新教材高中物理第1章運動的描述第1節(jié)空間和時間學(xué)案

第1節(jié)空間和時間課標解讀課標要求素養(yǎng)要求1.理解參考系的概念和運動的相對性。2.能了解時間的內(nèi)涵,能將時間與生活中相關(guān)物理量聯(lián)系起來。3.能用坐標系描述物體的位置。4.知道時間的意義,掌握時間和時刻的區(qū)別和聯(lián)系。1.物理觀念:能根據(jù)實際問題選擇合適的參考系并對運動進行準確的描述。2.科學(xué)思維:能運用數(shù)學(xué)思維來描述位置信息,科學(xué)推理得出參考系對運動描述的意義。3.科學(xué)探究:對參考系的選取給描述運動帶來的影響分析、討論、舉例說明,經(jīng)歷對問題的發(fā)現(xiàn)、分析、解釋過程。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:培養(yǎng)勤于思考問題、留心自然、勇于探索的習(xí)慣。要點一參考系動與靜是相對?的,人們必須確定一個參照物來描述物體的運動,這種參照物稱為參考系?。要點二坐標系在物理學(xué)中,通常需要借助數(shù)學(xué)方法,通過建立坐標系?來描述物體的位置。要點三時間和時刻時刻是指某一瞬時?,時間是指兩個時刻的間隔?。?物體是否在運動,與選取的參照物有關(guān),沒有參照物談運動是沒有意義的,這樣理解對嗎?提示對。?只有靜止的物體才能作為參考系,這種說法對嗎?提示不對,參考系的選取是任意的。?坐標系是用數(shù)學(xué)方法來確定物體所在位置的一種方法,和數(shù)學(xué)上的數(shù)軸是完全一樣的,可以這樣理解嗎?提示不可以,坐標系是用數(shù)學(xué)方法來確定物體所在位置的一種方法,但和數(shù)軸不相同,坐標系是用來確定物體的位置的,原點為參考點,物體的坐標表示相對于參考點的位置,既有大小又有單位,可以有一維坐標系、二維直角坐標系、空間坐標系等,而數(shù)軸只是用來比較數(shù)的大小。?瞬時就是很短的一段時間,這么理解對嗎?提示不對,瞬時指的是一瞬間,沒有長短。瞬時對應(yīng)物體所處的狀態(tài),只有先與后、早與遲的區(qū)別,而沒有長短之分。?間隔是由很多時刻組成的,時刻就是很短的時間,這么理解對嗎?提示不對,時刻指瞬時,沒有長短,間隔指時間軸上一段長度,故不能說間隔是由很多時刻組成的,也不能說時刻就是很短的時間。但當(dāng)時間軸上的兩個點無限靠近時,它們之間的間隔就會趨近于零,時間就變成時刻了(極限的物理思想,后面會學(xué)到)。明白以下時間軸對應(yīng)的時間描述在時間軸上表示第3秒、前3秒、第3秒初、第2秒末、第3秒末、3秒末、3秒時、第4秒初。探究點一參考系1.參考系的“四個性質(zhì)”(1)相對性:物體如何運動都是相對參考系而言的。(2)任意性:參考系可以任意選取,但中學(xué)通常選地面為參考系。(3)統(tǒng)一性:在同一個問題中,研究多個物體的運動時,必須選取同一個參考系。(4)差異性:選取不同的參考系觀察的結(jié)果可能不同。2.參考系的選取原則(1)參考系的選取可以是任意的,但在實際問題中,參考系的選取應(yīng)以使研究問題盡可能方便、對運動的描述盡可能簡單為基本原則。通常情況下,在討論地面上物體的運動時,都以地面為參考系。(2)在比較多個物體的運動時,應(yīng)選擇同一參考系。1.(2021安徽潛山第二中學(xué)高一期中)關(guān)于參考系的選擇,下列說法正確的是 ()A.在空中運動的物體不能作為參考系B.參考系必須選取與地面連在一起的物體C.參考系的選擇應(yīng)該以能準確而方便地描述物體的運動為原則D.對于同一個運動,選擇的參考系不同,觀察和描述的結(jié)果一定相同答案C任何物體都能作為參考系,選項A錯誤;參考系不一定選取與地面連在一起的物體,選項B錯誤;參考系的選擇應(yīng)該以能準確而方便地描述物體的運動為原則,選項C正確;對于同一個運動,選擇的參考系不同,觀察和描述的結(jié)果不一定相同,選項D錯誤。2.(2021浙江杭州高一期中)一位坐在火車A內(nèi)的乘客觀察窗外,發(fā)現(xiàn)臨窗另一列火車B正向西移動,又看到另一側(cè)窗外的樹木也向西移動,若以地面為參考系,則火車A和火車B的運動情況不可能的是 ()A.火車A向東,火車B靜止B.火車A向東,火車B向西C.火車A向西,火車B向西D.火車A向東,火車B向東答案C坐在火車A內(nèi)的乘客觀察窗外,發(fā)現(xiàn)臨窗另一列火車B正向西移動,又看到另一側(cè)窗外的樹木也向西移動,若以地面為參考系,說明火車A向東運動,火車B向西運動或者靜止或者向東運動,但速度小于火車A的速度。本題選不可能的,故選C。3.(★)(2021山東青島高一期中)兩輛汽車在平直公路上以相同的速度并列行駛。其中一輛汽車上的乘客眼睛盯著另一汽車與之正對的車輪邊緣上某一點,那么他看到的這一點的運動軌跡是下列四幅圖中的 ()答案D兩輛汽車在平直公路上以相同的速度并列行駛,所以兩車相對靜止,相對乘客來說,車輪在原地做圓周運動,故選D。探究點二坐標系同學(xué)們針對以下情境思考問題。如圖,在北京長安街上沿直線行駛的小汽車,若問汽車到哪里了,通常我們會選擇地面上的一個標志性的建筑物作為參考點,來具體說明汽車所處的位置。那么我們在物理學(xué)中如何借助一種數(shù)學(xué)方法來描述汽車的具體位置?提示我們可以用一維坐標系,比如我們可以沿自西向東方向建立一維坐標系,x軸的正方向指向東,選取路上的某一個交通崗為坐標原點O,就可以用坐標來準確地描述汽車的位置。一維坐標系中應(yīng)包含坐標原點、正方向和單位長度三個要素。物體的位置可以用一維坐標系中的位置坐標來表示。坐標的絕對值表示位置坐標與原點的距離,坐標中的“+”表示物體位于坐標軸的正方向一側(cè),“”表示物體位于坐標軸的負方向一側(cè)。當(dāng)物體沿直線運動,即做一維運動時,可以以這條直線為x軸,在直線上規(guī)定原點、正方向和單位長度,建立一維坐標系。當(dāng)物體在某一平面內(nèi)做曲線運動,即做二維運動時,需用兩個相互垂直的坐標確定它的位置,即二維坐標(平面坐標)。當(dāng)物體在空間內(nèi)運動時,需采用三個坐標確定它的位置,即三維坐標(空間坐標)。例以北京長安街為x軸,向東為正方向,以天安門中心所對的長安街中心為坐標原點O,建立一維坐標系。一輛汽車最初在原點以西3km處,幾分鐘后行駛到原點以東2km處。這輛汽車最初位置坐標和最終位置坐標分別是 ()A.3km2kmB.3km2kmC.3km2kmD.3km2km答案B坐標軸的正方向向東,則位置在坐標原點以東為正,在坐標原點以西為負,汽車最初在原點以西且距原點3km處,所以最初位置是3km,同理最終位置是2km,故選B。解題感悟根據(jù)實際問題情境,選取坐標原點,建立科學(xué)合理的坐標系,可以對解決問題提供很大的便利條件。如圖所示,某人從學(xué)校門口A點開始散步,先向南走50m到達B點,再向東走100m到達C點,最后向北走150m到達D點,以校門口A點為坐標原點,建立合適的坐標系,表示A、B、C、D各位置。答案見解析解析以A點為坐標原點,向東為x軸的正方向,向北為y軸的正方向建立二維直角坐標系,如圖所示,則各點的位置坐標為A(0,0),B(0,50m),C(100m,50m),D(100m,100m)。

探究點三時間和時刻根據(jù)列車時刻表思考以下問題。車次站次站名到達時間開車時間停留天數(shù)運行時間里程G30071廈門始發(fā)站14:530分鐘10分0G30072漳州15:2515:272分鐘132分55G30073云宵15:5515:572分鐘11小時2分131G30074潮汕16:3016:355分鐘11小時37分222G30075普寧16:5616:582分鐘12小時3分275G30076陸豐17:2217:242分鐘12小時29分336G30077惠州南18:1118:132分鐘13小時18分471G30078深圳北18:4419:0622分鐘13小時51分527G30079香港西九龍19:25終點站0分鐘14小時32分566(1)開車時間、到達時間、運行時間的值都是越來越大,是怎么回事?停留對應(yīng)的時間段長短不一又是指什么?(2)如果用“時刻”和“時間”兩個概念來表示上面兩種生活中的時間,哪個是時刻,哪個是時間?提示(1)(2)時間和時刻:時刻指某一瞬時,通常用t表示,在時間軸上,時刻用點表示,是一個狀態(tài)量。時間是指兩個時刻之間的間隔,通常用Δt表示,在表示時間的數(shù)軸上,時間用線段來表示,時間是事物變化過程長短的量度,是一個過程量。這里開車時間所指的時間和運行時間所指的不一樣,在物理學(xué)中為了將此區(qū)分開來,將開車時間及到達時間(指的是某一瞬間)稱為時刻,而將運行時間(指的那一段時間)稱為時間。時間與時刻的區(qū)別與聯(lián)系名稱時間時刻區(qū)別物理意義時間是事物運動、發(fā)展、變化所經(jīng)歷的過程長短的量度時刻是事物運動、發(fā)展、變化過程所經(jīng)歷的各個狀態(tài)先后順序的標志時間軸上的表示方法時間軸上的一段線段表示時間時間軸上的點表示時刻表述示例“5s內(nèi)”“前5s內(nèi)”“后5s內(nèi)”“第1s內(nèi)”“第1s到第5s”均指時間“5s末”“第5s末”“第5s初”均指時刻聯(lián)系兩個時刻的間隔即一段時間,時間是一系列連續(xù)時刻的積累過程,時間能展示運動的一個過程,好比是一段錄像;時刻可以顯示運動的一瞬間,好比是一張照片例時間和時刻的物理意義不同,在對具體事物的描述中,我們要細心體會二者的區(qū)別。以下關(guān)于時間和時刻的說法正確的是 ()A.2020年12月1日23時11分,嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面,這里指的是時間B.高速攝影機拍攝子彈穿過蘋果瞬間的照片,曝光時間為106s,這里指的是時刻C.第5秒內(nèi)指的是4秒末到5秒末這1秒的時間D.某節(jié)目開播時間是19點,這里指的是時間答案C2020年12月1日23時11分,嫦娥五號探測器成功著陸在月球正面,這里指的是時刻,A錯誤;高速攝影機拍攝子彈穿過蘋果瞬間的照片,曝光時間為106s,這里指的是時間,B錯誤;第5秒內(nèi)指的是4秒末到5秒末這1秒的時間,C正確;某節(jié)目開播時間是19點,這里指的是時刻,D錯誤。解題感悟時間指的是某事物的發(fā)展過程所對應(yīng)的一段時間,在時間軸上用一段線段表示,而時刻表示是一瞬間,沒有大小,在時間軸上,用點來表示。1.(2021河北唐山第十一中學(xué)高一期中)以下的計時數(shù)據(jù),哪一個指的是時刻 ()A.火車由唐山到北京需要1小時15分鐘B.跑百米用時14秒C.物理考試周四上午9:00點開始D.本次的節(jié)目大約需要40分鐘答案C火車由唐山到北京需要1小時15分鐘,1小時15分鐘是時間,故A錯誤;跑百米用時14秒,是指某一過程所用的時間,故B錯誤;物理考試上午9:00開始,表示時刻,故C正確;本次節(jié)目大約需要40分鐘,表示時長,為時間,D錯誤。2.(2021江蘇淮安高一月考)以下對話,其含義是指時刻還是指時間,其中正確的是 ()A.問:這車什么時候開?(時間)B.答:過一會兒就要開了。(時刻)C.問:我離開一下,10min就趕回來,行不?(時間)D.答:你不能晚過車票上的開車時間。(時間)答案C“這車什么時候開”是指時刻,故A錯誤;“過一會兒就要開了”指的是時間,故B錯誤;“我離開一下,10min就趕回來,行不”指的是時間,故C正確;“你不能晚過車票上的開車時間”指的是時刻,故D錯誤。1.(2021浙江溫州期中)宋代詩人陳與義乘著小船在風(fēng)和日麗的春日出游時曾經(jīng)作詩:“飛花兩岸照船紅,百里榆堤半日風(fēng),臥看滿天云不動,不知云與我俱東。”在這首詩中,詩人藝術(shù)性地表達了他對運動相對性的理解。關(guān)于詩中所描述的運動以及參考系,以下說法正確的是 ()A.“云不動”是以兩岸為參考系的B.“飛花”是運動的,不能作為參考系C.“云與我俱東”是以運動的船為參考系的D.“云與我俱東”是以兩岸為參考系的答案D詩人以船為參考系看云時,會認為“臥看滿天云不動”的效果,故A錯誤;“飛花”相對船是運動的,也可以作為參考系,故B錯誤;“臥看滿天云不動”是指“云與我”保持相對靜止,即“云與我”以相同的速度相對于兩岸向東運動,“云與我俱東”是以兩岸的榆樹或兩岸為參考系的,故C錯誤,D正確。2.(2021湖南高一期中)下列說法中表示時刻的是 ()A.近地衛(wèi)星運行周期約為84分鐘B.同步衛(wèi)星運行周期約為24小時C.“高分十三號衛(wèi)星”于10月12日00時57分發(fā)射D.“天問一號”飛行約7個月才能到達火星答案C時刻為時間軸上的某一時間點,時間為時間軸上某兩個時間點之間的間隔,84分鐘、24小時和7個月都是時間,而10月12日00時57分是時間軸上的一個點,所以選項A、B、D表示的是時間,選項C表示的是時刻。3.如圖所示,一根繩子長1.5m,放在高0.8m的桌子上,有一部分懸在桌外,留在桌面上的部分長為1.2m,以桌邊上的一點O'為坐標原點,豎直向下為正方向建立一維坐標系,則繩的底端B的坐標為 ()A.x=0.3mB.x=0.5mC.(0,0.3m)D.(0,0.3m)答案A以桌邊上的一點O'為坐標原點,豎直向下為正方向建立一維坐標系,B到O'的距離為1.5m1.2m=0.3m,所以B的坐標是x=0.3m,A正確。研究運動學(xué)問題必須選取參考系,而參考系的選取在原則上是任意的,但是一般情況下,選取地面或相對地面靜止的物體為參考系。在研究有相對運動的兩個及兩個以上物體的運動時,如果巧妙地選取其中一個物體作為參考系,那將會大大簡化解題過程,從而達到化難為易、事半功倍的效果。1.一個木箱漂浮在河中,隨平穩(wěn)流動的河水向下游漂去。在木箱上游和下游各有一條小船,兩船到木箱的距離相同,兩船同時劃向木箱。若兩船在水中劃行的速度大小相等,那么()A.上游的小船先到達木箱B.下游的小船先到達木箱C.兩船同時到達木箱D.條件不足,無法確定答案C本題按常規(guī)的方法,選擇地面作為參考系比較麻煩,不易求解。此時不妨選擇流水作為參考系,這樣木箱是靜止的,由于兩船到木箱的距離相同,兩船在水中劃行的速度相等,所以兩船將同時到達木箱處。故本題應(yīng)選C。2.在通天河中逆流而上的木船在到達伏虎橋時,船上的木棉袈裟不慎被風(fēng)吹落通天河中。15分鐘后,仁風(fēng)舵主才發(fā)