第一节 质点 参考系和坐标系
一、教学目标
知识与技能：
１．认识建立质点模型的意义和方法能根据具体情况将物体简化为质点，知道它是一种科学的抽象，知道科学抽象是一种普遍的研究方法。
２．理解参考系的选取在物理中的作用，会根据实际情况选定参考系。
３．认识一维直线坐标系，掌握坐标系的简单应用。
过程与方法：
1．体会物理模型在探索自然规律中的作用， ( http: / / www.21cnjy.com )初步掌握科学抽象理想化模型的方法．让学生将生活实际与物理概念相联系，通过具体事例引出质点的这个理想化的模型．通过几个具体的例子让学生自主讨论，在讨论与交流中自主升华为物理中的概念．
2．通过参考系的学习，知道从不同角度研究问 ( http: / / www.21cnjy.com )题的方法。让学生从熟悉的常见现象和已有的生活经验出发，体验不同参考系中运动的相对性，揭示参考系在确定物体运动时客观存在的必要性和合理性，促使学生形成勤于观察、勤于思考的习惯，提高学生自主获取知识的能力．
3．体会用坐标方法描述物体位置的优越性，可用不同的方法设计实验并体会比较，增强学生发现问题并力求解决问题的意识和能力．
情感态度与价值观：
１．认识运动是宇宙中的普遍现象，运动和静止的相对性，培养学生热爱自然、勇于探索的精神。
２．渗透抓住主要因素，忽略次要因素的哲学思想。
３．渗透具体问题具体分析的辩证唯物主义思想。
4．通过本节学习，激发学生学习高中物理课程的兴趣。
二、教学内容剖析
本节课的地位和作用：
要描述物体的运动，首先要对实际物体建立一个 ( http: / / www.21cnjy.com )物理模型，最简单的是质点模型。由于运动的相对性，描述质点的运动时必须明确所选择的参考系。为了准确地、定量地描述质点的运动，还要建立坐标系。质点、参考系和坐标系是描述物体运动的基础知识，教材逐步展开这些内容，最后介绍全球卫星定位系统。本节知识是学习后面内容的基础，也是整个力学的基础。
本节课教学重点：
１．理解质点概念以及初步建立质点要点所采用的抽象思维方法。
２．在研究具体问题时，如何选取参考系。
３．如何用数学上的坐标轴与实际的物理情景结合起来建立坐标系。
本节课教学难点：
质点模型的建立。
三、教学思路与方法
质点模型是高中物理提出的第 ( http: / / www.21cnjy.com )一个理想模型。我们对质点概念的形成，以及质点模型的建立过程，其教学要求是初步的。学生对科学思维方法也只能是有所认识，要求不能太高。教科书对质点模型建立的思维过程有以下考虑：
1．物理概念、规律是对一定的物理模型来说的，物理模型的建立过程体现了科学思维方法
2．质点概念固然重要，但更重要的是引导 ( http: / / www.21cnjy.com )学生领悟质点概念的提出和分析、建立质点模型的过程。为此，教材通过实例说明要准确描述物体的运动是十分困难的，分析困难的原因，并逐步指出建立质点概念的必要性，充分展示了物理学研究的科学思维过程，让学生体验什么是科学思维的方法。
本节可采用的教学方法：教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。
四、教学准备
液晶投影机、笔记本电脑、三角尺。
五、课堂教学设计
教学环节 教学内容 师生互动 设计意图 备注
引入 机械运动简称运动，指物体与物体间或物体的一部分和另一部分间相对位置随时间发生改变的过程。 师：请同学们观看一段录像后思考问题．(放映 ( http: / / www.21cnjy.com )录像)选择有关反映物体运动的 ( http: / / www.21cnjy.com )画面播放给学生看(可搜集整电视片《科技之光》和《动物世界》中的图像)．如：雄鹰、小鸟在空中飞翔，飞机在天空中划过，行星、卫星在宇宙中运行，航天员杨利伟在宇航舱中给地球拍照，汽车在公路飞驰，轮船在海水中搏击海浪。师：雄鹰在空中翱翔，足球在绿茵场上 ( http: / / www.21cnjy.com )飞滚，连静静的山川也在“坐地日行八万里”……宇宙中的一切物体都在不停地运动，无论是巨大的天体，还是微小的原子、分子等．请大家根据刚才观看的录像片，回顾初中学过的机械运动，提出一些关于运动的话题．生1：宇宙中一切物体都处在永恒的运动中． 生2：运动是绝对的，静止是相对的． 生3：物体空间位置随时间的变化就是机械运动，片中记录了大量物体的运动情景． 生4：描述物体的运动要选择参照物．生5：“坐地日行八万里”，我怎么没感觉到呢 教师总结学生发言，讲述机械运动．师：我们知道宇宙中的一切物体都在不停地运动着，机械运动是最基本、最普遍的运动形式，那么什么是机械运动呢？请列举几个运动物体的例子。生：机械运动简称运动，指物体与物体间或物体的一部分和另一部分间相对位置随时间发生改变的过程。如：刮风、下雨；人的心脏跳动、身体中血液的流动；大到天体的运动，小到原子内部的运动。。。 通过“话题”自主思考，激发学生探索自然并从中发现问题的热情。引导学生思考、想象、归纳、总结；
物体和质点 １．只有质量，没有形状和 ( http: / / www.21cnjy.com )大小的点叫做质点。２．质点是一种科学抽象，一一种理想化的模型，这种忽略次要因素、突出主要因素（质量）的处理方法是一种非常重要的科学研究方法。３．一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研究问题中是否可以忽略不计，而跟自身体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关。４．一个物体能否被看成质点，取决于所研究的问题的性质，同一个物体在不同的问题中，有的能被看作质点，有的却不能被看成质点。例1：撑杆跳高是一项非常刺 ( http: / / www.21cnjy.com )激的体育运动项目，一般来说可以把撑杆跳运动分为如下几个阶段：助跑、撑杆起跳、越过横杆．讨论并思考后回答，在下列几种情况下运动员能否被看作质点，从中体会质点模型的建立过程． (1)教练员针对训练录像纠正运动员的错误时，能否将运动员看成质点 (2)分析运动员的助跑速度时，能否将其看成质点 (3)测量其所跳高度(判断其是否打破纪录)时，能否将其看成质点 参考答案：(1)不能，纠正错误动作时不能忽略运动员的姿势及动作，也就是说不能忽略运动员的形状和大小．(2)能，分析助跑速度时，可以忽略运动员的姿势及动作．(3)能． 在刚才同学们所列举的心脏的跳动这一运动实例中我们发现要描述这一物体的运动不容易，我们需要了解物体各部分运动的区别吗 师：可以将问题简化吗？为什么？生：思考讨论要准确描述物体的运动，特别是物体各部分 ( http: / / www.21cnjy.com )的详细运动情况，并不是一件很容易的事．因为物体本身都有一定的大小和形状，物体各部分的运动情况一般并不一样． 师：2003年10月15日9时 ( http: / / www.21cnjy.com )，“神舟”五号飞船成功发射升空，9时34分航天员杨利伟向地面报告：“感觉良好”，这就是让我们激动不已的那一刻．据报道，“神舟”五号飞船载人舱长7．4m，直径2．8m，用长58 m、重达480t的“长征”2号火箭发射．升空后，显示在指挥部荧光屏上的仅是一个小小的光点．科学家研究它在空中的位置、离开地面的高度、飞行的速度、运动轨道等问题时，需要考虑它本身的大小和形状吗 生：不需要，我们可以用荧光屏上的小光点代替这个“庞大”的飞船呀!师：在地球绕太阳转动的图片中，地球 ( http: / / www.21cnjy.com )在绕太阳公转，注意地球同时又在自转，所以地球的各部分离太阳的远近在不断变化，可见要准确地描述物体的运动，并不是一件容易的事。分析：当我们讨论地球的公转时怎么看待地球？有什么巧妙的方法。地球是一个庞然大物，直径约为12800km，与太阳相距1.5×108km，也就是说地球直径约是它与太阳距离的万分之一。生：因此，研究地球公转时，由于地球的大小而引起的地球各个部分的差异很小，可以忽略不计，也就是说可以忽略地球的大小，把它视为一个点。引入质点：用来代替物体的有质量的点．根据 ( http: / / www.21cnjy.com )所研究问题的性质和需要，抓住问题中的主要因素，忽略次要因素，建立一种理想化的模型，使复杂问题得到简化，这是一种重要的科学研究方法．师：物理中的“质点”跟几何中的点有什么相同和不同之处 生：相同之处为：都是没有形状和大小的 ( http: / / www.21cnjy.com )点．不同之处为：质点是实际物体的抽象，它具有一定的物理内涵，不仅具有物体的全部质量，而且是一个相对的概念；几何学中的点没有质量，仅表示一个位置，而且应该是“绝对得小”．师：请同学们对质点进行小结：生：对质点小结：1．质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型．2．质点是对实际物体的近似，这也是物理学中常用的一种重要的研究方法．3．一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研究问题中是否可以忽略不计，而跟自身体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关． 4．一个物体能否被看作质点，取决于所研究问题的性质． 注重引导学生对物理研究方法的选择，让学 ( http: / / www.21cnjy.com )生明确物理研究的一种重要方法是：抓住主要因素、忽略次要因素；以“神舟”五号为例讲述，能激发学生的科学探索热情和爱国热情。
参考系 １．参考系是参照物的科学名称，是假定不动的物体。２．运动和静止都是相对的。３．参考系的选择是任意的，一般选择地面或相对地面静止的物体。展示问题： 1．电影《闪闪的红星》 ( http: / / www.21cnjy.com )中有两句歌词：“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”这其中分别描述了两种运动情景，那么它们分别是以什么为参考系的 2．“月亮在莲花般的云朵里穿行．” 3．坐在美丽的校园内学习毛泽东 ( http: / / www.21cnjy.com )的诗句“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”时，我们感觉是静止不动的．这与诗句里的描述是否矛盾 说明理由． 4．敦煌曲子词中有这样的诗句：“满 ( http: / / www.21cnjy.com )眼风波多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行．”其中“看山恰似走来迎”和“是船行”所选的参考系分别是什么 答案：1．河岸竹排． 2．云朵 3．地心、地面．这种 ( http: / / www.21cnjy.com )说法不矛盾，是参考系的选择不同．人随地球一起围绕地轴自转，而地球赤道周长大约是s＝4．0X104 krn，即大约为八万里． 4．这两种现象是由于选取的参考 ( http: / / www.21cnjy.com )系不同造成的．第一种现象是以人为参考系，人看到远处的山向人靠近；第二种现象是以地面为参考系，山是静止的，船在行驶．例2、甲、乙、丙三架观光电梯，甲中乘客 ( http: / / www.21cnjy.com )看一高楼在向下运动；乙中乘客看甲在向下运动；丙中乘客看到甲、乙都在向上运动。这三架电梯相对地面的运动情况可能是？A、甲向上、乙向下、丙不动B、甲向上、乙向上、丙不动C、甲向上、乙向上、丙向下D、甲向上、乙向上、丙也向上，但比甲、乙都慢 请你设想一下，你和一位同伴正坐在火车中去旅行在飞快地离去，铁路边的人看到火车中的乘客，而乘客自己却认为自己是静止的； 教师可展示F1ash动画课件，动画内容描述为： 两位同学在路边看到急驰而过的一辆小汽车，大声叫喊， “唉呀!你看他们跑得真快啊!” 车中的人对司机说：“你动了吗 ” 引导学生分析片中的对话．为什么路边的同学说车上的人跑得快 为什么车中的一个人又认为他和司机没有动 投影教材中的图1．1—3图，让学生自己分析，教师加以引导． 生1：车中两个小孩都是静止的，他们都没动． 生2：这两个小孩是运动的，因为在车窗玻璃上有几个线条表示“风”，这是画家描述运动时常用的手法． 师：两个小孩和车都是运动的，这是相对地面来说的，而两个小孩之间是相对静止的，他们的相对位置没有改变． 师：平时我们说树木、房屋是静止的 ( http: / / www.21cnjy.com )，行驶的汽车是运动的，这是以地面作标准来说的．坐在行驶的火车里的乘客，认为自己是静止的，而在车厢里走动的乘务员在运动，他还认为路旁的树木在向后倒退，这些都是以车厢作标准来说的．在描述一个物体的运动时，选来作为标准的另外的物体——参考系．师：观察图1.1-3和1.1-4，阅读图右文字，回答以下问题：１．得出什么结论？２．就图1.1-4能否提出一些问题？ 生：1、参考系可以任意选择，但选择不同的参考系观察同一物体的运动结果会有所不同2．为什么跳伞者总是在飞机的正下方 培养学生的观察能力和提取有用知识的能力。
坐标系 为了定量地描述物体的位置及位置的变化需要在参 ( http: / / www.21cnjy.com )考系上建立适当的坐标系，如果物体在一维空间运动，即沿一条直线运动，只需建立直线坐标系，就能准确表达物体的位置；如果物体在二维空间运动，即在同一平面运动，就需要建立平面直角坐标系来描述物体的位置；当物体在三维空间运动时，则需要建立三维坐标系。其三要素是：原点、正方向和单位长度。 师：如果一个可以看作质点的物体沿直线运动，怎样定量描述物体的位置变化呢？参考探究示例： 如教参第5页图1-1所示，一辆汽车从北京站沿长安街驶向西单、南菜园方向，思考汽车的位置随时间怎样变化 问题： 1．如何选择坐标轴和正方向 2．如何选择坐标原点 3．如何确定坐标轴上的刻度值 生：对质点的直线运动，一般选质点的运动轨迹为坐标轴，质点运动的方向为坐标轴的正方向，选取质点经过坐标轴原点的时刻为时间的起点．生：画坐标系时，必须标上原点、正方向和单位长度． 培养学生的空间想象思维能力
小结 本节学习的参考系和质点的概念是运动学 ( http: / / www.21cnjy.com )甚至整个力学的最基本、最重要的概念，并且还提供了重要的科学思维方法．了解参考系的概念，对于观察、比较、研究物体的运动有实际的意义．同学们要明白，严格意义上的“有质量的点”实际上是不存在的，是一种理想化模型，是对实际物体的近似，是一种科学抽象．自然界中任何一种事物及其运动变化，都是比较复杂的，研究问题，要暂时撇开起作用很小的因素，抓住主要因素．如果在我们研究的问题中，物体的形状、大小，以及物体上各部分运动的差异是次要的或不起作用的，就可以把它看成质点．
布置作业 教材第13页问题与练习．上网查找与全球定位系统（GPS）有关的资料，写一篇调查报告。 研究性作业利于拓宽学生知识面，渗透了新课标理念。
六、视野拓展
天球坐标系
为确定天球 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网 )上某一点的位置，在天球上建立的球面坐标系。有两个基本要素：①基本平面。由天球上某一选定的大圆所确定。大圆称为基圈，基圈的两个几何极之一作为球面坐标系的极。②主点，又称原点。由天球上某一选定的过坐标系极点的大圆与基圈的交点所确定。
天球上一点在此天球坐标系中的位置由两个球面坐标标定：①第一坐标或称经向坐标。作过该点和坐标系极点的大圆，称副圈，从主点到副圈与基圈交点的弧长为经向坐标。②第二坐标或称纬向坐标。从基圈上起沿副圈到该点的大圆弧长为纬向坐标。天球上任何一点的位置都可以由这两个坐标唯一地确定。这样的球面坐标系是正交坐标系。对于不同的基圈和主点，以及经向坐标所采用的不同量度方式，可以引出不同的天球坐标系，常用的有地平坐标系、赤道坐标系、黄道坐标系和银道坐标系等。第一节 质点 参考系和坐标系
一、教学目标
1．知识与技能：
(1)理解质点的概念．能明确物体在什么情况下可以看作质点．
(2)知道参考系的概念．知道选取参考系时，要考虑到使运动的描述尽可能简单．
(3)知道坐标系的概念．能够用坐标系描述物体的位置和位置的变化．
2．过程与方法：
(1)领悟质点概念的提出和分析、建立的过程
(2)了解物理学研究中物理模型的特点，初步掌握科学抽象这种研究方法
(3)通过数形结合的学习，认识数学工具在物理学中的作用
3．情感态度与价值观：
(1)通过学生的观察、探究体验，使学生保持对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理
(2)通过小组讨论，培养学生相互合作、共同探索的团队精神，并使学生学会
合作与交流，逐步形成严谨求实的科学态度
(3)体验物理学研究问题的方法——科学抽象，养成正确处理问题的方法，学会在研究问题中突出主要矛盾的哲学价值观
二、教学重点、难点
1．教学重点及其教学策略：
重点：质点概念的理解、参考系的选取、坐标系的建立
教学策略：通过观察、思考、讨论和实例分析来加深理解。
2．教学难点及其教学策略：
难点：理想化模型——质点的建立，及相应的思想方法
教学策略：通过问题的讨论，在原有认知水平上进一步深化拓宽，达到认知的螺旋上升，攻克难点
三、教学资源
1．演示器材：乒乓拍、乒乓球
2．课件：飞机空投，地月系、太阳系运行，地球公转和四季变化，火车运行的模拟动画
3．音像文件：“神舟”５号发射、运行、返回过程；鸽子飞行；28届雅典奥运会上张怡宁发球
4. 图片资料：学校平面图，神州五号发射控制中心，GPS定位器，汽车、火车过桥、火箭等图片。
5．多媒体教学设备一套。
四．教学过程
引入新课
呈现“神舟”５号从发射到返回舱成功回收的主要阶段。
播放神州五号发射升空过程的录像。
讲述：飞船在茫茫太空遨游， ( http: / / www.21cnjy.com )如何描述它的运动呢？文学家、艺术家采用形象的手法。“凌云戏月游银汉,转瞬翔天过太空”，短短一两句话就勾勒出航天飞船的雄姿。
世界万物都在运动，对于不同物体的运动，不同的人（如文学家、艺术家等）有不同的描述，请举例说明。
那么科学家怎样描述物体的运动呢？
著名物理学家海森伯曾说过：“为了理解现象，首要条件就是引入适当的概念。只有借助于正确的概念，我们才能真正知道观察到了什么。”
本章我们首先引入描述运动的一些基本概念，进而研究最简单最基本的运动形式：直线运动。
讲授新课
（一）、物体与质点
１、播放鸽子飞行的录像。
提问：
(1)要准确描述鸽子身上各点的位置随时间的变化不是容易事，困难和麻烦出在哪儿呢？
(2)如果我们研究它从家里出发到你亲戚家送信，需要了解它各部分运动的区别吗？
(3)如何才能较准确地描述它的运动呢？
讲述：有些时候为了便于分析，常常把物体简化为一个点。
呈现信息窗：
“神舟”5号飞船载人舱长7.4m，直径2.8m,用长58m，重达480t的“长征”2号火箭发射。
如科学家研究“神舟”5号飞船在空中的运动位置、高度、速度等问题时就把它简化为一个有质量的点。
播放“神舟”５号运行时在指挥部荧光屏上的显示为一个小小的光点。
教师小结：这样，在某些情况下，我们可以把物体简化为一个有质量的点。
物理学中，用来代替物体的有质量的点叫质点（mass point）。
信息快递：
在物理学中，突出问题的主要方面，忽略次要因 ( http: / / www.21cnjy.com )素，经过科学抽象而建立理想化的“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。质点就是这种物理模型之一。
２、提问：
(1)研究地球绕太阳的公转能否把地球视为一个点呢？播放太阳系运行的模拟动画。
(2)一列沿京沪铁路运动的火车，若研究它从上海到北京的运动能否把它简化为一个点？播放火车运行模拟动画。
(3)研究地球上各处的季节变化时，能否把它视为质点呢？播放地球公转和四季变化的模拟动画。
(4)研究火车通过南京长江大桥的运动时，能否把它简化为一个质点？呈现火车过桥的图片。
3、通过以上几个问题请同学们进一步讨论：
(1)物体是否在所有的情况下都能看作质点？
(2)物体看作质点的条件是什么？
(3)物理中的“质点”跟几何学中的点有什么相同和不同的地方？
(4)大的物体一定不能看成质点？小的物体随时都看成质点吗？
播放地月系运行模拟动画，28届雅典奥运会上张怡宁发球录像。
演示乒乓球发球情况。
（二）、参考系
1、设想一下，你和你的同桌正在太空站里一边喝咖啡一边聊天。在“地球人”看来，你们随太空站以很大的速度绕地球运动。
提问：你和你的同桌能感到自己在高速运动吗？为什么？呈现太空站的图片。
教师小结：物体的运动和静止是相对的。
为描述物体的运动，需要另外选取一个物体作为标准，否则无法判断。这个作为标准的物体叫做参考系（reference frame）.
提问：有一首唐代流传下来的诗词：“满眼风波多 ( http: / / www.21cnjy.com )闪灼，看山恰似走来迎，仔细看山山不动——是船行。”作者为什么会有“山迎”、“船行”这样两种不同的感觉？
２、播放飞机空投的模拟动画。提问：选择不同的参考系观察结果如何？从中你有什么发现呢？
３、提问：参考系的选择是任意的。但怎样选择比较好呢？
播放地月系、太阳系运行的模拟动画（几何画板制作），请同学观察思考研究月球的运动选什么参考系较好？由此你得出的结论如何？
教师小结：参考系的选择应以对运动的描述简单、方便为原则。
要注意的是：若无特别说明，通常是以地面或相对地面静止的物体为参考系．
（三）、坐标系
1、假设你在学校攀登楼前广场上，沿东西方向笔直地奔跑，如果要问你到了哪里，我们会怎样表示呢？（呈现学校平面图）
对我们可以选择大家所熟悉的标志作为参考，说明你的位置。那么能否借助数学方法呢？
教师小结：一般说来，为了定量地描述物体的位置 ( http: / / www.21cnjy.com )变化,需要在参考系上建立适当的坐标系（coordinate system）。用坐标值来表示物体的位置。
提问：如何选择坐标轴和正方向？如何选坐标原点？如何确定坐标轴上的刻度值？
如果我们以广场上旗杆作为坐标原点，x=5m,x=-10m表示什么意思？正负号表示什么意思？
2、如果你在学校里从前校门到 ( http: / / www.21cnjy.com )后校门，对于这种平面运动，要描述你的位置或位置的变化，应该建立怎样的坐标系？如果我们要研究“神舟”５号这种三维运行呢？
3、请同学们阅读课本第１３页“科学漫步”，并回答：此GPS定位器此刻处于我国哪个城市？从显示屏中你还能获得哪些信息？
老师解释：显示屏上第1行的“西”和第2行的航向267°其含义。
请同学举例说明它的还有哪些用途。
本课小结
这节课我们学习了质点、参考系和坐 ( http: / / www.21cnjy.com )标系等概念，它们是运动学乃至整个力学的最基本最重要的概念。要描述物体的运动，首先要对实际物体建立一个物理模型，最简单的是质点模型。由于运动的相对性，描述质点的运动时必须明确所选择的参考系。为了准确地、定量地描述质点的运动，还要建立坐标系。
除了以上知识，你还学到了什么方法？
布置作业
复习本节课本。
思考课本第13页“问题与练习”中各题，要求准确回答。
板书设计： 第一节 质点 参考系和坐标系
一、质点 １、定义：用来代替物体的有质量的点叫质点。
２、实物简化为质点的条件：物体的大小和形状对研究的问题的影响可忽略不计。
理想模型:抓住主要特征，忽略次要因素
二、参考系 １、选来作为标准的另外的物体叫做参考系。
２、选择不同的参考系来观察同一运动，观察的结果会有不同。
３、选择的原则：观测方便和使运动的描述尽可能简单
三、坐标系： 为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系．
