第一章
第一节 质点、参考系和坐标
课 题
质点、参考系和坐标
课 型
新授课（1课时）
教学目标：
知识与技能：
1理解质点的概念。知道它是一种科学抽象，知道物体在什么情况下可以看作质点，知道这种科学抽象是一种普遍的研究方法。
2知道参考系的概念。
3掌握坐标系的简单应用
过程与方法：
1.体会从科学抽象这种研究方法中，渗透研究问题时抓住主要因素，忽略次要因素的哲学思想。
2.培养学生的发散性思维、分析问题能力及语言表达能力。
情感态度与价值观：
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，关心科技发展，勇于探索的精神。
通过分析不同参考系中的运动现象不同，帮助学生建立辩证唯物主义的世界观。
教学重点
质点概念的建立
明确参考系的概念及运动的关系
教学难点
质点模型的条件判断
坐标系的建立
教学过程
新课讲解
请同学们观看反映物体运动的画面：飞机在空中飞行，地球的转动，树叶在摇动…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．物理学把这类运动成为机械运动。
机械运动：简称“运动”．指物体与物体间或是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，是最基本、最简单、最普遍的运动形式．机械运动是空间位置随时间变化的体现．这里涉及到空间和时间的问题．
师：古希腊杰出的哲学家、科学家、圣贤——亚里士多德曾说过“不了解运动，就不了解自然，这句话向我们提出了严峻的挑战．我们要充满信心，迎接这一挑战．
指导学生快速阅读教材第一段，并粗看这节课的黑体宇标题，提出问题：要描述物体的机械运动，本节课将从哪几个方面去描述?
学生通过阅读、思考，对本节涉及的概念有个总体印象，知道这些概念都是为了进一步描述物体的运动而引入的，要研究物体的运动首先从学好这些基本概念入手．
师：飞船在茫茫太空中邀游，假如你是文学家，你如何描述它的运动呢?如果你是科学家，你又将如何描述呢?
二．质点
同学们分析一下图片中物体的运动情况：地球的转动，足球的飞滚……
学生合作讨论后得到结论：既有自身的转动，也有向前运动
自然界物体的运动是多种多样的，要想详细而准确的描述物体上各部分的运动是一件十分麻烦的事。
根据刚才的演示实验思考，描述物体运动的困难和麻烦出在哪里？能不能克服这个麻烦呢？
结论归纳：详细描述的困难就在于物体有自己的大小和形状
教师点评：物体的大小和形状在一些问题的描述过程中，起着重要的作用，不可忽略。如教练研究刘翔跨栏的动作要领，裁判根据田亮在空中翻滚的动作打分时，大小和形状就起了关键的作用。
讨论交流：是不是我们所研究的所有问题，大小和形状都起关键的作用而不可忽略呢？
创设情境：情景１：地球绕太阳运动（ｆｌａｓｈ）,研究地球公转一周的时间
情景２：远洋航行的轮船，指挥部要确定它在海洋中的位置
情景3：火车在从南京开往上海的途中全程所用的时间
物体的形状和大小对所研究的问题有没有影响？
学生合作讨论后得到结论：在以上研究的问题中，物体的大小和形状对所研究的问题没有影响。
教师指导：引导学生对比以上所看到的物体的各种运动，并作对比，讨论在什么情况下物体的大小和形状可以忽略，即探究可看作质点的条件。
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．即使是同一个物体，在研究的问题不同时，有的情况下可以看作质点，而有的情况可能不可以看作质点．
【讨论与交流】
1．撑杆跳高是一项非常刺激的体育运动项目，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，能香将其看成质点?
(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?
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．
2．物理中的“质点”跟几何中的点有什么相同和不同之处?
答案：相同之处为：都是没有形状和大小的点．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”．
【课堂探究】
亲自做一做、试一试，书本在下列情景中能否被看成质点．
1．沿一个方向推动桌面上书本，如果测量书本移动距离，是否可以将书本视为质点，为什么?
2．如果测定书本经过桌面上方某一定点所需要的时间，是否可以将书本视为质点，为什么?
答案：
1．沿同一个方向移动书本时，书本各部分的运动情况完全相同，可以将它视为质点．
2．相对桌面上方的某一定点来说，书本本身的长度(或宽度)不能忽略，并对经过该定点位置所需要的时间起决定作用，所以这种情况下不能将书视为质点．
说明：
物体本身的大小对所研究的问题可以忽略时，可以把物体看作质点
三、参照物
师生活动：找一个同学站到讲台上，站好不动，教师从讲台一侧走向另一侧，同时问该同学：“我是静止还是运动的？”同学回答：“老师是运动的”第二次与该同学并排同速走动，再次询问：“我是运动的还是静止的”该生回答：“我没有看到老师运动。”但是坐在教室里的其他同学说老师运动了，为什么？
教师设疑：为什么对于同一物体的同一状态，关于运动和静止的说法不一样呢？
学生合作讨论后回答：是因为观察的角度不同
老师总结：可见，任何运动都是相对于某个参考物而言的，这个参考物称为参考系。如图１－１－3所示，如果我们以地面为参考系，车厢内的乘客是运动的，如果我们以车厢里的物体为参考系，车厢内的乘客是静止的。参考系的选择是自由的。
自然界的一切物体都处于永恒的运动中，绝对静止的物体时不存在的。也就是说运动是绝对的，但是描述某一个物体的位置及其随时间的变化，却又总是相对于其他物体而言的，这便是运动的相对性。所以，要描述一个物体的运动，首先要选定某个其他物体做参考，观察物体相对于这个选定的物体的位置是否随时间变化，以及怎样变化。这种用来做参考的物体称为参考系。
【讨论与交流】
与同桌和前排(或后排)同学组成四人一组，思考并交流讨论下列描述中隐含的参考系．
展示问题：
1． “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? (河岸、竹排．)
2．坐在美丽的校园内学习毛泽东的诗句“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．(地心、地面．这种说法不矛盾，是参考系的选择不同．人随地球一起围绕地轴自转，而且)
3．敦煌曲子词中有这样的诗句：“满眼风波多闪烁，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?
(这两种现象是由于选取的参考系不同造成的．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．)
组织学生小结并作好适时适度的引导：
(1)运动和静止都是相对于参考系的．
(2)参考系的选取是任意的．
(3)选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样．
(4)选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便．
(5)比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义．
三、坐标系
有时需要准确地描述某个物体所在的位置，如地理上用纬度和经度来确定某个地点．在军事、大地测量等领域常采用全球卫星定位系统(GPS)来确定方位．
【课堂探究】 创设一个实例让学生思考，可以结合本地实际选取相应的例子．
参考示例：如图所示，一辆汽车从楼房向东行驶，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?
师：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．
师：画坐标系时，必须标上原点、正方向和单位长度．
要准确地描述物体的位置及位置变化需要建立坐标系．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，则需要建立三维直角坐标系来描述．
【课堂训练】
一质点在x轴上运动，各个时刻的位置坐标如下表：
(1)请在下面的z轴上标出质点在各时刻的位置．
(2)哪个时刻离坐标原点最远?有多远?
参考答案：(1)如图1—1—3标注：
(3)在第4 s末的位置坐标是一7 m，说明这一时刻质点离开坐标原点的距离为7 m，在x轴的负向上，为最远，而其他几个都不是最远的．
[课外训练]
L在下列各运动的物体中，可视为质点的有…………………………………………( BC )
A．汽车的后轮，研究汽车牵引力的来源B．沿斜槽下滑的小钢球，研究它沿斜槽下滑的速度
C．人造卫星，研究它绕地球的转动
D．海平面上的木箱，研究它在水平力作用下是先滑动还是先滚动
2．分析下列运动中研究对象能否当作质点．
做花样溜冰的运动员；(2)运行中的人造地球卫星；(3)转动着的砂轮；(4)从斜面上滑下的木块．
答案：(1)花样滑冰运动员的动作复杂，既有旋转也有平移．若对运动员的动作进行技术分析，显然不能把其视为质点，但若只研究运动员滑冰场上的滑行路线，也可把运动员视为质点．(2)若只研究人造地球卫星绕地球的轨道运动，由于人造卫星本身的大小与卫星离地球的距离小得多，则应把人造地球卫星看作质点；但若对人造地球卫星进行姿态调整控制，则不能把其看作质点．(3)砂轮转动时，砂轮各部分的转动情况与砂轮的大小和形状有关，故不能把砂轮看作质点．(4)从斜面上滑下的木块，其各部分的运动情况都相同，故可把木块看作质点．
3．一列火车停靠在站台上，车厢内的人看着窗外另一列火车，感觉到自己乘坐的火车又开动了，可等一会儿却发现自己乘坐的火车还在站台上未动．你有过类似的经历吗?出现这种现象的原因是什么?
答案：车厢内的人是注视另一站台的火车，即人的视线已经离开了地面，人不以自身为参考系，就会以另一站台的火车为参考系，显然，人习惯于以自身为参考系，故有此感觉．生活中学生和教师在乘坐汽车时也会有类似的经历，可以用语言引导学生说出自己的感受，一般会出现同样感觉(特别是防震功能较好的高档汽车)．
小结
1.机械运动：简称“运动”． 空间位置随时间变化的体现，是最基本、最简单、最普遍的运动形式．
2.质点
（1）定义：用来代替物体的有质量的点
（2）将物体看成质点的条件：物体的形状大小对于所研究的问题没有影响的时候
3.参考系
（1）定义：在描述一个物体的运动是，选来作为标准的另外的物体叫做参考系
(2)运动和静止都是相对于参考系的．
(3)参考系的选取是任意的．
(4)选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样．
(5)选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便．
(6)比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义．
4.坐标系
画坐标系时，必须标上原点、正方向和单位长度．
一维空间运动，即沿一条直线运动，建立直线坐标系
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
三维空间运动时，则需要建立三维直角坐标系来描述．
练习
作业
板书设计
1.机械运动：简称“运动”． 空间位置随时间变化的体现，是最基本、最简单、最普遍的运动形式．
2.质点
（1）定义：用来代替物体的有质量的点
（2）将物体看成质点的条件：物体的形状大小对于所研究的问题没有影响的时候
3.参考系
（1）定义：在描述一个物体的运动是，选来作为标准的另外的物体叫做参考系
(2)运动和静止都是相对于参考系的．
(3)参考系的选取是任意的．
(4)选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样．
(5)选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便．
(6)比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义．
4.坐标系
画坐标系时，必须标上原点、正方向和单位长度．
一维空间运动，即沿一条直线运动，建立直线坐标系
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
三维空间运动时，则需要建立三维直角坐标系来描述．
课件18张PPT。第一章 运动的描述 －、机械运动 物体的空间位置随时间发生变化叫机械运动，简称运动． 是自然界中最简单、最基本的运动形态情景１：地球绕太阳运动，研究地球公转一周的时间
情景２：远洋航行的轮船，指挥部要确定它在海洋中的位置
情景3：飞机在从南京开往上海的途中，飞机所通过的路程车箱的颤动我们考虑吗？我们是否要考虑飞机本身大小？这些情景中，物体的形状和大小对所研究的问题有没有影响？二、质点
（1） 只有质量，没有形状和大小的点叫质点
（2）质点是一种科学抽象，是一种理想化的 物理模型
科学抽象：忽略次要因素，突出主要因素的处理方法。是一种重要的科学研究方法
（3）物体能否看作质点是有条件的 ? 物理方法 ? 体会总结重点：物体能否看作质点，取决于它的形状和大小在所研究的问题中是否可以忽略不计，而跟物体自身体积的大小，质量的多少和运动速度的大小无关。
同一个物体在研究问题不同时，有的情况下可以看作质点，而有的情况下不可以看作质点。
? 思维体操：1、研究下列运动时，可以把物体看作质点的
A、做精彩表演的花样滑冰运动员
B、参加马拉松比赛的运动员
C、研究飞出枪口的子弹运动轨迹时的子弹
D、研究绕地球运动一周所用时间的航天飞机? 如何解释小孩的静止？
? 同样的物体，运动会不同？ ? 思维体操：描述运动要寻找参考物体2、参考系（reference frame）
(1)参考系的选取是任意的．
(2)选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样．
(3)选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便，一般选地面或者相对地面静止的物体作为参考系。
(4)比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义 。 ? 参考系：1坐在美丽的校园内学习毛泽东的诗句“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． ? 思维体操：2． “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?
3．敦煌曲子词中有这样的诗句：“满眼风波多闪烁，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?1、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。四、坐标系2如果物体沿直线运动，可以以这条直线为x轴，在直线上规定原点，正方向和单位长 度，建立直线坐标系。O? 如何在地面定物体位置3.坐标系
画坐标系时，必须标上原点、正方向和单位长度．
一维空间运动，即沿一条直线运动，建立直线坐标系
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
三维空间运动时，则需要建立三维直角坐标系来描述． 1. 书本在下列情景中能否被看成质点．
（1）沿一个方向推动桌面上书本，如果测量书本移动距离，是否可以将书本视为质点，为什么?
（2）如果测定书本经过桌面上方某一定点所需要的时间，是否可以将书本视为质点，为什么?
2.质点在x轴上运动，各个时刻的位置坐标如下表：
(1)请在下面的z轴上标出质点在各时刻的位置．
(2)哪个时刻离坐标原点最远?有多远? ? 思维体操： 撑杆跳高是一项非常刺激的体育运动项目，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?? 生活中的物理GPS：全球定位系统
( 授时与测距导航系统----全球定位系统
navigation system timing and ranging—global positioning system )
全球定位系统是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
在美国,GPS全球卫星定位技术与“阿波罗”飞船登月、航天飞机升空，同列为20世纪“三大航天工程”。? 生活中的物理GPS：全球定位系统
( 授时与测距导航系统----全球定位系统
navigation system timing and ranging—global positioning system )
GPS系统包括三大部分：
（1）GPS卫星（空间部分）
（2）地面支撑系统（地面监控部分）
（3）GPS接收机（用户部分）? 生活中的物理
