高一物理質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系課件.ppt

,第一章,1.1質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系,上饒縣中學(xué)物理組 周小華,毛主席著名詩詞送瘟神中：“坐地日行八萬里，巡天遙看一天河”,從這句話中描述的：人到底是運(yùn)動(dòng)還是靜止的呢？,大家一起來討論下右邊的這幅圖車中的人是靜止還是運(yùn)動(dòng)的？,1-1 質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系,勻速飛行的飛機(jī)上，駕駛員看跳傘員是直線下落還是直線下落呢？地面上的人觀察跳傘員和駕駛員看到的一樣嗎？,一、機(jī)械運(yùn)動(dòng) 1、定義：物體空間位置隨時(shí)間的變化。 2、注：運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，靜止是相對(duì)的； 自然界中一切物體都在不停地運(yùn)動(dòng)著； 描述物體的運(yùn)動(dòng)必須要有個(gè)參照標(biāo)準(zhǔn)； 位置的變化： 一個(gè)物體相對(duì)于另一物體 物體的一部分相對(duì)于另一部分。,二、參考系 1、定義：描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，選定作為參考的其他物體。 2、注：描述物體是否運(yùn)動(dòng)是看相對(duì)于參考系的位置是否改變，事先假定參考系不動(dòng)； 選取不同的參考系來觀察同一物體的運(yùn)動(dòng)結(jié)果往往是不同； 參考系的選取可以是任意的，實(shí)際解題應(yīng)以觀測(cè)方便和使物體的運(yùn)動(dòng)盡可能簡單為原則； 通常選取地面為參考系； 比較兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)應(yīng)選同一參考系。,課堂反饋：,1.描述一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí),參考系( ) A.可以任意選取 B.是一定的,2.選擇不同的參考系來觀察同一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí),其結(jié)果( ) A.可能不同 B.一定相同,A,A,提問:當(dāng)我們研究地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律時(shí)怎么樣看待 地球?,如果研究其自轉(zhuǎn),考查地球上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),還可以把地球看作一個(gè)點(diǎn)嗎？,再看下面的例子,三、物體和質(zhì)點(diǎn) 1、質(zhì)點(diǎn)的定義：用來代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)。 2、物體可以看作質(zhì)點(diǎn)的條件： 物體的形狀、大小、體積對(duì)所研究的問題的影響可以忽略不計(jì)。 3、注：質(zhì)點(diǎn)是一種科學(xué)抽象的理想模型； 物體本身大小不是能否看成質(zhì)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)； 物體能否看成質(zhì)點(diǎn)取決于所研究問題的性質(zhì)，同一物體有時(shí)可看成質(zhì)點(diǎn)，有時(shí)不可看作質(zhì)點(diǎn)。,課堂反饋：,3.質(zhì)點(diǎn)是沒有 ,沒有 ,具有物體 的點(diǎn),4.能看作質(zhì)點(diǎn)的物體一定是很小的物體嗎?,5.質(zhì)點(diǎn)是一種 的模型,實(shí)際中是不存在的!,大小,形狀,全部質(zhì)量,理想化,如果一個(gè)物體可以看做質(zhì)點(diǎn)的物體沿直線運(yùn)動(dòng),怎樣定量的描述物體的位置變化呢?,請(qǐng)同學(xué)們看書的第12頁回答上面的回題!,四、坐標(biāo)系 1、坐標(biāo)系：,2、全球衛(wèi)星定位系（GPS）,24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星。 由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測(cè)中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置(X,Y,Z)?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。 事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。 由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對(duì)流層、電離層對(duì)信號(hào)的影響，以及人為的SA保護(hù)政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技術(shù)，建立基準(zhǔn)站(差分臺(tái))進(jìn)行GPS觀測(cè)，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測(cè)值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對(duì)外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測(cè)值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。,全球定位系統(tǒng)屬于美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。該系統(tǒng)的空間部分使用 24 顆高度約 2.02 萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。 21+3 顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為 11 小時(shí) 58 分，分布在六個(gè)軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為 55 度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時(shí)間都可觀測(cè)到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（ DOP ）。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?GPS 衛(wèi)星已發(fā)展至 Block II 型式的定位衛(wèi)星， 由 Rockwell International 制造，在軌道上重量約 1,900 磅，太陽能接收板長度約 17 呎，于 1994 年完成第 24 顆衛(wèi)星的發(fā)射。因此目前太空中有 24 顆 GPS 衛(wèi)星可供定位運(yùn)用，繞行地球一周需 12 恒星時(shí)，每日可繞行地球 2 周，這也就是說，不論任何時(shí)間，任何地點(diǎn)，至少有 4 顆以上的衛(wèi)星出現(xiàn)在我們的上空。 目前全球有五個(gè)地面衛(wèi)星監(jiān)控站，分布于夏威夷、亞森欣島、迪亞哥加西亞、瓜加林島、科羅拉多泉，這些衛(wèi)星地面控制站，同時(shí)監(jiān)控 GPS 衛(wèi)星的運(yùn)作狀態(tài)及它們?cè)谔罩械木_位置，主地面控制站更負(fù)責(zé)傳送衛(wèi)星瞬時(shí)常數(shù) (Ephemeras Constant) 及時(shí)脈偏差 (Clock Offsets) 的修正量，再由衛(wèi)星將這些修正量提供給 GPS 接收器做為定位運(yùn)用。,GPS的定位是利用衛(wèi)星基本三角定位原理，GPS接收裝置以測(cè)量無線電信號(hào)的傳輸時(shí)間來量測(cè)距離，以距離來判定衛(wèi)星在太空中的位置，這是一種高軌道與精密定位的 觀測(cè)方式。假設(shè)衛(wèi)星在11,000英哩高處，測(cè)量我們的距離，首先以11,000英哩為半徑，以此衛(wèi)星為圓心畫一圓，而我們位置正處于球面上。再假設(shè)第二顆衛(wèi)星距離我們12,000英哩，而我們正處于這二顆球所交集的圓周上?，F(xiàn)在我們?cè)僖缘谌w衛(wèi)星做精密定位，假設(shè)高度13,000 英哩，我們即可進(jìn)一步縮小范圍到二點(diǎn)位置上，但其中一點(diǎn)為非我們所在的位置極有可能在太空中的某一點(diǎn)，因此，我們舍棄這一點(diǎn)參考點(diǎn)，選擇另一點(diǎn)為位置參考點(diǎn)。 如果要獲得更精確的定位，則必定要再測(cè)量第四個(gè)顆衛(wèi)星，從基本物理的觀念上來說，以訊號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間乘以速度即是我們與衛(wèi)星的距離，我們將此測(cè)得的距離稱為虛擬距離，在GPS的測(cè)量上，我們測(cè)的是無線信號(hào)，速度幾乎達(dá)18萬6千英哩/Sec的光速，而時(shí)間卻短的驚人，甚至只要0.06秒，時(shí)間的測(cè)量需要二個(gè)不同的時(shí)表，一個(gè)時(shí)表裝置于衛(wèi)星上以記錄無線電信號(hào)傳送的時(shí)間，另一個(gè)時(shí)表則裝置在接收器上，用以記錄無線電信號(hào)接收的時(shí)間，雖然衛(wèi)星傳送信號(hào)至接收器的時(shí)間極短，但時(shí)間上并不同步，假設(shè)衛(wèi)星與接收器同時(shí)發(fā)出聲音給我們，我們會(huì)聽到二種不同的聲音，這是因?yàn)樾l(wèi)星從 11,000英哩遠(yuǎn)的地方傳來，