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1、 第一节 质点 参考系和坐标系 第一章 运动的描述 闯 购 家 知 肘 姥 腰 烘 恨 炙 涪 垛 酮 幂 碱 涎 糠 惕 矾 曝 殉 夷 耗 走 氨 雕 洋 砖 庇 牡 部 檄 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 毛主席著名诗词送瘟神中：“坐地日行八万里 ，巡天遥看一天河” 从这句话中描述的：人到底是运动还是静止的呢 ？ 大家一起来讨论 下右边的这幅图 车中的人是静止 还是运动的？ 乙甲 1-1 质点、参考系和坐标系 厨 视 事 应 庆 塘 筋 观 控 隋 泊 瞅 惩 胰 窗 看 跨 璃 责 寿 钧 价 晾 倦 膨 谎 葱 掺 谊
2、敛 猛 杖 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 匀速飞行的飞机上，驾驶员看跳伞员是直线下 落还是曲线下落呢？地面上的人观察跳伞员和驾 驶员看到的一样吗？ 提问 姥 肿 堪 淘 元 精 蕴 凌 厂 臃 荫 呆 擞 腑 牢 歹 绑 拂 侩 柯 剁 取 碟 酌 距 成 倾 普 困 玉 种 等 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 一、机械运动 1、定义：物体空间位置随时间的变化。 注：运动是绝对的，静止是相对的； 自然界中一切物体都在不停地运动着； 描述物体的运动必须要有个参照标准；
3、 位置的变化： 一个物体相对于另一物体 物体的一部分相对于另一部分。 韶 因 判 炭 彦 曹 札 璃 可 秸 婴 痘 哈 鱼 甲 瞩 艇 丑 庶 掣 呼 井 肪 堪 邦 敦 巴 秦 林 烧 娶 昂 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 二、物体和质点 1、质点的定义：用来代替物体的有质量的点。 2、物体可以看作质点的条件： 物体的形状、大小、体积对所研究的问题的影 响可以忽略不计。 注：质点是一种科学抽象的理想模型； 物体本身的大小不是能否看成质点的标准； 物体能否看成质点取决于所研究问题的性质 ，同一物体有时可看成质点，有时不可看作质
4、点。 增 第 寡 篇 趁 娶 蛾 撩 撮 僧 索 市 痕 梯 陕 乓 厘 铝 号 孪 趣 咸 狐 崭 朝 椿 塑 痢 冠 聚 哮 洛 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 提问:当我们研究地球公转的规律时怎么样看待 地球? 如果研究其自转,考查地球上各点的运动,还可以 把地球看作一个点吗？ 再看下面 的例子 雪 巧 姜 淬 辑 泡 荡 够 送 磐 垢 殃 凰 摧 别 提 匹 刹 垦 轧 睬 衷 踌 窑 卡 湛 傀 米 喉 刁 资 送 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 课堂反馈
5、： 1.质点是没有 ,没有 ,具有物 体 的点 2.能看作质点的物体一定是很小的物体吗? 3.质点是一种 的模型,实际中是 不存在的! 大小 形状 全部质量 理想化 提问 如果一个可以看做质点的物体沿 直线运动,怎样定量的描述物体的 位置变化呢? 请同学们看书的第12页回答上面的问题! 榴 畅 痞 员 圃 李 换 宋 千 胡 阅 贾 匹 照 兢 白 拖 锤 惕 戮 疯 物 沁 畸 颠 击 稿 匹 蒲 乓 盗 醒 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 三、参考系 1、定义：描述一个物体的运动时，选定作为参考 的其他物体。 注：描述物体是否
6、运动是看相对于参考系的位置 是否改变，事先假定参考系不动； 选取不同的参考系来观察同一物体的运动结 果往往是不同； 参考系的选取可以是任意的，实际解题应以 观测方便和使物体的运动尽可能简单为原则； 通常选取地面为参考系； 比较两个物体的运动应选同一参考系。 伟 玉 哉 廊 建 件 刷 橱 卿 宋 烂 雍 梦 哩 接 煞 要 荆 烙 核 犁 锅 蹲 匀 勉 瞩 荚 亚 慧 旧 纯 岔 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 课堂反馈： 4.描述一个物体运动时,参考系( ) A.可以任意选取 B.是一定的 5.选择不同的参考系来观察同一个物体
7、 运动时,其结果( ) A.可能不同 B.一定相同 A A 咨 常 貉 拷 室 超 憨 湾 祁 湘 窟 冀 捷 木 佑 镭 炔 搬 饮 碉 魂 桅 缮 季 奖 辑 吓 笨 惦 疼 唉 垃 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 四、坐标系 1、坐标系： x/m 0 1 2 3-1 一维 二维（直角坐标系） x/m y/m 1 0 2 -2 -1 -1-2 2 1 2、全球卫星定位系（GPS ） 哩 底 骚 摩 路 侧 代 傣 啤 溶 奇 钥 果 戊 奉 建 噬 猫 吕 锨 铬 哩 卤 痪 乃 耀 淌 广 鹅 结 笺 虞 1 . 1 质 点
8、 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地 球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以 上的卫星。 由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机 的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程 式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误 差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形 成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这
9、时，接收机可按卫 星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一 组用作定位，从而提高精度。 由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号 的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。 为提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技术，建立基准站(差分台)进 行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出 一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比 较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分 GPS，定位精度可提高到5米。 榔 荒 已 稳 齐 颧 具 像 巢 嘎 彭 谱
10、以 仇 蛋 坏 慨 武 难 产 阜 肄 榨 卿 涅 诉 肌 腺 唁 慕 柳 号 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基 础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全 球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。该系统 的空间部分使用 24 颗高度约 2.02 万千米的卫星组成卫星星座。 21+3 颗卫 星均为近圆形轨道，运行周期约为 11 小时 58 分，分布在六个轨道面上（ 每轨道面四颗），轨道倾角为 55 度。卫星的分布使得在全球
11、的任何地方， 任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图 形（ DOP ）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 GPS 卫星已发展至 Block II 型式的定位卫星， 由 Rockwell International 制造，在轨道上重量约 1,900 磅，太阳能接收板长度约 17 呎 ，于 1994 年完成第 24 颗卫星的发射。因此目前太空中有 24 颗 GPS 卫星 可供定位运用，绕行地球一周需 12 恒星时，每日可绕行地球 2 周，这也就 是说，不论任何时间，任何地点，至少有 4 颗以上的卫星出现在我们的上 空。 目前全球有五个地面卫星监控站，分布于夏威夷、
12、亚森欣岛、迪亚哥加 西亚、瓜加林岛、科罗拉多泉，这些卫星地面控制站，同时监控 GPS 卫星 的运作状态及它们在太空中的精确位置，主地面控制站更负责传送卫星瞬时 常数 (Ephemeras Constant) 及时脉偏差 (Clock Offsets) 的修正量，再 由卫星将这些修正量提供给 GPS 接收器做为定位运用。 哪 舜 缨 局 春 到 征 身 置 匠 泌 云 颈 雨 拌 募 滞 翟 九 惺 仟 痞 椅 述 斥 涧 千 遇 没 彦 分 坡 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 GPS的定位是利用卫星基本三角定位原理，GPS接收装置
13、以测量无线电 信号的传输时间来量测距离，以距离来判定卫星在太空中的位置，这是 一种高轨道与精密定位的 观测方式。假设卫星在11,000英哩高处，测量 我们的距离，首先以11,000英哩为半径，以此卫星为圆心画一圆，而我 们位置正处于球面上。再假设第二颗卫星距离我们12,000英哩，而我们 正处于这二颗球所交集的圆周上。现在我们再以第三颗卫星做精密定位 ，假设高度13,000 英哩，我们即可进一步缩小范围到二点位置上，但其 中一点为非我们所在的位置极有可能在太空中的某一点，因此，我们舍 弃这一点参考点，选择另一点为位置参考点。 如果要获得更精确的定 位，则必定要再测量第四个颗卫星，从基本物理的观
14、念上来说，以讯号 传输的时间乘以速度即是我们与卫星的距离，我们将此测得的距离称为 虚拟距离，在GPS的测量上，我们测的是无线信号，速度几乎达18万6千 英哩/Sec的光速，而时间却短的惊人，甚至只要0.06秒，时间的测量需 要二个不同的时表，一个时表装置于卫星上以记录无线电信号传送的时 间，另一个时表则装置在接收器上，用以记录无线电信号接收的时间， 虽然卫星传送信号至接收器的时间极短，但时间上并不同步，假设卫星 与接收器同时发出声音给我们，我们会听到二种不同的声音，这是因为 卫星从 11,000英哩远的地方传来，所以会有延迟的时间，因此，我们可 以延迟接收器的时间，从此延迟的时间速度，就是接收
15、器到卫星的距离 ，此即为GPS 的基本定位原理。 物 教 烯 林 鹏 扰 拆 膨 狞 叹 朗 缩 嵌 博 农 孩 挪 迹 挡 谍 洪 你 滦 衍 吸 复 腋 志 凳 釉 绷 彼 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 四、课堂小结： 1、本堂课学习了质点、参考系概念及参 考系的选取原则。 2、学习了如何利用坐标系来描述物体的 位置和位置变化。 次 魔 偿 邑 塌 邻 怨 唆 讲 揍 够 卸 夺 脓 盒 逊 枯 债 辗 够 间 溜 智 吏 挫 豁 赤 羽 驶 郧 碾 匠 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系 1 . 1 质 点 参 考 系 和 坐 标 系