11 认识运动 学案（粤教版必修1）

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§1.1 认识运动
【学习目标】
一、知识与技能
1．认识建立质点模型的意义和方法。
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．
二、过程与方法
1．体会物理模型在探索自然规律中的作用，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．
三、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，关心科技发展、勇于探索的精神．
2．通过质点概念和参考系的学习，体会物理规律与生活的联系
3．渗透抓住主要因素，忽略次要因素的哲学思想．
4．渗透具体问题具体分析的辩证唯物主义思想，帮助学生建立辩证唯物主义的世界观．
5．通过本节学习，激发学生学习高中物理课程的兴趣．
【学习重点】
1.理解质点概念以及初步建立质点概念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。
【知识要点】
一、机械运动（简称运动）：物体与物体间或是物体的一部分和另一部分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。
二、物体和质点：
1、 质点：用来代替物体的有质量的点。
2、将物体看成质点的条件：
⑴物体的大小、形状对所研究的问题的影响可以忽略不记时
⑵平动的物体可以视为质点。
三、参考系：在描述一个物体的运动时，选来作为标准的另外的物体。
【问题探究】
下列描述中隐含的参考系是什么
1．“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”．
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”所选的参照系分别是什么
参考答案：1．河岸；竹排．
2．云朵．21世纪教育网
3．地面、地心．人随地球一起围绕地轴自转，而且地球赤道周长大约是s=4.0×104km，即大约为八万里．
4．这两种现象是由于选取参考系不同造成的．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．
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【疑难解析】
物理研究中常建立起一些理想化的模型，它是物理学对实际问题的简化，也叫科学抽象．它撇开与当前观察无关的因素和对当前考察影响很小的次要因素，抓住与考察有关的主要因素进行研究、分析、解决问题，质点就是一个理想化的模型．[误解一] 以为质点是指一个很小的点．但在小木块的翻倒过程中，木块各点绕一固定点转动，各点运动情况不同，不可看作质点．至于作布朗运动的粒子，尽管体积极小，仍受到来自各个方向上的液体分子（具有更小体积）的撞击，正是这种撞击作用的不平衡性使之作无规则运动，也不可把布朗运动粒子视为质点．[误解二]以为火车在铁道上的运动为平动，可视为质点．而本题实际考察的是经过某路标的时间，就不能不考察它的长度，在这情况中不能视其为质点．
【典型例题】
例1、分析下列运动，研究对象能否当作质点？
（1）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．
例2敦煌曲子词中有一首：“满眼风光多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行”．请用物理学知识解释“山走来”和“山不动，是船行”。你由此又得到什么看法？
解析：作者得出“山走来”是以自己（即船）作为参考系；得出“山不动，是船行”则是以大地为参考系。21世纪教育网
可见参考系不同，对于物体运动的结论是不同的。
拓展：其实，对于不同的参考系，非但得出某物体是运动还是静止的结论可能会不同，其他一些结论（例如运动的方向、速度有多大、是直线运动还是曲线运动等）也会不同。21世纪教育网
【规律总结】
1、机械运动：物体在空间中所处的位置发生了变化，也简称运动。
2、参考系：
在判断某物体运动时用来与这个物体进行比较的参照物体，就叫参照物。
参考系指建立在参照物上的一个坐标系，注意与参照物的区别。
3、质点——理想模型：不考虑物体的形状、大小，把物体看成有质量的点。
质点是一种科学抽象，是在研究物体运动时，抓住主要因素，忽略次要因素，对实际物体的近似，是一个理想化模型。
一个物体能否视为质点，要具体情况具体分析。如：一列火车从北京开往上海，在计算运行时间时，可以忽略列车的长短，把它视为质点；但是，同样这列火车，要计算它通过黄河铁路大桥所需时间时，必须考虑列车的长度，不可把列车视为质点。
一个物体能否看作质点，主要取决于物体的大小和形状在所研究的问题中是否属于次要的、可以忽略的因素，而不是仅仅取决于物体的大小。地球虽然很大，但在研究地球绕太阳的公转时，地球的大小相对它到太阳的距离可以忽略，故可视为质点；乒乓球虽然小，在研究它的旋转对运动的影响时，却不能看成质点。21世纪教育网
实际物体在下列三种情况下都可简化为质点：
（1）物体上的各点的运动情况都是相同的，所以研究它上面某“点”的运动规律就可以代表它的整体运动情况了，故此物体也可当质点处理。
（2）物体的大小和形状对研究问题的影响可忽略不计。
（3）有转动、但相对平动而言可以忽略时，也可以把物体视为质点。
如汽车在运行时，虽然车轮有转动，但我们关心的是车辆整体运动的快慢，故汽车可以看成质点。
【当堂反馈】[21世纪教育网
1．甲、乙、丙三架观光电梯，甲中乘客看一高楼在向下运动；乙中乘客看甲在向下运动；丙中乘客看甲、乙都在向上运动．这三架电梯相对地面的运动情况是 （ ）21世纪教育网
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21世纪教育网
D．甲向上、乙向上、丙也向上，但比甲、乙都慢
2．下列关于质点的说法中，正确的是（ ）
A．体积很小的物体都可看成质点
B．质量很小的物体都可看成质点
C．不论物体的质量多大，只要物体的尺寸跟物体间距相比甚小时，就可以看成质点21世纪教育网
D．只有低速运动的物体才可看成质点，高速运动的物体不可看作质点
3．下列各种情况，可以把研究对象看作质点的是（ ）
A． 研究小木块的翻倒过程
B． 讨论地球的公转
C． 解释微粒的布朗运动
D． 计算整列列车通过某一路标的时间
【参考答案】
1．选B、C、D．电梯中的乘客观看其他物体的运动情况时，是以自己所乘的电梯为参照物．甲中乘客看高楼向下运动，说明甲相对于地面一定在向上运动．同理，乙相对甲在向上运动，说明乙对地面也是向上运动，且运动得比甲更快．丙电梯无论是静止，还是在向下运动，或以比甲、乙都慢的速度在向上运动，丙中乘客看甲、乙两电梯都会感到是在向上运动．
2．选C．一个实际物体能否看成质点，跟它体积的绝对大小、质量的多少以及运动速度的高低无关，决定于物体的尺寸与物体间距相比的相对大小．例如，地球可称得上是个庞然大物，其直径约为1.28×107 m，质量达到6×1024kg，在太空中绕太阳运动的速度每秒几百米．由于其直径与地球离太阳的距离（约1.5×1011m）相比甚小，因此在研究地球的公转运动时，完全可以忽略地球的形状、大小及地球自身的运动，把它看成一个质点．
3． 选B．讨论地球的公转时，地球的直径（约1.3×104km）和公转的轨道半径（约1.5×108km）相比要小得多，因而地球上各点相对于太阳的运动差别极小，即地球的大小和形状可以忽略不计，可把地球视为质点．
【达标训练】
1.下列情况中的物体，哪些可以看作质点
A.研究从北京开往上海的一列火车的运行速度
B.研究汽车后轮上一点运动情况的车轮
C.体育教练员研究百米跑运动员的起跑动作
D.研究地球自转时的地球 [来源:21世纪教育网]
2.关于参考系的描述中正确的是
A.参考系必须是固定不动的物体
B.参考系必须是正在做匀速直线运动的物体
C.参考系必须是相对于地面静止的物体
D.参考系必须是为了研究物体的运动而假定为不动的那个物体
3.两辆汽车在平直的公路上行驶，甲车内的人看见窗外的树木向东移动，乙车内的人发现甲车没有运动，如果以大地为参照系，上述事实说明
A.甲车向西运动，乙车不动
B.乙车向西运动，甲车不动
C.甲车向西运动，乙车向东运动
D.甲乙两车以相同的速度都向西运动
4.火车向东行驶， 对于下列参考系，乘坐火车的人是运动（指出运动方向）还是静止？
（1）对于地面上的房屋是______；
（2）对于车厢内的行李架是______；
（3）对于旁边的一列同速行驶的列车是______；
（4）对于旁边的一列行驶速度比他乘坐的列车快的列车是______.
【达标训练参考答案】
1.A 2.D 3.D??4.（1）向东运动 （2）静止 （3）静止 （4）向西运动?
【反思】
收获
疑问
【阅读资料】
理想模型
不考虑物体本身的形状和大小，并把质量看作集中在一点时，就将这种物体看成“质点”．研究问题时用质点代替物体，可不考虑物体上各点之间运动状态的差别．它是力学中经过科学抽象得到的概念，是一个理想模型．所谓“理想模型”就是为了便于研究而建立的一种高度抽象的理想客体，作为科学抽象的结果，“理想模型”也是一种科学概念．它突出了事物的主要特征，抓住了主要因素，忽略了次要因素，是在一定程度和范围内对客观存在的复杂事物的一次近似反映．
在物理的研究中，“理想模型”的建立具有十分重要的意义．首先，引入“理想模型”可以使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差，在现实世界中，有许多实际的事物与这种“理想模型”十分接近，在一定条件下，作为一种近似处理，可以把实际事物当做“理想模型”来处理，即可以将研究“理想模型”的结果直接地应用于实际事物．例如在研究地球绕太阳公转的运动时，由于地球的直径(约1.3×104km)比地球和太阳之间的距离(约1.5×108km)小得多，地球上各点相对于太阳的运动可以看做是相同的，即地球的形状、大小可以忽略不计．在这种情况下，就可以直接把地球当做一个“质点”来处理．研究一般的真实气体时，在通常的温度和压强范围内，可以把它近似地当做“理想气体”，从而直接运用“理想气体”的状态方程来处理．其次，对于复杂的对象和过程，可以先抽象出“理想模型”，然后将研究“理想模型”的结果加以修正，使之与实际的对象或过程相符合，这是物理学中经常采用的一种研究方法．把复杂的事物或过程用简化的模型来代替，更能突出主要因素，使问题简化，便于研究它的主要性质，便于找出其中的主要规律．解决主要矛盾之后，再考虑次要矛盾，进行修正，从而逐步逼近客观实际．因此，“理想模型”是从简单研究过渡到复杂研究的一种手段．再次，由于在“理想模型”的抽象过程中，舍去了大量的起作用很小的次要因素，突出了事物的主要特征，从而使得“理想模型”的研究结果能够超越现有的条件，指示研究的方向，形成科学的预见．例如，在固体物理的理论研究中，常常以没有“缺陷”的“理想晶体”作为研究对象，但应用量子力学对这种“理想晶体”进行计算的结果，表明其强度竟比普通金属材料的强度大1000倍．由此，人们想到；既然“理想晶体”的强度比实际晶体的强度大1000倍，那就说明常用金属材料的强度之所以减弱，就是因为材料中有许多“缺陷”的缘故．如果能设法减少这种“缺陷”，就可能大大提高金属材料的强度．后来，实践果然证实了这个预言，人们沿着这一思路制造出了若干极细的金属丝，其强度接近于“理想晶体”的强度，称之为“金胡须”．总之，由于客观事物及其运动变化具有质的多样性，它们的运动规律往往是非常复杂的，不可能一下子把它们认识清楚．而采用“理想模型”来代替实际的客体，就可以使事物的规律具有比较简单的形式，从而便于人们去认识和掌握它们．
在中学物理中，有许多理想化模型．如质点、单摆、点电荷、点光源、理想气体、理想变压器等都是理想化的研究对象；匀速直线运动、自由落体运动、简谐运动、绝热过程等都是理想化的变化过程；光滑平面、轻杆、轻绳、均匀介质等都是理想化的条件．这些理想模型从不同的侧面和角度描述和揭示了实际问题中各种事物和物理过程的特征．
任何理想模型都有它的运用条件和适用范围，把一个实际问题抽象成什么样的模型，这要看问题研究的目的、性质和具体情况而定，不要有意或无意地把什么对象、什么条件、什么过程归入哪一类模型，而应对具体问题作出具体分析后再作出选择．在平时的学习中，关键是掌握理想化模型的方法，想想如何从一个实际问题抽象出一个正确的模型，弄清是为了什么目的而作这样的简化和抽象．
模型的方法也是一种解决物理问题的重要思维方法．在解决各种问题时，一般都要用到自己熟悉的物理(理想)模型．例如，解决力学问题时，常常出现汽车、小球、小物体之类，你会很自然地确定是否能把它们视为质点．不管是否意识到，你实际上是利用自己所熟悉的物理模型处理问题的．从思维过程来看，解决问题时要对问题中的具体情况进行分析，识别该情况可归入哪种物理模型，只是这种识别比较简单，可能没有自觉意识到．我们应当自觉利用熟悉的物理模型．善于识别不熟悉的情境，把它转化或者等效为熟悉的物理模型，但这种转化或者等效是有条件的，需要经过推理，论证其等效性；不加论证，只从表面类似来等效，可能会出错．会不会把不熟悉的情境，转化为熟悉的物理模型是一个人驾驭所学知识能力高低的一种表现．
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