高考物理 1.1《質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系》課件 新人教版必修110.ppt

第一章 1 1質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系 請(qǐng)您欣賞 請(qǐng)您欣賞 請(qǐng)您欣賞 毛主席著名詩(shī)詞 送瘟神 中 坐地日行八萬里 巡天遙看一天河 從這句話中描述的 人到底是運(yùn)動(dòng)還是靜止的呢 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(dòng)的 1 1質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系 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 一 機(jī)械運(yùn)動(dòng)1 定義 物體空間位置隨時(shí)間的變化 2 注 運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的 靜止是相對(duì)的 自然界中一切物體都在不停地運(yùn)動(dòng)著 描述物體的運(yùn)動(dòng)必須要有個(gè)參照標(biāo)準(zhǔn) 位置的變化 一個(gè)物體相對(duì)于另一物體物體的一部分相對(duì)于另一部分 二 參考系1 定義 描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí) 選定作為參考的其他物體 2 注 描述物體是否運(yùn)動(dòng)是看相對(duì)于參考系的位置是否改變 事先假定參考系不動(dòng) 選取不同的參考系來觀察同一物體的運(yùn)動(dòng)結(jié)果往往是不同 參考系的選取可以是任意的 實(shí)際解題應(yīng)以觀測(cè)方便和使物體的運(yùn)動(dòng)盡可能簡(jiǎn)單為原則 通常選取地面為參考系 比較兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)應(yīng)選同一參考系 課堂反饋 1 描述一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí) 參考系 A 可以任意選取B 是一定的 2 選擇不同的參考系來觀察同一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí) 其結(jié)果 A 可能不同B 一定相同 A A 在二戰(zhàn)時(shí)期的某次空戰(zhàn)中 一法國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)駕駛員在飛行中伸手觸到了一顆 停 在駕駛艙邊的子彈 你如何理解這一 奇怪 的現(xiàn)象 臥看滿天云不動(dòng) 不知云與我俱東 云不動(dòng) 是以為參考系 云與我俱東 是以為參考系 船 河岸 提問 當(dāng)我們研究地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律時(shí)怎么樣看待地球 如果研究其自轉(zhuǎn) 考查地球上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) 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(duì)所研究的問題的影響可以忽略不計(jì) 3 注 質(zhì)點(diǎn)是一種科學(xué)抽象的理想模型 物體本身大小不是能否看成質(zhì)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn) 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) 課堂反饋 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 如果一個(gè)物體可以看做質(zhì)點(diǎn)的物體沿直線運(yùn) 怎樣定量的描述物體的位置變化呢 請(qǐng)同學(xué)們看書的第12頁(yè)回答上面的回題 6 下列關(guān)于質(zhì)點(diǎn)的說法正確的是 A 質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)理想化模型 實(shí)際并不存在B 因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)沒有大小 所以與幾何中的點(diǎn)沒有區(qū)別C 凡輕小的物體 都可看作質(zhì)點(diǎn)D 如果物體的大小和形狀對(duì)所研究的問題屬于無關(guān)或次要因素 就可以把物體看作質(zhì)點(diǎn) AD 7 研究下列運(yùn)動(dòng)時(shí) 可以把物體看作質(zhì)點(diǎn)的是 A 做精彩表演的花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員B 參加馬拉松比賽的運(yùn)動(dòng)員C 研究飛出槍口的子彈運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)的子彈D 研究繞地球運(yùn)動(dòng)一周所用時(shí)間的航天飛機(jī) BCD 大的物體一定不能看作質(zhì)點(diǎn)嗎 小的物體一定能看作質(zhì)點(diǎn)嗎 將物體看作質(zhì)點(diǎn)的條件是什么 思考 在下列問題中 能否將物體看作質(zhì)點(diǎn) 研究地球繞太陽的公轉(zhuǎn) 一列沿京滬鐵路運(yùn)行的列車 若要研究它從北京到上海的運(yùn)動(dòng)時(shí) 能否將它視為質(zhì)點(diǎn) 研究由于地球的自轉(zhuǎn)而造成各處季節(jié)的變化時(shí) 能否將地球視為質(zhì)點(diǎn) 研究火車通過一座橋梁運(yùn)動(dòng)時(shí) 能否將火車視為質(zhì)點(diǎn) 四 坐標(biāo)系1 坐標(biāo)系 2 全球衛(wèi)星定位系 GPS 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(cè)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(cè)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(cè)點(diǎn)的位置 X Y Z 考慮到衛(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(cè)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(duì)流層 電離層對(duì)信號(hào)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(tái) 進(jìn)行GPS觀測(cè) 利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo) 與觀測(cè)值進(jìn)行比較 從而得出一修正數(shù) 并對(duì)外發(fā)布 接收機(jī)收到該修正數(shù)后 與自身的觀測(cè)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(guó)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(cè)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?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(zhǎng)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?cè)谔罩械木_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(cè)量無線電信號(hào)的傳輸時(shí)間來量測(cè)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(cè)方式 假設(shè)衛(wèi)星在11 000英哩高處 測(cè)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 現(xiàn)在我們?cè)僖缘谌w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(cè)量第四個(gè)顆衛(wèi)星 從基本物理的觀念上來說 以訊號(hào)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(cè)得的距離稱為虛擬距離 在GPS的測(cè)量上 我們測(cè)的是無線信號(hào) 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 06秒 時(shí)間的測(cè)量需要二個(gè)不同的時(shí)表 一個(gè)時(shí)表裝置于衛(wèi)星上以記錄無線電信號(hào)傳送的時(shí)間 另一個(gè)時(shí)表則裝置在接收器上 用以記錄無線電信號(hào)接收的時(shí)間 雖然衛(wèi)星傳送信號(hào)至接收器的時(shí)間極短 但時(shí)間上并不同步 假設(shè)衛(wèi)星與接收器同時(shí)發(fā)出聲音給我們 我們會(huì)聽到二種不同的聲音