新教材高中物理第1章運(yùn)動(dòng)的描述第1節(jié)空間和時(shí)間學(xué)案

第1節(jié)空間和時(shí)間課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.理解參考系的概念和運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性。2.能了解時(shí)間的內(nèi)涵,能將時(shí)間與生活中相關(guān)物理量聯(lián)系起來。3.能用坐標(biāo)系描述物體的位置。4.知道時(shí)間的意義,掌握時(shí)間和時(shí)刻的區(qū)別和聯(lián)系。1.物理觀念:能根據(jù)實(shí)際問題選擇合適的參考系并對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確的描述。2.科學(xué)思維:能運(yùn)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(duì)運(yùn)動(dòng)描述的意義。3.科學(xué)探究:對(duì)參考系的選取給描述運(yùn)動(dòng)帶來的影響分析、討論、舉例說明,經(jīng)歷對(duì)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(diǎn)一參考系動(dòng)與靜是相對(duì)?的,人們必須確定一個(gè)參照物來描述物體的運(yùn)動(dòng),這種參照物稱為參考系?。要點(diǎn)二坐標(biāo)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(biāo)系?來描述物體的位置。要點(diǎn)三時(shí)間和時(shí)刻時(shí)刻是指某一瞬時(shí)?,時(shí)間是指兩個(gè)時(shí)刻的間隔?。?物體是否在運(yùn)動(dòng),與選取的參照物有關(guān),沒有參照物談運(yùn)動(dòng)是沒有意義的,這樣理解對(duì)嗎?提示對(duì)。?只有靜止的物體才能作為參考系,這種說法對(duì)嗎?提示不對(duì),參考系的選取是任意的。?坐標(biāo)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(biāo)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(biāo)系是用來確定物體的位置的,原點(diǎn)為參考點(diǎn),物體的坐標(biāo)表示相對(duì)于參考點(diǎn)的位置,既有大小又有單位,可以有一維坐標(biāo)系、二維直角坐標(biāo)系、空間坐標(biāo)系等,而數(shù)軸只是用來比較數(shù)的大小。?瞬時(shí)就是很短的一段時(shí)間,這么理解對(duì)嗎?提示不對(duì),瞬時(shí)指的是一瞬間,沒有長短。瞬時(shí)對(duì)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(shí)刻組成的,時(shí)刻就是很短的時(shí)間,這么理解對(duì)嗎?提示不對(duì),時(shí)刻指瞬時(shí),沒有長短,間隔指時(shí)間軸上一段長度,故不能說間隔是由很多時(shí)刻組成的,也不能說時(shí)刻就是很短的時(shí)間。但當(dāng)時(shí)間軸上的兩個(gè)點(diǎn)無限靠近時(shí),它們之間的間隔就會(huì)趨近于零,時(shí)間就變成時(shí)刻了(極限的物理思想,后面會(huì)學(xué)到)。明白以下時(shí)間軸對(duì)應(yīng)的時(shí)間描述在時(shí)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(shí)、第4秒初。探究點(diǎn)一參考系1.參考系的“四個(gè)性質(zhì)”(1)相對(duì)性:物體如何運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)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(gè)問題中,研究多個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí),必須選取同一個(gè)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(shí)際問題中,參考系的選取應(yīng)以使研究問題盡可能方便、對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí),都以地面為參考系。(2)在比較多個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí),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(yùn)動(dòng)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(zhǔn)確而方便地描述物體的運(yùn)動(dòng)為原則D.對(duì)于同一個(gè)運(yùn)動(dòng),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(xiàng)A錯(cuò)誤;參考系不一定選取與地面連在一起的物體,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;參考系的選擇應(yīng)該以能準(zhǔn)確而方便地描述物體的運(yùn)動(dòng)為原則,選項(xiàng)C正確;對(duì)于同一個(gè)運(yùn)動(dòng),選擇的參考系不同,觀察和描述的結(jié)果不一定相同,選項(xiàng)D錯(cuò)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(dòng),又看到另一側(cè)窗外的樹木也向西移動(dòng),若以地面為參考系,則火車A和火車B的運(yùn)動(dòng)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(dòng),又看到另一側(cè)窗外的樹木也向西移動(dòng),若以地面為參考系,說明火車A向東運(yùn)動(dòng),火車B向西運(yùn)動(dòng)或者靜止或者向東運(yùn)動(dòng),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(duì)的車輪邊緣上某一點(diǎn),那么他看到的這一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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(duì)靜止,相對(duì)乘客來說,車輪在原地做圓周運(yùn)動(dòng),故選D。探究點(diǎn)二坐標(biāo)系同學(xué)們針對(duì)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(huì)選擇地面上的一個(gè)標(biāo)志性的建筑物作為參考點(diǎn),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(biāo)系,比如我們可以沿自西向東方向建立一維坐標(biāo)系,x軸的正方向指向東,選取路上的某一個(gè)交通崗為坐標(biāo)原點(diǎn)O,就可以用坐標(biāo)來準(zhǔn)確地描述汽車的位置。一維坐標(biāo)系中應(yīng)包含坐標(biāo)原點(diǎn)、正方向和單位長度三個(gè)要素。物體的位置可以用一維坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)來表示。坐標(biāo)的絕對(duì)值表示位置坐標(biāo)與原點(diǎn)的距離,坐標(biāo)中的“+”表示物體位于坐標(biāo)軸的正方向一側(cè),“”表示物體位于坐標(biāo)軸的負(fù)方向一側(cè)。當(dāng)物體沿直線運(yùn)動(dòng),即做一維運(yùn)動(dòng)時(shí),可以以這條直線為x軸,在直線上規(guī)定原點(diǎn)、正方向和單位長度,建立一維坐標(biāo)系。當(dāng)物體在某一平面內(nèi)做曲線運(yùn)動(dòng),即做二維運(yùn)動(dòng)時(shí),需用兩個(gè)相互垂直的坐標(biāo)確定它的位置,即二維坐標(biāo)(平面坐標(biāo))。當(dāng)物體在空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí),需采用三個(gè)坐標(biāo)確定它的位置,即三維坐標(biāo)(空間坐標(biāo))。例以北京長安街為x軸,向東為正方向,以天安門中心所對(duì)的長安街中心為坐標(biāo)原點(diǎn)O,建立一維坐標(biāo)系。一輛汽車最初在原點(diǎn)以西3km處,幾分鐘后行駛到原點(diǎn)以東2km處。這輛汽車最初位置坐標(biāo)和最終位置坐標(biāo)分別是 ()A.3km2kmB.3km2kmC.3km2kmD.3km2km答案B坐標(biāo)軸的正方向向東,則位置在坐標(biāo)原點(diǎn)以東為正,在坐標(biāo)原點(diǎn)以西為負(fù),汽車最初在原點(diǎn)以西且距原點(diǎn)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(shí)際問題情境,選取坐標(biāo)原點(diǎn),建立科學(xué)合理的坐標(biāo)系,可以對(duì)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(diǎn)開始散步,先向南走50m到達(dá)B點(diǎn),再向東走100m到達(dá)C點(diǎn),最后向北走150m到達(dá)D點(diǎn),以校門口A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),建立合適的坐標(biāo)系,表示A、B、C、D各位置。答案見解析解析以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),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(biāo)系,如圖所示,則各點(diǎn)的位置坐標(biāo)為A(0,0),B(0,50m),C(100m,50m),D(100m,100m)。

探究點(diǎn)三時(shí)間和時(shí)刻根據(jù)列車時(shí)刻表思考以下問題。車次站次站名到達(dá)時(shí)間開車時(shí)間停留天數(shù)運(yùn)行時(shí)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(shí)2分131G30074潮汕16:3016:355分鐘11小時(shí)37分222G30075普寧16:5616:582分鐘12小時(shí)3分275G30076陸豐17:2217:242分鐘12小時(shí)29分336G30077惠州南18:1118:132分鐘13小時(shí)18分471G30078深圳北18:4419:0622分鐘13小時(shí)51分527G30079香港西九龍19:25終點(diǎn)站0分鐘14小時(shí)32分566(1)開車時(shí)間、到達(dá)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間的值都是越來越大,是怎么回事?停留對(duì)應(yīng)的時(shí)間段長短不一又是指什么?(2)如果用“時(shí)刻”和“時(shí)間”兩個(gè)概念來表示上面兩種生活中的時(shí)間,哪個(gè)是時(shí)刻,哪個(gè)是時(shí)間?提示(1)(2)時(shí)間和時(shí)刻:時(shí)刻指某一瞬時(shí),通常用t表示,在時(shí)間軸上,時(shí)刻用點(diǎn)表示,是一個(gè)狀態(tài)量。時(shí)間是指兩個(gè)時(shí)刻之間的間隔,通常用Δt表示,在表示時(shí)間的數(shù)軸上,時(shí)間用線段來表示,時(shí)間是事物變化過程長短的量度,是一個(gè)過程量。這里開車時(shí)間所指的時(shí)間和運(yùn)行時(shí)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(shí)間及到達(dá)時(shí)間(指的是某一瞬間)稱為時(shí)刻,而將運(yùn)行時(shí)間(指的那一段時(shí)間)稱為時(shí)間。時(shí)間與時(shí)刻的區(qū)別與聯(lián)系名稱時(shí)間時(shí)刻區(qū)別物理意義時(shí)間是事物運(yùn)動(dòng)、發(fā)展、變化所經(jīng)歷的過程長短的量度時(shí)刻是事物運(yùn)動(dòng)、發(fā)展、變化過程所經(jīng)歷的各個(gè)狀態(tài)先后順序的標(biāo)志時(shí)間軸上的表示方法時(shí)間軸上的一段線段表示時(shí)間時(shí)間軸上的點(diǎn)表示時(shí)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(shí)間“5s末”“第5s末”“第5s初”均指時(shí)刻聯(lián)系兩個(gè)時(shí)刻的間隔即一段時(shí)間,時(shí)間是一系列連續(xù)時(shí)刻的積累過程,時(shí)間能展示運(yùn)動(dòng)的一個(gè)過程,好比是一段錄像;時(shí)刻可以顯示運(yùn)動(dòng)的一瞬間,好比是一張照片例時(shí)間和時(shí)刻的物理意義不同,在對(duì)具體事物的描述中,我們要細(xì)心體會(huì)二者的區(qū)別。以下關(guān)于時(shí)間和時(shí)刻的說法正確的是 ()A.2020年12月1日23時(shí)11分,嫦娥五號(hào)探測器成功著陸在月球正面,這里指的是時(shí)間B.高速攝影機(jī)拍攝子彈穿過蘋果瞬間的照片,曝光時(shí)間為106s,這里指的是時(shí)刻C.第5秒內(nèi)指的是4秒末到5秒末這1秒的時(shí)間D.某節(jié)目開播時(shí)間是19點(diǎn),這里指的是時(shí)間答案C2020年12月1日23時(shí)11分,嫦娥五號(hào)探測器成功著陸在月球正面,這里指的是時(shí)刻,A錯(cuò)誤;高速攝影機(jī)拍攝子彈穿過蘋果瞬間的照片,曝光時(shí)間為106s,這里指的是時(shí)間,B錯(cuò)誤;第5秒內(nèi)指的是4秒末到5秒末這1秒的時(shí)間,C正確;某節(jié)目開播時(shí)間是19點(diǎn),這里指的是時(shí)刻,D錯(cuò)誤。解題感悟時(shí)間指的是某事物的發(fā)展過程所對(duì)應(yīng)的一段時(shí)間,在時(shí)間軸上用一段線段表示,而時(shí)刻表示是一瞬間,沒有大小,在時(shí)間軸上,用點(diǎn)來表示。1.(2021河北唐山第十一中學(xué)高一期中)以下的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù),哪一個(gè)指的是時(shí)刻 ()A.火車由唐山到北京需要1小時(shí)15分鐘B.跑百米用時(shí)14秒C.物理考試周四上午9:00點(diǎn)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(shí)15分鐘,1小時(shí)15分鐘是時(shí)間,故A錯(cuò)誤;跑百米用時(shí)14秒,是指某一過程所用的時(shí)間,故B錯(cuò)誤;物理考試上午9:00開始,表示時(shí)刻,故C正確;本次節(jié)目大約需要40分鐘,表示時(shí)長,為時(shí)間,D錯(cuò)誤。2.(2021江蘇淮安高一月考)以下對(duì)話,其含義是指時(shí)刻還是指時(shí)間,其中正確的是 ()A.問:這車什么時(shí)候開?(時(shí)間)B.答:過一會(huì)兒就要開了。(時(shí)刻)C.問:我離開一下,10min就趕回來,行不?(時(shí)間)D.答:你不能晚過車票上的開車時(shí)間。(時(shí)間)答案C“這車什么時(shí)候開”是指時(shí)刻,故A錯(cuò)誤;“過一會(huì)兒就要開了”指的是時(shí)間,故B錯(cuò)誤;“我離開一下,10min就趕回來,行不”指的是時(shí)間,故C正確;“你不能晚過車票上的開車時(shí)間”指的是時(shí)刻,故D錯(cuò)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(shí)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(dòng),不知云與我俱東?！痹谶@首詩中,詩人藝術(shù)性地表達(dá)了他對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)性的理解。關(guān)于詩中所描述的運(yùn)動(dòng)以及參考系,以下說法正確的是 ()A.“云不動(dòng)”是以兩岸為參考系的B.“飛花”是運(yùn)動(dòng)的,不能作為參考系C.“云與我俱東”是以運(yùn)動(dòng)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(shí),會(huì)認(rèn)為“臥看滿天云不動(dòng)”的效果,故A錯(cuò)誤;“飛花”相對(duì)船是運(yùn)動(dòng)的,也可以作為參考系,故B錯(cuò)誤;“臥看滿天云不動(dòng)”是指“云與我”保持相對(duì)靜止,即“云與我”以相同的速度相對(duì)于兩岸向東運(yùn)動(dòng),“云與我俱東”是以兩岸的榆樹或兩岸為參考系的,故C錯(cuò)誤,D正確。2.(2021湖南高一期中)下列說法中表示時(shí)刻的是 ()A.近地衛(wèi)星運(yùn)行周期約為84分鐘B.同步衛(wèi)星運(yùn)行周期約為24小時(shí)C.“高分十三號(hào)衛(wèi)星”于10月12日00時(shí)57分發(fā)射D.“天問一號(hào)”飛行約7個(gè)月才能到達(dá)火星答案C時(shí)刻為時(shí)間軸上的某一時(shí)間點(diǎn),時(shí)間為時(shí)間軸上某兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的間隔,84分鐘、24小時(shí)和7個(gè)月都是時(shí)間,而10月12日00時(shí)57分是時(shí)間軸上的一個(gè)點(diǎn),所以選項(xiàng)A、B、D表示的是時(shí)間,選項(xiàng)C表示的是時(shí)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(diǎn)O'為坐標(biāo)原點(diǎn),豎直向下為正方向建立一維坐標(biāo)系,則繩的底端B的坐標(biāo)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(diǎn)O'為坐標(biāo)原點(diǎn),豎直向下為正方向建立一維坐標(biāo)系,B到O'的距離為1.5m1.2m=0.3m,所以B的坐標(biāo)是x=0.3m,A正確。研究運(yùn)動(dòng)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(duì)地面靜止的物體為參考系。在研究有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)及兩個(gè)以上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí),如果巧妙地選取其中一個(gè)物體作為參考系,那將會(huì)大大簡化解題過程,從而達(dá)到化難為易、事半功倍的效果。1.一個(gè)木箱漂浮在河中,隨平穩(wěn)流動(dòng)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(shí)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(dá)木箱B.下游的小船先到達(dá)木箱C.兩船同時(shí)到達(dá)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(shí)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(shí)到達(dá)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(dá)伏虎橋時(shí),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)