U1 运动的描述

U1-1 质点参考系¶

什么是质点？

把「质点」两字拆开来看，「质」即质量，「点」就是点。那么「质点」就可以被理解为一个有质量的点。具体地说，质点是一个「只有质量，没有体积和大小的理想模型」。

关于「理想模型」

在物理学中，突出问题的主要因素，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法。

利用生活常识我们可以知道，在现实生活中，理想模型是不存在的。例如初中阶段提到的「光滑地面」「忽略滑轮与绳子的摩擦力」「干电池电压恒定」等等。理想模型是为了方便我们进行科学研究而被人为创造出来的。

什么时候我们可以把物体抽象成一个质点？

在某些情况下，当物体的大小和形状不影响我们研究问题，则可以把物体抽象为一个质点。还有一种情况，虽然不能忽略物体的大小和形状，但是物体上各点的运动情况完全相同。整个物体的运动就可以被抽象成一个质点的运动。

下面举出几个典例以方便读者理解。

典例1：松鼠搬家

研究松鼠搬家的轨迹时，我们不需要考虑松鼠的体型、颜色、性别等无关因素，也无需考虑松果的大小、成熟度、有无裂纹等无关因素。此时我们就可以将松鼠和它的“行李”抽象成一个质点。

典例2：地球

在研究地球公转的轨迹时，我们不需要了解地球自转的情况，只需将地球作为一个点来研究其围绕太阳运动的路径。在这种情况下，我们就可以将地球看作一个质点。

典例3：火车

在研究火车过桥的轨迹时，火车的运动路程应当为车长+桥长。在这种情况下，火车的长度与问题有关，故不能忽略其形状，所以火车此时不能被当做质点。

而在研究火车从漠河到海南的轨迹时，火车的运动路径约为 \(5000km\) 。在这种条件下，火车的长度与研究的距离的大小相比可以忽略不计，火车的形状不会影响问题的研究，那么此时火车就可以被抽象成质点。

例题

例：以下可以看成质点的有()

A.研究舞蹈演员表演芭蕾舞中的旋转动作

B.计算火车经过10米的铁桥所用的时间

C.火车从北京到福州路程

D.研究体操运动员丰富的表演过程

阅读完教材我们可能会发现，高中物理中所提到的「参考系」的概念和初中物理中提到的「参照物」很类似。

为了用数值表达一个物体的位置，可在参考系上设置坐标系，称为参考坐标系。

而参考系和参照物的差别，就在于是否有建立参考坐标系。物体作为参照物时，我们只能描述另一物体是否在运动。而物体作为参考系时，我们就可以建立坐标系，并精确地用数值描述物体运动的方向、速度等。

参考系具有任意性。任何物体都可以用来做参考系。在选取参考系时，应当按照问题的实际情况选取适当的参考系。

参考系具有标准性。为了方便研究物体的运动，我们通常假定参考系不运动。一般来说，在讨论地面上物体的运动时，通常选取地面作为参考系，因为大地在人类的认知中是不运动的，选取地面作为参考系方便我们理解。

参考系具有差异性。一个运动在不同参考系中的表现形式是不同的。例如，在火车行驶过程中，车厢里的座椅相对于坐在座椅上的人来说是静止的，而相对于地面来说是运动的。