细品教材
物体的运动是永恒的,举头可见流星飞逝､白云飘飘,俯首可见花开花落､流水潺潺……我们的日常生活中也是车水马龙､熙熙攘攘､川流不息.
自然界中的运动,形式多样,复杂而又多变,哪些物体静止?哪些物体运动?怎样区别静止和运动?如何把形状各异的物体进行简化研究?

一､物体和质点
情景再现:在我们的日常生活中,运动是很普遍的现象.例如跑步的运动员､疾驰的跑车､飞行的飞机等.但要描述出它们的运动情况,未必像你想象的那样简单.就拿运动员的跑步来说吧,运动员跑步时左右臂在摆动､双腿在交替迈动､肌肉组织在伸缩运动､肺叶在做扩张和收缩运动､血液在全身的流动……从这个层面来讲,描述物体的运动几乎是不可能的.那么物理学是怎样描述和研究运动呢?

状元笔记
质点没有大小和形状,因为它仅仅是一个点.但是质点一定有质量,因为它代表了一个物体,是一个实际物体的理想化的模型.质点的质量就是它所代表的物体的质量.
要点详解
1.质点:当物体的大小和形状对所研究的问题而言影响不大或没有影响时,为研究问题方便,可忽略其大小和形状,把物体看做一个有质量的点,这个点叫做质点.
2.物体可以看成质点的条件:
(1)物体的形状､大小以及物体上各部分运动的差异对所研究的问题的影响可以忽略不计时,就可以把物体当作质点.
(2)平动的物体可以视为质点
平动的物体上各个点的运动情况都完全相同的物体.这样,物体上任一点的运动情况与整个物体的运动情况相同,可用一个质点来代替整个物体.
3.质点的物理意义:质点是一种理想化的模型,是对实际物体的科学近似,将物体看成质点是研究物理问题的一个重要方法,它抓住主要矛盾,忽略次要因素,使具体问题得到简化､便于解决.
拓展延伸:在物理研究中,“理想模型”的建立,具有十分重要的意义.引入“理想模型”,可以使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差.在现实世界中,有许多实际的事物与这种“理想模型”十分接近,在一定条件下,作为一种近似,可以把实际事物当作“理想模型”来处理,即可以将研究“理想模型”的结果直接地应用于实际事物.例如在研究地球绕太阳公转的运动时,由于地球的直径(约1.3×10⁴ km)比地球和太阳之间的距离(约1.5×10⁸ km)小得多,地球上各点相对于太阳的运动可以看做是相同的,即地球的形状､大小可以忽略不计.在这种情况下,就可以直接把地球当作一个“质点”来处理.
二、机械运动
1.机械运动
(1)定义:物体相对于其他物体位置的变化,叫做机械运动,简称运动.
状元笔记
机械运动是自然界中最简单､最基本的运动形式,一切复杂的运动都包含着机械运动,因此研究机械运动是研究各种复杂运动的基础.

自然界中任何物体都在不停地运动,例如飘动的白云形成各种美丽的图案,流动的空气形成风,奔腾的小溪形成河流.大到宇宙中各个星系,小到原子内部的电子和原子核,都处于不停的永恒的运动中.运动是绝对的,静止是相对的.表面上看起来静止的物体实际上也处于不断的运动之中.我们通常说房屋､桥梁等是静止的,这是相对于地面而言的,殊不知地球既自转又绕太阳公转,所以房屋､桥梁等也随地球在宇宙中运动.

(2)运动的分类:分类的标准不同,机械运动的分类结果不同.按照物体上任意两点间的连线的方向是否变化,机械运动分平动和转动;按照物体的运动轨迹,机械运动分为直线运动和曲线运动;按照物体的速度是否变化,机械运动分为匀速运动和变速运动.
示例:下列哪些现象是机械运动(  )

A.“嫦娥一号”绕月球运转过程

B.搭载“嫦娥一号”卫星的长征三号甲运载火箭上升过程

C.汽车发动机气缸中活塞的往复运动过程

D.汽车发动机气缸中汽油燃烧过程

解析:选项A､B､C中,卫星､火箭､活塞都相对于其他的物体位置发生变化,三个现象都是机械运动.汽油燃烧过程,发生了化学变化,不属于机械运动.
答案：ABC
2.参考系
情景再现:大雨过后,月亮露出了她美丽的笑脸,但是云尚未完全散去,这时我们往往能够看到月亮在云中穿行的美丽画面.然而过了一段时间,月亮仍挂在天空原来的位置.这是为什么呢?

状元笔记
只有选择了参考系,说某个物体是运动还是静止､物体怎样运动才变得有意义.参考系的选择是研究运动的前提,是一项基本技能.
要点详解
1.参考系的定义:描述物体的运动时,用来做参考的另外的物体.
2.对参考系的理解:
(1)物体是运动还是静止,都是相对于参考系而言的.例如,肩并肩一起走的两个人,彼此就是相对静止的,而相对于路边的建筑物,他们却是运动的.
(2)同一运动,选择不同的参考系,观察结果可能不同.例如,司机开着车行驶在高速公路上,以车为参考系,司机是静止的,以路面为参考系,司机是运动的.
(3)比较物体的运动,应该选择同一参考系.
(4)参考系可以是运动的物体,也可以是静止的物体.
示例:以下说法正确的是(  )
A.参考系就是不动的物体
B.任何情况下,只有地球才是最理想的参考系
C.不选定参考系,就无法研究某一物体是怎样运动的
D.同一物体的运动,对不同的参考系可能有不同的观察结果
解析:参考系是为研究一个物体的运动而用来选作标准的另外的物体.例如,研究行驶中火车上的乘客的运动情况,若取火车为参考系,火车就假定为是不动的;但是,以地面为参考系时,火车也是运动的.参考系的选取是任意的,一般应考虑到使所研究的运动描述起来尽可能简便.当研究火星的公转时,以太阳为参考系比以地球为参考系要方便得多.不选取参考系,就无法描述物体的位置变化,就无法说明其是怎样运动的.
答案:CD
3.运动的相对性
(1)对一个运动的描述结果,取决于所选的参考系,选取的参考系不同,对同一个运动的描述往往也不同,例如航天飞机给在轨运行的国际空间站运送物资,当航天飞机与国际空间站对接后,以航天飞机为参考系,国际空间站是静止的,若以地球为参考系,空间站是绕地球做圆周运动的.

(2)如果两个运动物体的运动快慢和运动方向相同,则两个物体间的相对位置不发生变化,这时我们说两个物体间是相对静止的.上面的例子中,航天飞机与空间站对接后,彼此间的相对位置不发生变化,两者是相对静止的关系.

(3)我们通常说某物体是静止的,就是相对静止,绝对静止是不存在的.例如说树木静止是相对地面而言的,说桥梁静止是相对路面而言的,说乘客静止是相对汽车而言的.然而无论树木､桥梁或是乘客都随地球的运动而运动.
状元笔记
在空间和时间中才能研究机械运动,在确定的参考系中才能描述机械运动,空间和时间是描述和研究物体运动的依托,参考系是描述运动的依据.
示例:1990年,哈勃太空望远镜成功发射,但是它发回第一张某天体的照片却模糊不清.研究表明,是望远镜的镜面不规则所致.然而哈勃太空望远镜在太空中以数千米每秒的速度运行,人类是怎样在保持太空望远镜正常运行的情况下进行修复,同时又保证有关人员安全的呢?

解析:太空望远镜约以数千米每秒的速度高速运动,这是以地球为参考系进行描述的结果.假如进行修复的工作人员具有和望远镜相同的速度,且运动方向相同,则两者相对静止,望远镜对于人没有相对运动,等同于将望远镜静放在地面上由人修复一样,相对人静止的物体不会对人有伤害作用.所以,用航天飞机将人送入太空,并将人的速度提高到和太空望远镜的速度相同,当航天飞机与太空望远镜靠近时,人从航天飞机中走出,进入望远镜进行修复.

答案:用航天飞机将人送入太空,并将人的速度加速到和太空望远镜的速度相同,使两者接近时相对静止.
三､坐标系
情景再现:现代陆上和水上交通大多用GPS定位系统确定交通工具的位置.GPS定位系统通过太空中的卫星测量出交通工具在地球上的经纬度,准确地给出它们的位置所在.

状元笔记
画坐标系时,须标上原点､画出正方向,对坐标轴进行标度并注明单位.
要点详解
1.坐标系物理意义:在参考系上建立适当的坐标系,从而定量地描述物体的位置及位置变化.
2.坐标系分类:
(1)一维坐标系(直线坐标系):适用于描述质点做直线运动.研究沿一条直线运动的物体时,要沿着运动直线建立直线坐标系,即以物体运动所沿的直线为x轴,在直线上规定原点､正方向和单位长度.
例如:汽车在平直公路上行驶,其位置可用离车站(坐标原点)的距离(坐标)来确定.
(2)二维坐标系(平面直角坐标系):适用于质点在平面内做曲线运动.例如:运动员推铅球,以铅球离手时的位置为坐标原点,沿铅球初速方向建立x轴.竖直向下建立y轴,铅球的坐标为铅球离开手后的水平距离和竖直距离.
(3)三维坐标系(空间直角坐标系):适用于物体在三维空间的运动.例如:篮球在空中的运动.
示例:在某学校的公路越野赛中,甲同学向老师汇报说:从学校门口起点出发以后,当乙同学跑到1000 m标记处时,丙同学在乙前面40 m处,而丁同学落后丙同学60 m,戊同学又落后丁同学20 m.请你建立一个坐标系,分别标出此时乙､丙､丁､戊四个同学的位置.(假设越野赛的路线为直线)
解析:由于运动路线是直线,只需用一维坐标系就可以表示这四个同学的位置.
如图所示.


归纳整理
质点､参考系和坐标系是运动学乃至整个力学的最基本最重要的概念,质点是为了研究问题的方便而引入的理想化模型.质点的运动是相对的,为了描述运动而假定为不动的物体为参考系,坐标系则是参考系中各个点的定量表示.本节重点内容是对质点概念的理解以及研究问题时如何选取参考系.


思考发现
1.描述物体是否运动首先要选择一个参考系,以此为标准来衡量物体是运动的还是静止的,参考系一旦选定,物体的运动情况也就确定了.
2.运动物体能不能作为质点处理,不是由它的几何尺寸决定的,而是根据研究问题的需要,当物体的大小和形状对所研究的问题的影响可以忽略不计时,物体可以视为质点.
3.物体做何种运动,是相对于参考系而言的,物体是否运动,要看物体相对于参考系的位置是否有变动.
4.处理参考系的问题时,要注意思维的全面性及深刻性,同一物体,选择不同的参考系有时会得到截然不同的结论.

科技物理
描述天体运动的参考系
观察和研究天体的运动，需要采用多种参考系，有时需要以某一颗行星、某一颗卫星为参考系，有时需要以想象的某一个刚性框架(一组夹角恒定的射线)为参考系．
1．银河系中心—河外星系参考系
从银河系中心向其他星系的中心，可以引许多射线．两个相邻的星系之间的距离在变化着，但在相当长的时间内，比如几百年内，距离的变化比起原来的数值可以忽略不计，因此上述射线彼此间的夹角，在相当长时间内几乎不变．这组射线组成的参考系，可以称为银河系中心—河外星系参考系．
在银河系中心—河外星系参考系中，银河系的所有天体都满足动力学定律的基本表述．但是，要把地面参考系中对行星、卫星的观察资料转换为这个参考系中的数据，以及反过来转换，计算量都十分大，所以实际上不在这个参考系中描述和定量分析行星、卫星的运动．
2．日心—恒星参考系
从银河系中一颗恒星(暂时不考虑双星)的中心，可以向其他恒星(暂时不考虑双星)引一系列的射线．这些射线彼此间的夹角几乎不变．这些射线(比如这些射线中的两两垂直的三条射线)可以组成一个参考系，从太阳中心引出的，称为日心—恒星参考系，从比邻星中心引出的，称为比邻星中心—恒星参考系．在日心—恒星参考系中，太阳系内的所有物体，都满足动力学的基本表述，八大行星的运动情况如开普勒三定律所描述．
3．地心—恒星参考系
从太阳系内的一颗行星的中心，向太阳系外的恒星引一系列的射线，这些射线可以组成一个参考系，从地球中心引出的，称为地心—恒星参考系，从木星中心引出的，称为木星中心—恒星参考系．

除以上三个主要参考系之外，还有月球中心—恒星参考系等．

经典例题
基础知识题型
一､判断可否将物体视为质点的条件
例1:以下运动物体可视为质点的是(  )
A.正在做体操表演的运动员
B.火车从北京开往上海计算运行时间
C.火车通过某一路标时计算所用时间
D.研究地球公转问题中的地球




例2:下列说法正确的是(  )
A.运转中的地球不能看做质点,而原子核可以看做质点
B.研究火车通过路旁一根电线杆的时间时,火车可看做质点
C.研究2009横滨乒乓球世锦赛男单冠军王浩打出的乒乓球时,不能把乒乓球看做质点
D.研究在平直的高速公路上飞驰的汽车的速度时,可将汽车看做质点




综合拓展题型
二､参考系的选择与转换
例3:甲､乙､丙三人乘一个热气球,甲看到楼房匀速上升,乙看到甲匀速上升,甲看到丙匀速上升,丙看到乙匀速下降.那么,从地面上看,甲､乙､丙的运动情况可能是(  )
A.甲､乙匀速下降,丙停在空中
B.甲､乙匀速下降, ,丙匀速上升
C.甲､乙匀速下降,,丙匀速下降,且
D.以上说法均不对




例4:两列火车平行地停在一站台上,过了一会,甲车内的乘客发现窗外树木在向西移动,乙车内的乘客发现甲车仍没有动,如以地面为参考系,上述事实说明( )
A.甲车向东运动,乙车不动
B.乙车向东运动,甲车不动
C.甲车向西运动,乙车向东运动
D.甲､乙两车以相同的速度向东运动




探究创新题型
三､坐标系的应用
例5:为了确定一辆行驶在北京长安街上的汽车的位置,我们可以取x轴表示长安街的东西方向,x轴的正方向指东,并且取天安门前的旗杆作为坐标轴的原点,那么汽车的位置就由它的坐标完全确定了.若汽车的坐标是1 km,则表示汽车处于什么位置?汽车的坐标是-2 km呢?




综合探究
一､运动的绝对性与相对性
从哲学的角度看,运动和物质是不可分割的,运动是物质存在的形式.世界上一切物质都是处于永恒的运动之中,除了运动着的物质之外,自然界中也就不存在任何东西了.宇宙间的任何物体都在永不停息地运动着.所以,在哲学上谈物质存在的形式时,说运动是绝对的.这里所说的运动,包括一切变化,而不仅局限于位置的变化,这就是运动的绝对性的含义.
在物理学中,描述每个具体物体的机械运动情况时,首先都要选定一个参考系(参照物).描述同一个物体的运动,会因为所选择的参考系不同,而得出不同的结论.运动的相对性是就这一事实而说的.概括起来说,运动的绝对性,是哲学上就物质存在形式而言的;运动的相对性,是物理学中从描述机械运动的角度来说的.
二､参考系的选择原则
选择参考系是对运动进行描述和研究的前提.对于同一个运动过程,当观察者选择的参考系不同时,其对运动过程的描述可能是不同的,对运动描述的繁简程度也可能是不同的.例如,从匀速飞行的飞机上向地面空投物资,飞机上的人以飞机为参考系,看到投下的物体是沿直线竖直下落的;而地面上的人以地面为参考系,看到的物体是沿曲线下落的.
从运动学的角度看,参考系的选取原则上是任意的.当然,要比较不同物体的运动,必须选取同一个参考系.对一个具体的运动学问题,为了追求对问题描述的简洁性,我们应从方便出发,将简化对运动的描述作为选择参考系的一个基本原则(除非问题中对参考系有特别的要求).
在研究地球上物体的运动时,一般情况下选取地球或相对地球静止的物体为参考系.若取地球或相对地球静止的物体为参考系,一般不需加以说明;但若选取另外物体为参考系,则应明确说明.