知的，比如有軌電車（地鐵、公交、過山車（過山車上的前后排位，哪個位置最恐府？\飛機、衛(wèi)星、彗星、行星、恒星、銀河系等）的路線是確定的，那么這時你的位置可以確定在這個路線的哪個位置上，比如說我在洪山廣場站。這種軌跡確定上的位置可以通過測量到端點的距離來確定，稱為自然法。當(dāng)質(zhì)點位置隨參考系發(fā)生變動時，這時質(zhì)點的位置相對參考系中坐標(biāo)上變化，隨時間變化，是時間的函數(shù)-運動學(xué)方程。三種方法對應(yīng)怎樣的時間函數(shù)?坐標(biāo)法:)))坐標(biāo)法:)))/I龍/3---XyZ位矢法：T=f(t)自然法：s=r(t)認(rèn)識任何事物總是先有運動狀態(tài)的確定，再有運動狀態(tài)的變化，這是認(rèn)識事物的合理的邏輯思想。例題解讀:案例解釋：衛(wèi)星定位，火箭發(fā)射等。自20世紀(jì)90年代初美國和俄羅斯建成全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS和GLONASS以來，衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，軍用和民用效益越來越顯著。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)，并舅豆報文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆^靜止軌道衛(wèi)星組成，中國計劃2012年左右，"北斗"系統(tǒng)將覆蓋亞太地區(qū)，2020年左右覆蓋全球。在