质点参考系和坐标系》课件新人教版必修

质点参考系和坐标系物理学中，质点参考系和坐标系是描述物体运动的基础质点参考系用于确定物体的位置，而坐标系则是将质点参考系中的位置用数学方法表示物理学中的参考系描述运动的基础相对性参考系是描述物体运动的参照物体的运动状态是相对的，依系，用于确定物体的相对位置赖于所选择的参考系和运动状态运动的描述参考系提供了描述物体运动所需的坐标系，用于确定物体的位置、速度和加速度分类和特征惯性参考系惯性参考系是牛顿力学的基础，是描述物体运动的基础非惯性参考系非惯性参考系是指相对于惯性参考系做加速运动的参考系地球参考系由于地球自转和公转，地球参考系实际上是近似的惯性参考系任意参考系的笛卡尔坐标系在物理学中，参考系是描述物体运动的基准笛卡尔坐标系是一种常用的参考系，它由三条互相垂直的直线组成，分别称为轴、X Y轴和轴任何一个点都可以用三个坐标值来表示，分别对应于Z该点在三个轴上的投影笛卡尔坐标系可以是直角坐标系，也可以是斜角坐标系在直角坐标系中，三个坐标轴互相垂直；在斜角坐标系中，三个坐标轴不互相垂直直角坐标系更常用，因为它更简单易懂笛卡尔坐标系的定义坐标原点坐标轴

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2.12坐标系中一个固定点，通常过坐标原点的三条相互垂直用字母表示的直线，通常用、、O X Y Z表示坐标轴方向单位长度

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4.34每个坐标轴都有一个正方向在每个坐标轴上选取一个单，通常用箭头表示位长度，用来测量空间点的位置三个坐标轴的正方向确定坐标轴的正方向，采用右手定则将右手拇指指向轴正方向，其余四指弯曲，指向轴正方向，则四指所z x指的方向即为轴的正方向y空间直角坐标系三维坐标系坐标原点空间点坐标空间直角坐标系包含三个相互垂直的坐三条坐标轴的交点称为坐标原点，用空间中的任意一点可以用三个坐标值O P标轴，即轴、轴和轴表示来表示，它们分别代表该点在XY Z x,y,z X轴、轴和轴上的投影Y Z坐标轴的正负方向正方向负方向坐标轴的正方向通常由箭头表示，表示该轴上的正值方向坐标轴的负方向与正方向相反，位于箭头所指方向的相反方向在直角坐标系中，坐标轴的正方向通常遵循右手定则，即拇指在直角坐标系中，坐标轴的负方向也遵循右手定则，即拇指指指向轴正方向，食指指向轴正方向，中指指向轴正方向向轴负方向，食指指向轴负方向，中指指向轴负方向x y z x yz坐标点表示方式坐标轴上的数值有序数对坐标值坐标点的位置由它在每个坐标轴上的数二维空间中，坐标点用表示，其中三维空间中，坐标点用表示，分x,y x,y,z值表示和分别代表轴和轴上的值别代表轴上的值x y x yx,y,z二维坐标系二维坐标系是在平面上建立的坐标系，用于描述平面上点的坐标它由两条相互垂直的直线组成，称为坐标轴水平的坐标轴称为横坐标轴，垂直的坐标轴称为纵坐标轴二维坐标系是描述平面图形位置和运动的常用工具，在数学、物理、工程等领域有着广泛的应用坐标轴正负分布在二维坐标系中，坐标轴的正负方向是固定的，可以理解为两个方向的规定轴向右为正方向，向左为负方向；轴向上为正方向，向下为负方向x y12x轴正方向x轴负方向向右向左34y轴正方向y轴负方向向上向下坐标平面的四个象限坐标平面被两条互相垂直的坐标轴分成四个象限，通常用罗马数字、、和表示I II III IV第一象限中，横坐标和纵坐标都为正；第二象限中，III横坐标为负，纵坐标为正；第三象限中，横坐标和纵坐标III都为负；第四象限中，横坐标为正，纵坐标为负IV坐标点的表示坐标值坐标轴正负

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2.12坐标系中，一个点的位置由坐标值的正负号表示点在各三个坐标值决定，分别是个坐标轴上的相对位置，例X坐标、坐标和坐标如，正值表示点在坐标轴的YZ正方向上空间位置

3.3三个坐标值共同确定了空间中该点的位置，可以将坐标点用（x,y,）表示z位置矢量和位置坐标位置矢量位置坐标关系位置矢量表示从参考系原点指向质点的位置坐标是描述质点在参考系中的具体位置矢量和位置坐标相互对应，位置矢有向线段，反映了质点相对于参考系原位置，由参考系中每个坐标轴上的数值量的方向和大小由位置坐标决定点的方向和距离表示坐标原点和坐标轴的选择坐标原点是参考系中的一个固定点，是坐标轴的方向选择要与研究问题的方向描述物体位置的基准点一致坐标原点的位置选择可以根据研究问题例如，研究一个物体在水平面上运动，的需要进行选择可以选择水平方向为轴，垂直方向为x y轴平面直角坐标系平面直角坐标系象限坐标点平面直角坐标系由两条相互垂直的数轴平面直角坐标系将平面分为四个象限，平面内任意一点的坐标可以用一个有序P构成，分别称为轴和轴，它们交点称第一象限为轴和轴的正半轴所形成的数对表示，其中为点在轴上的x yxyx,yxP x为原点，是描述平面内点位置的一种方区域，其余三个象限以此类推投影，为点在轴上的投影y Py式极坐标系极坐标系是用来表示平面上点位置的一种坐标系它采用一对坐标来表示点的位置第一坐标是极径，表示点到原点的距离；第二坐标是极角，表示点与极轴之间形成的角度它是一种二维坐标系，应用于物理学和工程学中极坐标系的定义极坐标系极径描述平面中点的位置的一种坐标系，以原点为极点，一条射线从极点到点的距离，用符号表示，为非负实数r r为极轴，用一个角度和一个距离来表示平面上的一个点极角极坐标表示从极轴到极径的夹角，用符号表示，的取值范围为到一个点的极坐标表示为θθ0r,θ度或到弧度36002π极坐标与直角坐标的转换123极坐标直角坐标转换极坐标系使用距离原点的距离（）和与直角坐标系使用水平轴（）和垂直轴将极坐标转换为直角坐标需要使用三角r x水平轴的角度（）来定义点的位置（）来定义点的位置函数，反之亦然这两种坐标系可以相θy互转换，以便更好地理解和分析物理问题极坐标的应用导航系统例如，飞机、船舶和卫星的导航系统经常使用极坐标来表示位置信息天文学在天文学中，极坐标用于表示恒星、行星和其他天体的距离和方向信号处理在信号处理中，极坐标可用于分析信号的频率和幅度，从而识别和分离不同的信号成分质点的位移和位置描述位移的概念位置的描述位移描述的是质点在空间中的位置变化质点的位移可以用来描述质点在空间中，是连接质点初末位置的直线向量位的位置变化，但是它不能描述质点在空移只取决于起点和终点，与运动路径无间中的具体位置描述质点位置需要一关个参考系，通常用坐标系来表示位移矢量的表达矢量箭头坐标表示

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2.12位移矢量可以用带有箭头的用始末位置的坐标差表示位线段表示，箭头指向位移的移矢量，例如位移矢量Δr方向，线段的长度表示位移=x2-x1,y2-y1,z2-z1的大小矢量符号

3.3用矢量符号表示位移矢量，例如，其中箭头表示矢量的方向Δr位移的大小和方向位移的大小位移的方向矢量性位移的大小指的是物体运动的路径长位移的方向是指物体运动的路径方向位移是一个矢量，它具有大小和方向度它是指物体在空间中运动时，起，即从起始点到终点的方向因此，在描述位移时，需要同时指始点到终点的直线距离它反映了物明它的大小和方向体运动的距离质点在平面中的位移在平面上，质点从初始位置移动到最终位置的过程称为位移位移是矢量，具有大小和方向位移的大小是指质点移动的直线距离，方向是指从初始位置指向最终位置的直线方向位移在不同参考系中的表达相对性运动的描述

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2.12位移是相对于参考系而言的参考系的选择会影响对运动，不同的参考系，同一个物的描述，不同的参考系可能体的位移可能不同得到不同的运动描述物理现象

3.3参考系的改变会影响对物理现象的观察，例如在运动的火车上抛球，观察者在火车上和地面上会看到不同的抛物线轨迹速度概念和描述速度是描述物体运动快慢和方向的物理量它表示物体在单位时间内运动的距离和方向，通常用矢量表示，用字母表示“v”速度是一个矢量，它的大小和方向都可以改变速度的大小称为速率，单位是米每秒或千米每小时m/s km/h速度是一个描述运动状态的物理量物体的速度发生改变，意味着物体的运动状态发生改变速度是描述运动状态变化的物理量速度在不同参考系中的表达火车上的乘客飞机上的乘客汽车里的乘客站在火车上的人看到自己没有运动，但对于飞机上的乘客来说，自己相对飞机在汽车中，乘客相对于汽车是静止的，站在地面上的人看到火车上的乘客是运是静止的，但对于地面上的人来说，飞而相对于地面上的观察者，乘客是运动动的机上的乘客是运动的的加速度概念和描述加速度的定义加速度的公式加速度是描述物体速度变化快慢的物理量它是一个矢量，既加速度的公式为，其中是加速度，是末速度a=v-u/t av有大小也有方向，是初速度，是时间u t加速度的大小是指速度变化量与发生变化所用时间的比值，方加速度的单位是米每平方秒m/s²向与速度变化量的方向相同加速度在不同参考系中的表达相对性原理加速度的相对性在不同的参考系中，同一个物加速度是描述物体运动状态变体的加速度可能是不同的，这化快慢的物理量，其大小和方取决于参考系的速度向都与参考系有关惯性参考系在惯性参考系中，加速度是描述物体运动状态变化快慢的物理量，其大小和方向都与参考系无关总结与思考本节课我们学习了参考系、坐标系以及位移、速度、加速度等物理量在不同参考系中的描述方法通过学习，我们了解到参考系的选择会影响对物理量的描述，需要根据具体情况选择合适的参考系进行分析。