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高一物理必修1质点、参考系和坐标系

［要点导学］

本章章首语中有一句最核心的话：“物体的空间位置随时间的变化……称为机械运动〞，即“机

械运动〞〔以后往往简称为运动〕的定义。“质点〞，就是其中“物体〞的一种最简单模型；而

“参考系、坐标系〞是确定位置与其变化的工具。

１．质点：在某些情况下，在研究物体的运动时，不考虑其形状和大小，把物体看成是一个具

有质量的点，这样的物体模型称为“质点〞。

需要注意的是，⑴“质点〞是一种为了研究方便而引入的“理想模型〞，是一种最简单的模型

〔以后还会遇到刚体模型、弹性体模型、理想流体模型、理想气体模型等等〕。⑵既然是模型，

就不可能在任何情况下都能够代替真实的物体。因此，要通过教材、例题与习题，知道什么情

况下可以用质点模型，要逐渐积累知识，而不必一开始就去死记硬背。

２．参考系：为了研究物体的运动，被选来作为对照〔参考〕的其他物体称为“参考系〞。〔以

前的中学物理教科书上称为“参照物〞，也很直观易懂。〕

研究物体运动时需要参考系的意义在于，⑴有了参考系，才能确定物体的位置；⑵选定了参考

系后，才能知道和研究物体的运动。试设想，在茫茫的大海里，水天一色，如果没有太阳或星

辰作参考，水手根本无法确定自己船舰的位置和向什么方向运动。⑶参考系选得不同，如此对

同一个物体的运动作出的结论也不同〔见课本和后面例题〕。

通常在研究地面上物体的运动时，如果不声明参考系，如此默认以地面为参考系。

３．坐标系：为了定量研究运动，必须在参考系上建立坐标系，这样才能应用数学工具来研究

运动。

如果物体沿直线运动，可以在这条直线上规定原点、正方向和单位长度，即以这条直线为坐标

轴〔x轴〕。这样物体的位置就可以用一个坐标值〔x〕来确定。

如果物体在一个平面内运动，如此需要建立平面坐标系。用两个坐标值〔x，y〕来确定物体的

位置。

［范例精析］

例1在研究火车从某某站到苏州或南京站的运动时间〔通常只须准确到“分〞〕，能不能把火

车看成质点？在研究整列火车经过一个隧道的时间〔通常准确到“秒〞〕，能不能把火车看成质

点？由此你得出什么看法？

解析：前者可以，后者不可以。前者由于火车的大小〔长度〕带来确实定时间方面的误差比拟

小，可以忽略不计；而后者却必须考虑火车的长度。由此可见，能否看成质点与巴物体看成知

道后带来的误差大小有关。

拓展：当然，以“误差大小〞来决定是否能够应用“质点模型〞只是一个方面。更多的情况下不

能用质点模型是因为有别的更加根本的原因。例如，在研究地球自转、杠杆受力矩而转动等物

体转动的问题时，就不能把地球、杠杆看成质点。很小的物体也不一定就能看成是质点。例如，

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在研究原子的结构时，原子尽管很小，也不能看成是质点。

对于常见的物体的复杂运动——既有整体的移动、又有绕物体上某点的转动，比如快速打出去

的一个弧圈球，在研究它能否过网时，我们可以暂时不考虑其转动，即先把它当作质点，研究

其球心运动轨迹。这种把复杂运动分解成几个简单运动“逐个击破〞研究的方法是很有效的。

例2敦煌曲子词中有一首：“满眼风光多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行〞．请

用物理学知识解释“山走来〞和“山不动，是船行〞。你由此又得到什么看法？

解析：作者得出“山走来〞是以自己〔即船〕作为参考系；得出“山不动，是船行〞如此是以大

地为参考系。

可见参考系不同，对于物体运动的结论是不同的。

拓展：其实，对于不同的参考系，非但得出某物体是运动还是静止的结论可能会不同，其他一

些结论〔例如运动的方向、速度有多大、是直线运动还是曲线运动等〕也会不同。前者见例3，

后者见教科书P12。

例3A、B两辆汽车在一条东西方向的直路上向东行驶，假设以地球为参考系，A速度为6m/s，

B速度为10m/s。⑴假设以A为参考系，B