質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系1

第一章運(yùn)動的描述§

1.1質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系臥龍閣教育新高一預(yù)科綠水青山枉自多，華佗無奈小蟲何！

千村薜荔人遺矢，萬戶蕭疏鬼唱歌。

坐地日行八萬里，巡天遙看一千河。

牛郎欲問瘟神事，一樣悲歡逐逝波。思考題：我們坐在教室，同學(xué)們想過沒有，我們到底是運(yùn)動還是靜止的呢？§1-1質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系毛澤東著名詩詞《送瘟神》中有一句名言：“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”這句話中描述的：人到底是運(yùn)動還是靜止的呢？人真的能“坐地日行八萬里”嗎？S=2πR=2×π×6400km=40192km=80384(里)大家一起來討論下右邊的這幅圖車中的人是靜止還是運(yùn)動的？？乙甲§1-1質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系一、機(jī)械運(yùn)動☆

1、定義：如果一個(gè)物體相對于另一個(gè)物體的位置發(fā)生了變化，我們就說這個(gè)物體發(fā)生了機(jī)械運(yùn)動。注：物體空間位置隨時(shí)間的變化（遠(yuǎn)近和方位）。2、關(guān)于機(jī)械運(yùn)動的幾點(diǎn)說明：①運(yùn)動是絕對的、永恒的，而靜止是相對的；②自然界中一切物體都在不停地運(yùn)動著；③描述物體的運(yùn)動必須要有個(gè)參照標(biāo)準(zhǔn)（參照物）；④位置變化：物體之間的距離或方位如果發(fā)生變化；或距離和方位都發(fā)生了變化。二、參考系☆

1、定義：描述一個(gè)物體的運(yùn)動時(shí)，選定作為參考的其他物體?；颉顬榱搜芯课矬w的機(jī)械運(yùn)動而事先假定為不動的物體叫參考系。想一想：我們究竟應(yīng)該怎樣選擇參考系呢？可以隨便選嗎？有什么講究或者說有什么原則嗎？例題：勻速飛行的飛機(jī)上，駕駛員看跳傘員是直線下落還是直線下落呢？地面上的人觀察跳傘員和駕駛員看到的一樣嗎？二、參考系關(guān)于參考系的幾點(diǎn)說明：（1）標(biāo)準(zhǔn)性：被研究物體是靜還是動都是相對于參考系而言的。（2）任意性：選擇的任意性參考系的選取可以是任意的，實(shí)際解題應(yīng)以觀測方便和使物體的運(yùn)動盡可能簡單為原則，通常選地面為參考系。（3）差異性：同一物體對于不同的參考系，運(yùn)動可能不同（4）統(tǒng)一性：比較兩個(gè)物體的運(yùn)動情況，必須選擇同一個(gè)參考系才有意義。課堂練習(xí)1：1.下列關(guān)于參考系的描述中正確的是()A.原則上可以選取任何物體為參考系B.必須靜止的物體才可被選為參考系C.同一物體，參考系選取不同，其運(yùn)動情況可能不同D.參考系一旦選定，物體的運(yùn)動狀態(tài)就為確定的ACD2．煙囪冒出的煙和平直路面上甲、乙兩車上的小旗的朝向如圖所示，關(guān)于甲、乙兩車相對于路旁房子的運(yùn)運(yùn)情況，下列說法正確的是()

A．甲、乙兩車一定向左運(yùn)動

B．甲車可能靜止或向右運(yùn)動或向左緩慢運(yùn)動，乙車一定向左運(yùn)動

C．甲車可能向右加速運(yùn)動，乙車可能向右減速運(yùn)動

D．甲車一定向右運(yùn)動，乙車一定向左運(yùn)動B問題討論：（分組）（1）火車（高鐵G7057）從無錫到上海只要40分鐘時(shí)間，運(yùn)行路程為126公里。請問這126公里的路程是量的車頭還是車尾？測量這個(gè)距離時(shí)需要考慮火車的大小和車輪的轉(zhuǎn)動情況嗎？（2）投擲手榴彈時(shí)怎么樣測量投擲距離？需要考慮手榴彈的轉(zhuǎn)動情況嗎？投擲鐵餅、標(biāo)槍呢？（3）研究百米賽跑的快慢時(shí)要考慮人的手臂擺動情況嗎？（4）某列火車通過南京長江大橋用時(shí)1分鐘，這時(shí)可以將火車當(dāng)做一個(gè)點(diǎn)來處理嗎？討論:當(dāng)我們研究地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律時(shí)地球可以看成一個(gè)點(diǎn)嗎?如果研究地球自轉(zhuǎn)，考查地球上各點(diǎn)的運(yùn)動，還可以把地球看作一個(gè)點(diǎn)嗎？再看下面的例子三、物體和質(zhì)點(diǎn)☆

1、質(zhì)點(diǎn)的定義：用來代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)。☆

2、物體可以看作質(zhì)點(diǎn)的條件：物體的形狀、大小、體積對所研究的問題的影響可以忽略不計(jì)。3、模型法：①質(zhì)點(diǎn)是一種科學(xué)抽象的理想模型；②物體本身大小不是能否看成質(zhì)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)；③物體能否看成質(zhì)點(diǎn)取決于所研究問題的性質(zhì)，同一物體有時(shí)可看成質(zhì)點(diǎn)，有時(shí)不可看作質(zhì)點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn)是人們?yōu)榱耸箤?shí)際問題簡化而引入的理想化模型。引入理想化模型，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，盡可能把復(fù)雜問題簡單化，是物理學(xué)上經(jīng)常用到的一種研究問題的方法——科學(xué)抽象。物理學(xué)對實(shí)際問題的簡化，必須從實(shí)際出發(fā)，撇開不考慮的只能是與當(dāng)前考察無關(guān)的因素，和對當(dāng)前考察影響很小的次要因素。關(guān)于模型法的說明：課堂練習(xí)2：3.質(zhì)點(diǎn)是沒有

,沒有

,具有物體

的點(diǎn)4.能看作質(zhì)點(diǎn)的物體一定是很小的物體嗎?5.質(zhì)點(diǎn)是一種

的模型,實(shí)際中是不存在的!大小形狀全部質(zhì)量理想化思考：如果一個(gè)可以看做質(zhì)點(diǎn)的物體沿直線運(yùn)動，怎樣定量的描述物體的位置變化呢?課堂練習(xí)3下列情況下，可以把物體看作質(zhì)點(diǎn)的是（）A.計(jì)算火車從北京開往天津的時(shí)間B.研究自行車的轉(zhuǎn)動情況C.研究繞地球運(yùn)行的航天飛機(jī)的周期D.欣賞芭蕾舞演員的舞姿AC四、坐標(biāo)系1、坐標(biāo)系：x/m0123-1一維二維（直角坐標(biāo)系）x/my/m102-2-1-1-2212、全球衛(wèi)星定位系（GPS）三維（立體坐標(biāo)系）☆關(guān)于坐標(biāo)系要注意以下幾點(diǎn)：☆

（a）坐標(biāo)系相對參考系是靜止的?！?/p>

（b）坐標(biāo)的三要素：原點(diǎn)、正方向、標(biāo)度單位。☆

（c）用坐標(biāo)表示質(zhì)點(diǎn)的位置?！?/p>

（d）用坐標(biāo)的變化描述質(zhì)點(diǎn)的位置改變。

四、課堂小結(jié)：2.本節(jié)課還學(xué)習(xí)了質(zhì)點(diǎn)、參考系的概念及參考系的選取原則。3.本節(jié)課同時(shí)學(xué)習(xí)了如何利用坐標(biāo)系來描述物體的位置和位置變化的方法，以及應(yīng)用坐標(biāo)系要注意的問題？1.本節(jié)課學(xué)習(xí)了機(jī)械運(yùn)動的概念，知道了運(yùn)動是絕對的、永恒的，靜止是相對的。

24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到4顆以上的衛(wèi)星。由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測點(diǎn)的位置(X,Y,Z)?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護(hù)政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技術(shù)，建立基準(zhǔn)站(差分臺)進(jìn)行GPS觀測，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。全球定位系統(tǒng)屬于美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。該系統(tǒng)的空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。21+3顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為11小時(shí)58分，分布在六個(gè)軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時(shí)間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（DOP）。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?/p>

GPS衛(wèi)星已發(fā)展至BlockII型式的定位衛(wèi)星，由RockwellInternational制造，在軌道上重量約1,900磅，太陽能接收板長度約17呎，于1994年完成第24顆衛(wèi)星的發(fā)射。因此目前太空中有24顆GPS衛(wèi)星可供定位運(yùn)用，繞行地球一周需12恒星時(shí)，每日可繞行地球2周，這也就是說，不論任何時(shí)間，任何地點(diǎn)，至少有4顆以上的衛(wèi)星出現(xiàn)在我們的上空。

目前全球有五個(gè)地面衛(wèi)星監(jiān)控站，分布于夏威夷、亞森欣島、迪亞哥加西亞、瓜加林島、科羅拉多泉，這些衛(wèi)星地面控制站，同時(shí)監(jiān)控GPS衛(wèi)星的運(yùn)作狀態(tài)及它們在太空中的精確位置，主地面控制站更負(fù)責(zé)傳送衛(wèi)星瞬時(shí)常數(shù)(Ephemera'sConstant)及時(shí)脈偏差(ClockOffsets)的修正量，再由衛(wèi)星將這些修正量提供給GPS接收器做為定位運(yùn)用。GPS的定位是利用衛(wèi)星基本三角定位原理，GPS接收裝置以測量無線電信號的傳輸時(shí)間來量測距離，以距離來判定衛(wèi)星在太空中的位置，這是一種高軌道與精密定位的觀測方式。假設(shè)衛(wèi)星在11,000英哩高處，測量我們的距離，首先以11,000英哩為半徑，以此衛(wèi)星為圓心畫一圓，而我們位置正處于球面上。再假設(shè)第二顆衛(wèi)星距離我們12,000英哩，而我們正處于這二顆球所交集的圓周上?，F(xiàn)在我們再以第三顆衛(wèi)星做精密定位，假設(shè)高度13,000英哩，我們即可進(jìn)一步縮小范圍到二點(diǎn)位置上，但其中一點(diǎn)為非我們所在的位置極有可能在太空中的某一點(diǎn)，因此，我們舍棄這一點(diǎn)參考點(diǎn)，選擇另一點(diǎn)為位置參考點(diǎn)。

如果要獲得更精確的定位，則必定要再測量第四個(gè)顆衛(wèi)星，從基本物理的觀念上來說，以訊號傳輸?shù)臅r(shí)間乘以速度即是我們與衛(wèi)星的距離，我們將此測得的距離稱為虛擬距離，在GPS的測量上，我們測的是無線信號，速度幾乎達(dá)18萬6千英哩/Sec的光速，而時(shí)間卻短的驚人，甚至只要0.