1.1质点参考系和坐标系

课堂反馈： 课堂反馈：
1.描述一个物体运动时 参考系 A ) 描述一个物体运动时,参考系 描述一个物体运动时 参考系( A.可以任意选取 可以任意选取 B.是一定的 是一定的
2.选择不同的参考系来观察同一个物体 选择不同的参考系来观察同一个物体 运动时,其结果 其结果( 运动时 其结果 A ) A.可能不同 可能不同 B.一定相同 一定相同
甲
乙
匀速飞行的飞机上， 匀速飞行的飞机上，驾驶员看跳伞员是直线下 落还是直线下落呢？ 落还是直线下落呢？地面上的人观察跳伞员和驾 驶员看到的一样吗？？？ 驶员看到的一样吗？？？
一、机械运动 1、定义：物体空间位置随时间的变化。 、定义：物体空间位置随时间的变化。 2、注：①运动是绝对的，静止是相对的； 、 运动是绝对的，静止是相对的； ②自然界中一切物体都在不停地运动着； 自然界中一切物体都在不停地运动着； ③描述物体的运动必须要有个参照标准； 描述物体的运动必须要有个参照标准； ④位置的变化： 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。 物体的一部分相对于另一部分。
如果一个物体可以看做质点的物 体沿直线运,怎样定量的描述物 体沿直线运 怎样定量的描述物 体的位置变化呢? 体的位置变化呢
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四、坐标系 1、坐标系： 一维 、坐标系： -1 0 1 2 3 二维（直角坐标系） 二维（直角坐标系） y/m 2 1 2、全球卫星定位系（GPS） 、全球卫星定位系（ ） -2 -1 -1 -2 0 1 2 x/m x/m
Hale Waihona Puke Baidu
GPS的定位是利用卫星基本三角定位原理，GPS接收装置以测量无线电 的定位是利用卫星基本三角定位原理， 的定位是利用卫星基本三角定位原理 接收装置以测量无线电 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， 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 观测方式。假设卫星在11,000英哩高处，测量 英哩高处， 一种高轨道与精密定位的 观测方式。假设卫星在 英哩高处 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 英哩为半径， 我们的距离，首先以 英哩为半径 以此卫星为圆心画一圆， 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 英哩， 们位置正处于球面上。再假设第二颗卫星距离我们 英哩 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， 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 英哩，我们即可进一步缩小范围到二点位置上， 假设高度 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， 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， 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，从基本物理的观念上来说， 则必定要再测量第四个颗卫星，从基本物理的观念上来说，以讯号传输 的时间乘以速度即是我们与卫星的距离， 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， 的测量上， 距离，在GPS的测量上，我们测的是无线信号，速度几乎达 万6千英 的测量上 我们测的是无线信号，速度几乎达18万 千英 的光速， 哩/Sec的光速，而时间却短的惊人，甚至只要 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 秒 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， 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， 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， 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， 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 英哩远的地方传来， 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 英哩远的地方传来 所以会有延迟的时间，因此， 迟接收器的时间，从此延迟的时间╳速度，就是接收器到卫星的距离， 迟接收器的时间，从此延迟的时间╳速度，就是接收器到卫星的距离， 此即为GPS 的基本定位原理。 的基本定位原理。 此即为
二、参考系 1、定义：描述一个物体的运动时，选定作为参考 、定义：描述一个物体的运动时， 的其他物体。 的其他物体。 2、注：①描述物体是否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； 位置是否改变，事先假定参考系不动； ②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； 动结果往往是不同； ③参考系的选取可以是任意的，实际解题 参考系的选取可以是任意的， 应以观测方便和使物体的运动尽可能简单为原则； 应以观测方便和使物体的运动尽可能简单为原则； ④通常选取地面为参考系； 通常选取地面为参考系； ⑤比较两个物体的运动应选同一参考系。 比较两个物体的运动应选同一参考系。
提问:当我们研究地球公转的规律时怎么样看待 提问 当我们研究地球公转的规律时怎么样看待 地球?? 地球 如果研究其自转,考查地球上各点的运动 考查地球上各点的运动,还可以 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？ 把地球看作一个点吗？
再看下面 的例子
三、物体和质点 1、质点的定义：用来代替物体的有质量的点。 、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： 、物体可以看作质点的条件： 物体的形状、大小、 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。 响可以忽略不计。 3、注：①质点是一种科学抽象的理想模型； 、 质点是一种科学抽象的理想模型； ②物体本身大小不是能否看成质点的标准； 物体本身大小不是能否看成质点的标准； ③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， 性质，同一物体有时可看成质点，有时不可看作 质点。 质点。
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3.质点是没有 大小 ,没有 形状 质点是没有 没有 体 全部质量 的点 ,具有物 具有物
4.能看作质点的物体一定是很小的物体吗 能看作质点的物体一定是很小的物体吗? 能看作质点的物体一定是很小的物体吗 5.质点是一种 的模型, 5.质点是一种 理想化 的模型,实际中是 不存在的! 不存在的!
全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统。 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， 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。 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 万千米的卫星组成卫星星座。 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， 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 每轨道面四颗）， ），轨道倾角为 上（每轨道面四颗），轨道倾角为 55 度。卫星的分布使得在全球的任何地 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 任何时间都可观测到四颗以上的卫星， 几何图形（ ）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力 这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 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 型式的定位卫星， International 制造，在轨道上重量约 1,900 磅，太阳能接收板长度约 17 制造， 颗卫星的发射。 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， 恒星时， 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， 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。 上空。 目前全球有五个地面卫星监控站，分布于夏威夷、亚森欣岛、 目前全球有五个地面卫星监控站，分布于夏威夷、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， 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 的运作状态及它们在太空中的精确位置， 的修正量， 时常数 (Ephemera's Constant) 及时脉偏差 (Clock Offsets) 的修正量， 接收器做为定位运用。 再由卫星将这些修正量提供给 GPS 接收器做为定位运用。
24颗GPS卫星在离地面 万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地 颗 卫星在离地面1万 千公里的高空上 千公里的高空上， 卫星在离地面 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 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 颗以 上的卫星。 上的卫星。 由于卫星的位置精确可知， 观测中， 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 观测中 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 颗卫星， 的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用 颗卫星，就可以组成 个方程 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 式，解出观测点的位置 。 实际上有4个未知数 个未知数， 、 、 和钟差 因而需要引入第4颗卫星 和钟差， 颗卫星， 差，实际上有 个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第 颗卫星，形 个方程式进行求解， 成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 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 这时， 颗以上的卫星， 事实上，接收机往往可以锁住 颗以上的卫星，这时，接收机可按卫 星的星座分布分成若干组，每组4颗 星的星座分布分成若干组，每组 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。 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、 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 的影响，以及人为的 保护政策，使得民用 的定位精度只有100米。 米 保护政策 的定位精度只有 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 技术， 差分台) 为提高定位精度，普遍采用差分 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 观测， 进行 观测 利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较， 出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后， 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， 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 米。 ，定位精度可提高到5米
第一章 运动的描述
1.1质点 参考系和坐标系
§1-1
质点、 质点、参考系和坐标系
巡天遥看一天河” 巡天遥看一天河”
毛主席著名诗词《送瘟神》 坐地日行八万里， 毛主席著名诗词《送瘟神》中：“坐地日行八万里，
从这句话中描述的：人到底是运动还是静止的呢？ 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？？？ 还是运动的？？？