1.1質(zhì)點 參考系和坐標(biāo)系

講義編號：1 必修1 1.1質(zhì)點 參考系和坐標(biāo)系 班級 姓名 組別 學(xué)號 基本要求:1.了解質(zhì)點的定義,知道質(zhì)點是一個理想化的物理模型2.初步體會物理模型在探索自然規(guī)律中的作用 3.理解參考系概念,知道對于不同的參考系,運動的描述可能是不同的4.理解坐標(biāo)系概念,會用一維坐標(biāo)系定量描述物體的位置以及位置的變化發(fā)展要求:1.根據(jù)選擇的參考系描述物體的運動,根據(jù)對運動的描述判斷所選擇的參考系 2.會用二維坐標(biāo)系定量描述物體的位置以及位置的變化說明:1.不要求在三維坐標(biāo)系中定量描述物體的位置及位置的變化 2.不要求理解與掌握全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的工作原理3.對運動描述的轉(zhuǎn)換只要求參考系與物體運動方向在同一直線上【教學(xué)目標(biāo)】1.知識與技能 理解質(zhì)點的定義,認(rèn)識建立質(zhì)點模型的意義和方法,能根據(jù)具體情況將物體簡化為質(zhì)點.知道它是一種科學(xué)的抽象,知道科學(xué)抽象是一種普遍的研究方法理解參考系的選取在物理中的作用,會根據(jù)實際情況選定參考系。認(rèn)識一維直線坐標(biāo)系,掌握坐標(biāo)系的簡單應(yīng)用2.過程與方法體會物理模型在探索自然規(guī)律中的作用,初步掌握科學(xué)抽象理想化模型的方法,讓學(xué)生將生活實際與物理概念相聯(lián)系,通過具體事例引出質(zhì)點的這個理想化的模型.通過幾個具體的例子讓學(xué)生自主討論,在討論與交流中自主升華為物理中的概念通過參考系的學(xué)習(xí),知道從不同角度研究問題的方法.讓學(xué)生從熟悉的常見現(xiàn)象和已有的生活經(jīng)驗出發(fā),體驗不同參考系中運動的相對性,揭示參考系在確定物體運動時客觀存在的必要性和合理性,促使學(xué)生形成勤于觀察,勤于思考的習(xí)慣,提高學(xué)生自主獲取知識的能力體會用坐標(biāo)方法描述物體位置的優(yōu)越性,可用不同的方法設(shè)計實驗并體會比較,增強學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并力求解決問題的意識和能力3.情感態(tài)度與價值觀認(rèn)識運動是宇宙中的普遍現(xiàn)象.運動和靜止的相對性.培養(yǎng)學(xué)生熱愛自然,關(guān)心科技發(fā)展,勇于探索的精神.通過質(zhì)點概念和參考系的學(xué)習(xí),體會物理規(guī)律與生活的聯(lián)系.滲透抓住主要因素,忽略次要因素的哲學(xué)思想.滲透具體問題具體分析的辯證唯物主義思想,幫助學(xué)生建立辯證唯物主義的世界觀.通過本節(jié)學(xué)習(xí),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理課程的興趣.【教學(xué)重點】1.理解質(zhì)點概念以及初步建立質(zhì)點概念所采用的抽象思維方法2.在研究具體問題時,如何選取參考系3.如何用數(shù)學(xué)上的坐標(biāo)軸與實際的物理情景結(jié)合起來建立坐標(biāo)系【教學(xué)難點】在什么情況下可以把物體看作質(zhì)點,即將一個實際的物體抽象為質(zhì)點的條件【教學(xué)方法】探究,講解,討論,練習(xí)【教學(xué)手段】錄像資料,多媒體課件【課時安排】新授1課時【引入新課】請同學(xué)們觀看一段錄像后思考問題(有關(guān)運動的話題)雄鷹在空中翱翔,足球在綠茵場上飛滾,連靜靜的山川也在“坐地日行八萬里”宇宙中的一切物體都在不停地運動,無論是巨大的天體,還是微小的原子,分子等.請大家根據(jù)剛才觀看的錄像片,提出一些關(guān)于運動的話題,并對比微觀原子與宏觀物體的運動.機械運動:指物體的 隨 發(fā)生改變的過程.是最基本,最簡單,最普遍的運動形式.古希臘杰出的哲學(xué)家,科學(xué)家,圣賢亞里士多德曾說過”不了解運動,就不了解自然”,要了解運動,先要描述運動.你描述一下錄像片中物體的運動:汽車在公路上 ,江水在咆哮著 遠方,鳥兒在 ,樹葉在 ,瀑布 ,雪花在 這些描述充滿了文學(xué)色彩,但都不是科學(xué)上的描述.2003年10月15日,我國第一艘載人飛船滿載著全國人民的希望成功升空.飛船在茫茫太空中遨游,假如你是文學(xué)家,你如何描述它的運動呢?光明日報)2003年10月17日第一版,作者歐陽中石“凌云戲月游銀漢,轉(zhuǎn)瞬翔天過太空.”如果你是科學(xué)家,你又將如何描述呢?這就是我們今天要研究的課題運動的描述 【新課教學(xué)】一.物體和質(zhì)點情景1.雄鷹在空中翱翔,足球在綠茵場上飛滾,請你用關(guān)鍵詞描述這些運動,足球 球體 ,雄鷹 翅膀 我們能精確描述物體的運動嗎? 為什么不能精確描述物體的運動? 情景2.據(jù)報道,神舟五號飛船載人艙長7.4m,直徑2.8m,用長58 m,重達480t的“長征”2號火箭發(fā)射.升空后,顯示在指揮部熒光屏上的僅是一個小小的光點.科學(xué)家研究它在空中的位置,離開地面的高度,飛行的速度,運動軌道等問題時,需要考慮它本身的大小和形狀嗎? ,用點來代替飛船雖然與實際不符,但這樣處理給解決問題帶來了方便且沒什么大的影響.情景3.乒乓球小而輕,直徑僅4cm,質(zhì)量約2.7g.運動員研究各種旋轉(zhuǎn)球的打法時,要關(guān)注球的受力部位和受力方向?qū)πD(zhuǎn)的影響.這種情況下,需要考慮它本身的大小和形狀嗎? .能不能把它簡化為一個點? 1.質(zhì)點:用來代替物體的 .2.理想化模型:根據(jù)所研究問題的性質(zhì)和需要,抓住問題中的主要因素,忽略次要因素,建立一種理想化的模型,使復(fù)雜問題得到簡化,這是一種重要的科學(xué)研究方法情景4.討論:能根據(jù)具體情況將物體簡化為質(zhì)點.1.研究雄鷹在空中翱翔的姿態(tài),能不能把它看成質(zhì)點?為什么? 研究雄鷹在兩地間的飛行快慢, 能不能把它看成質(zhì)點?為什么? 2.地球是一個龐然大物,直徑約為12800km,與太陽相距1.5×l08km.研究地球的季節(jié)變化時,能不能把它看成質(zhì)點?為什么? 研究地面晝夜變化變化時,能不能把它看成質(zhì)點?為什么? 3.質(zhì)點的理解:質(zhì)點是一種 ,是一種 的模型質(zhì)點是對實際物體的近似,這也是物理學(xué)中常用的一種重要的研究方法一個物體能否看成質(zhì)點,取決于它的 和 在所研究問題中是否可以忽略不計,而跟自身體積的 ,質(zhì)量的 和運動速度的 無關(guān)一個物體能否被看作質(zhì)點,取決于所研究問題的性質(zhì).即使是同一個物體,在研究的問題不同時,有的情況下可以看作質(zhì)點,而有的情況可能不可以看作質(zhì)點.質(zhì)點跟幾何中的點相同和不同相同:都是沒有形狀和大小的點.不同之處為:質(zhì)點是實際物體的抽象,它具有一定的物理內(nèi)涵,不僅具有物體的全部質(zhì)量.幾何學(xué)中的點沒有質(zhì)量,僅表示一個位置.例.下列情景中,帶下劃線的物體可看成質(zhì)點的是( )A.研究“嫦娥二號”繞地球運行時 B.研究“嫦娥二號”從地球到月球的飛行姿態(tài)C .裁判給表演冰上舞蹈的花樣滑冰運動員打分D.用GPS系統(tǒng)定位在南極考察的海輪的位置E.研究子彈穿過一張薄紙所需的時間 F.長度不能忽略火車通過橋梁的時間G.火車行駛在杭州到北京的過程中 H.研究原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)(直徑的數(shù)量級為1015m)跟蹤.下列關(guān)于質(zhì)點的說法中正確的是()A.質(zhì)點就是體積很小的物體B.只有做直線運動的物體才能看成質(zhì)點C.轉(zhuǎn)動著的物體不可以看成質(zhì)點D.由于所研究的問題不同,同一物體有時可以看做質(zhì)點,有時不能看做質(zhì)點E.形狀和大小在研究的問題中影響很小,可忽略不計的物體能看成質(zhì)點總結(jié):物體能否看做質(zhì)點的判斷方法看物體的大小和形狀對所研究的問題有無影響,如果無影響或影響不大,該物體可以視為質(zhì)點，否則不能視為質(zhì)點做平動的物體,由于物體上各點的運動情況完全相同,通?？梢杂靡稽c來代替整個物體的運動，但并不是任何情況下都能看做質(zhì)點.例如研究火車通過橋梁的時間時,火車的長度不能忽略,故不能看做質(zhì)點轉(zhuǎn)動的物體各部分的運動情況不同,一般不可視為質(zhì)點.但各部分的運動情況的差異對所研究的問題不起主要作用時,物體可視為質(zhì)點.例如研究晝夜交替現(xiàn)象時,地球不能視為質(zhì)點若研究物體的形狀,結(jié)構(gòu),姿態(tài),動作,造型和體積問題時,不能看做質(zhì)點二.參考系情景1.鐵路邊的人看到火車中的乘客飛快地離去,他是相對 而言的,而乘客自己卻認(rèn)為自己是靜止的,他是相對 而言的.運動是絕對的,靜止是相對的.在描述一個物體的運動時,一定要相對其它物體而言.1.參考系:任何運動都是相對于某個參照物而言的,這個選來作標(biāo)準(zhǔn)的參照物(假定它是靜止的)稱為參考系2.選擇不同的參考系,同一物體的運動可能不同在印度洋海嘯救災(zāi)中,從水平勻速航行的飛機上向受災(zāi)的地區(qū)空投救災(zāi)物資.在不考慮空氣阻力的情況下,飛機上的人看到投下的物體是沿什么路線下落的? 地面上的人觀察被投下的物體又是沿著什么路線下落的? 3.選擇什么為參考系較恰當(dāng)情景2.2004年,繼美國宇航局的兩臺火星探險漫游者“勇氣”號和“機遇”號之后,歐洲的火星快車飛船已順利地將“獵兔犬”2號火星登陸車投放至火星表面.從地球表面向火星發(fā)射火星探測器的過程中和研究探測器在火星上運動的過程中,各應(yīng)選擇什么為參考系? 3.參考系的理解物體的運動和靜止都是相對于參考系的,應(yīng)該明確它是相對哪個參考系而言的選擇不同的參考系,觀察的結(jié)果可能不一樣,也可能一樣參考系的選取是任意的,選擇參考系時,應(yīng)使物體運動的描述盡可能簡單,方便.研究地面附近的物體,通常選取地球為參考系.在同一問題中,要研究多個物體的運動或同一物體在不同階段的運動,必須選取同一個參考系例.A,B兩輛汽車在一條東西方向的直路上向東行駛,A速度為6 m/s,B速度為10 m/s.(1)若以A為參考系,B的速度多大?方向如何？ (2)若以B為參考系,A的速度多大?方向如何？ (3)以A或B為參考系,地面的運動情況如何？ 跟蹤.下列關(guān)于運動的描述中,參考系的選取符合描述的是()A.詩句“飛流直下三千尺”是以“飛流”作為參考系的B.“錢塘觀潮時,觀眾只覺得潮水撲面而來”,是以“潮水”為參考系的C.“兩岸猿聲啼不住,輕舟已過萬重山”是以萬重山為參考系的D.升國旗時,觀察到國旗冉冉升起,觀察者是以國旗為參考系的三.坐標(biāo)系(數(shù)學(xué)在物理中的應(yīng)用數(shù)理結(jié)合)情景1.汽車從天安門沿長安街駛向西單,南菜園方向,思考如何表示汽車的位置隨時間怎樣變化?問題:1.如何選擇坐標(biāo)系? 2.如何選擇坐標(biāo)原點和正方向? 3如何確定坐標(biāo)軸上的刻度值?1. 2. 3. 例.小球從距地面4 m高處落下,被地面彈回,在距地面1 m高處被接住,坐標(biāo)原點在拋出點正下方2 m處,向下方向為坐標(biāo)正方向.則小球的拋出點,落地點,接住點的位置坐標(biāo)分別是 情景2.田徑場上,描述百米運動員在運動中的位置,需建立什么樣的坐標(biāo)系?描述800米賽跑運動員在運動中的位置需建立什么樣的坐標(biāo)系? 足球場上,描述足球運動員的位置需建立什么樣的坐標(biāo)系?要描述足球的位置呢? 例.李小華所在學(xué)校的校門口是朝南的,他進入校門后一直向前走120 m，再向東走40 m就到了他所在的教室,請你畫出教室的位置(以校門口為坐標(biāo)原點)情景3.學(xué)生閱讀教材科學(xué)漫步欄目并思考書中提出的問題.顯示屏中的信息:第1行的西和第2行的航向267°表示的是航向,航速0.0km說明定位器現(xiàn)在相對地面靜止.第3行的航程1.0 kin是指從出發(fā)到現(xiàn)在的里程,累計13:32是指從開始啟動定位器到現(xiàn)在的時間.第4行的N39°55.451和Ell6°23.504是指定位器所處位置在北緯39°55.451東經(jīng)116°23.504.第5行時間:10:29:57顯示的是北京時間10點29分57秒.通過地理知識或查閱地圖手冊可以知道定位器此刻正處于北京市城區(qū)的西部.有時需要準(zhǔn)確地描述某個物體所在的位置,如地理上用緯度和經(jīng)度來確定某個地點,在軍事,大地測量等領(lǐng)域常采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)來確定方位總結(jié):要準(zhǔn)確地描述物體的位置及位置變化需要建立坐標(biāo)系.如果物體在一維空間運動,即沿一條直線運動,只需建立直線坐標(biāo)系,就能準(zhǔn)確表達物體的位置,如果物體在二維空間運動,即在同一平面運動,就需要建立平面直角坐標(biāo)系來描述物體的位置,當(dāng)物體在三維空間運動時,則需要建立三維直角坐標(biāo)系來描述小結(jié)參考系和質(zhì)點的概念是運動學(xué)甚至整個力學(xué)的最基本,最重要的概念,并且還提供了重要的科學(xué)思維方法.了解參考系的概念,對于觀察,比較,研究物體的運動有實際的意義.同學(xué)們要明白，嚴(yán)格意義上的“有質(zhì)量的點”實際上是不存在的,是一種理想化模型,是對實際物體的近似,是一種科學(xué)抽象.自然界中任何一種事物及其運動變化,都是比較復(fù)雜的,研究問題,要暫時撇開起作用很小的因素,抓住主要因素.如果在我們研究的問題中,物體的形狀,大小,以及物體上各部分運動的差異是次要的或不起作用的,就可以把它看成質(zhì)點作業(yè):14.世界大戰(zhàn)中,法國飛行員正在2000米高的空中飛行,忽然,他發(fā)現(xiàn)臉旁好像有一個小昆蟲在飛舞,于是就伸手輕松地把它抓了過來,仔細(xì)一看,把他嚇出一身冷汗來.他抓住的不是別的,是德國飛機射向他的一顆子彈.請根據(jù)上述信息討論回答以下問題,并注意體會參考系的選取與運動的相對性.子彈飛得那么快(一般為幾百米每秒),為什么沒有把他的手打穿?體會一下,同一物體相對于不同的參考系運動狀態(tài)相同嗎?受類似現(xiàn)象的啟發(fā),人們實現(xiàn)了飛機在飛行途中進行空中加油,在航天飛行中,宇宙飛船發(fā)射到太空和正在繞地球運動的空間站實行空中對接.實現(xiàn)“空中加油”和“空中對接”應(yīng)滿足的基本條件是什么? 桿跳高是一項非常刺激的體育運動項目,一般來說可以把撐桿跳運動分為如下幾個階段:助跑,撐桿起跳,越過橫桿.討論并思考后回答,在下列幾種情況下運動員能否被看作質(zhì)點,從中體會質(zhì)點模型的建立過程教練員針對訓(xùn)練錄像糾正運動員的錯誤時,能否將運動員看成質(zhì)點?為什么? 分析運動員的助跑速度時,能否將其看成質(zhì)點?為什么? 測量其所跳高度(判斷其是否打破紀(jì)錄)時,能否將其看成質(zhì)點?為什么? 情景3. 例.質(zhì)點在x軸上運動,各個時刻的位置坐標(biāo)如下表： 請在x軸上標(biāo)出質(zhì)點在各時刻的位置哪個時刻離坐標(biāo)原點最遠?有多遠? 課堂探究 一跳傘運動員在下落過程中，看到身旁的直升機在向上運動，則直升機相對于地面的運動情況是怎樣的? 參考答案：跳傘運動員在下落過程中，看到身旁的直升機在向上運動，是以自己作參考系，即以跳傘運動員為標(biāo)準(zhǔn)，它們間的距離在不斷增大如果以地面為參考系，這種情況的出現(xiàn)有以下幾種可能性：(1)直升機靜止在空中不動；(2)直升機向上升；(3)直升機下落，但速度比跳 三、坐標(biāo)系 展示問題：（小偷偷東西被發(fā)現(xiàn)，原因GPS來確定方位） 教學(xué)后記： 親自做一做、試一試，書本在下列情景中能否被看成質(zhì)點 1沿一個方向推動桌面上的書本，如果測量書本移動的距離，是否可以將書本視為質(zhì)點，為什么? 2如果測定書本經(jīng)過桌面上方某一定點所需要的時間，是否可以將書本視為質(zhì)點，為什么? 3還有什么情況下書本可以被視為質(zhì)點?什么情況下書本不能被視為質(zhì)點? 參考答案： 1沿同一個方向移動書本時，書本各部分的運動情況完全相同，可以將它視為質(zhì)點 2相對桌面上方的某一定點來說，書本本身的長度(或?qū)挾?不能忽略，并對經(jīng)過該定點位置所需要的時間起決定作用，所以這種情況下不能將書視為質(zhì)點。 3答案視學(xué)生提出的問題而定(根據(jù)學(xué)生提出的各種情景，老師進行準(zhǔn)確恰當(dāng)?shù)狞c撥) 第 8 頁 共 8 頁