第1章第1节 质点、参考系和坐标系 教案

第一章 运动的描述

物理学家海森堡说：“为了理解现象，首要条件是引入适当的概念，我们才能真正知道观察到了什么。”
教材分析：
研究一种物理现象总是先从对现象的描述入手，本章将要学习描述运动的物理量：时间、位移、速度和加速度，这些知识不仅是下一章研究匀变速直线运动的基础，也是整个力学各章学习的基础。
相对于初中物理来说，高中物理在理性分析、逻辑思维、定量计算、概念的严密性、实验的复杂性等方面都有很大的提高。本章是高中物理的第一章，在很多方面对后续知识的学习都起到奠定基础的作用，学生学习高中物理需要具备的基本素养都是第一次出现。如：第一次用理想模型的观点来思考问题；第一次体会时刻、时间、位置、位移等物理概念的准确性；第一次在物理问题中渗透极限的思想；第一次用打点计时器来进行定量的实验；第一次抽象地领会物理学中“变化率”的含义；第一次用图象来定量描述某个物理量的变化规律等等。在教学中既要使学生所扎扎实实地从这些“第一次”中获得基本素质的提高，又要兼顾学生的可接受性，要循序渐进而不一步到位。
课时计划：1.1-1.4各1课时，1.5两课时，章末复习用一课时，共计7课时。

§1.1质点、参考系和坐标系
【教学目的】
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；
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；
4、学会在日常生活中，善于总结和发现问题，培养此能力。
【教学重点】
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．
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
【教学难点】在什么情况下可以把物体看作质点，即将一个实际的物体抽象为质点的条件
【课时】1课时
【教学过程】
〖新课引入〗在初中学习了一些力学知识，知道力学研究宏观物体的机械运动。
〖物理情景〗雄鹰拍打着翅膀在空中翱翔、足球在绿茵场上飞滚、百米运动员、行驶的火车……在这些司空见惯的现象中，雄鹰、足球都在做机械运动。
机械运动——一个物体相对于另一个物体的位置变化叫机械运动。
〖思考〗如何研究机械运动？要解决哪些问题？——谁在运动、相对于哪个物体在动、做什么样的运动等。
〖新课教学〗
一、物体和质点
〖问题一〗1、详细描述物体的运动有什么困难? 困难出在哪里？
2、百米竞赛时终点裁判如何判断谁是冠军？旅客：车何时到站？在以上问题中要描述物体运动，我们需要了解物体各部分运动的区别吗?可以将问题简化吗？为什么？
3、什么是质点？
〖总结〗以一个点代表人（车）
〖定义〗用来代替物体的有质量的点，叫质点。
〖问题二〗（1）、百米运动员的教练：①动作要领：臂、腿 ②竞赛战术：何时加速、匀速、冲刺等。
（2）、桥长1000m、火车长300m，过桥的时间。
〖问题三〗



1、能用木块上的一个点的运动来代表整个木块的运动吗？
2、研究小球边缘上一点的运动或小球滚下用时，能把小球看作质点吗？
〖问题四〗（1）、地球是一个庞然大物，直径约为12 800km，与太阳相距 km．研究地球绕太阳的公转时，能不能把它看成质点?研究地面上各处季节变化的成因时，能不能把它看成质点?
（2）、氧原子的核外有8个电子，研究它们轨道的差别，能不能把氧原子看成质点?
〖总结〗物体可以看成质点的条件是什么？

〖例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?

二、参考系
〖物理情景〗在平静的湖面上，一个坐在船仓里看不到周围环境，他能否判断出船是否在动？
〖问题〗1、描述物体的运动，为何要选参考系？
2、看教材中的图1.1—4，选择不同参考系来观察同一物体运动，结果如何？
〖定义〗为了确定物体的位置和描述物体运动而被用来作为参考的物体或物体系叫参考系。
〖总结〗1、两物体相比较，相对位置发生变化，才能感知运动。认为参考系静止不动。
2、选择不同参考系来观察同一物体运动，其运动的快慢方向均可能不同。运动是相对的。
3、原则上参考系可以任意选择，但要使对运动的描述方便、简单。
〖例2〗以下说法正确的是 （ ）
A、参考系就是不动的物体
B、任何情况下，只有地球才是最理想的参考系
C、不选定参考系，就无法研究某一个物体是怎么运动的
D、同一物体的运动，对不同的参考系可能有不同的观察结果
〖例3〗电影《闪闪的红星》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?

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?


三、坐标系
〖问题〗汽车沿平直公路行驶，如何定量（准确）描述它的位置？
〖总结〗1、要准确地描述物体的______及______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_______坐标系，就能准确表达物体的位置。
2、建坐标系时要注意：原点、正方向、单位长度。
〖例4〗如果物体沿直线运动，为了定量描述物体的位置及变化，可以以这条直线为x轴，在直线上规定 、 和 ，建立直线坐标系，如图所示，若物体运动到A点，此时它的位置坐标xA= ，若它运动到B点，则此时它的位置坐标xB = 。

【课堂小结】
本节课通过学生熟知的实例分析，让学生很自然地领会到“在某些情况下，真的可以不考虑物体的大小和形状”，“突出物体具有质量这一要素，把它简化为一个有质量的点”。这充分说明了将物体简化成质点的条件性，质点的两大基本属性。
为了强调坐标的概念，教科书用数学和物理学中通用的符号，即在直线运动中用x表示质点的位置，极坐标，用△x=x1－x2表示质点的位移。在表示物理量的变化时，“△”实际上是我们以前都在使用的符号，学生不会感到困难。相反，由于有了明确表示物理量的变化量的符号，学生更易区分某物理量与这个物理量的变化量。
明确地把某个物理量与这个物理量的变化区分开，这是本书的特点。物理学中经常要区分这两种物理量，有意识地强调它们的区别，对于以后的学习会有好处。下一节中，时刻与时间间隔的关系也是这样。

【课后作业】
1、完成本节的课后练习。
2、在下一节课我们一起来学习时间和位移。这节课后大家可以先预习这一部分，着重分析矢量和标量的有什么区别？如何得出恰当的结论的。
【当堂检测】
〖检测点一〗：物体能否被看作质点的条件
1：下列说法正确的是（ ）
A.运转中的地球不能看作质点，而原子核可以看作质点
B.研究火车通过路旁一根电线杆的时间时，火车可看作质点
C.研究奥运会乒乓球男单冠军孔令辉打出的乒乓球时，不能把乒乓球看作质点
D.研究在平直的高速公路上飞驰的汽车的速度时，可将汽车看作质点
试解： .（做后再看答案，效果更好.）
解析：当研究地球公转时，由于地球的直径比地球与太阳间的距离要小得多，可以忽略不计，可以把地球当作质点；当研究地球的自转引起的昼夜交替等现象时，就不能够忽略地球的大小和形状，当然不能把地球看作质点了.研究电子绕原子核的运动情况，因为原子核的半径只相当原子半径的万分之一，所以可以把原子核看作质点；但若研究有关原子核结构的问题，就不能把原子核看成质点，故A错.研究火车通过路旁的一根电线杆的时间时，因电线杆的粗细比火车的长度小得多，故电线杆可看作质点，而火车不能看作质点，故B错.奥运会冠军孔令辉打出的乒乓球虽小，但飞旋多变，不能看作质点，C正确.在水平的高速公路上飞驰的汽车，尽管车轮在转动，但我们研究的是汽车的速度，对整个汽车的运动来说，车轮的转动不是研究的主要问题，可将汽车看作质点，D正确.故选CD.
点评：只要是物体的大小和形状对所研究的问题来讲是次要因素，可以被忽略，物体就可以看成质点.
〖检测点二〗：参考系
2：两辆汽车在平直的公路上行驶，甲车内的人看见窗外树木向东移动，乙车内的人发现甲车没有运动，如果以大地为参考系，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、乙两车都以相同的速度向西运动

〖检测点三〗：坐标系
3：如图1－1－2（a）所示，质点由西向东运动，从A点出发到达C点再返回B点静止.若AC=100 m，BC=30 m，以B点为原点，向东为正方向建立直线坐标系，则：出发点的位置为 m，B点位置是 m，C点的位置为 m，A到B的位置变化是 m，方向 .C到B的位置变化为 m，方向 .

图1－1－2
解析：以B点为原点，建立坐标系，如图1－1－2（b）所示，A（－70 m），B（0 m），C（+30 m），A到B的位置变化+70 m，方向向东；C到B的位置变化为－30 m，方向向西.
答案：－70 0 +30 +70 向东 －30 向西
点评：建立坐标系确定物体的位置时，首先要确定原点的位置及坐标轴的正方向，再确定研究对象所处的坐标位置以及位置变化的情况即可.



【拓展阅读】
骑马旅行和风洞
300多年前，《堂·吉诃德》的作者赛万提斯在描写骑士和他的侍从骑着马旅行时，有这样一段故事：
人们对堂·吉诃德说：“请骑在马背上，只要你把马脖子上的套管一扭动，木马就会腾空而起，平平稳稳的把你送到玛朗布鲁诺等待你的地方.不过，为了不使你因高速奔驰而头晕，一定要蒙上你的眼睛再乘坐.”堂·吉诃德和他的侍从上了马，他们的眼睛也蒙了起来.堂·吉诃德摸到了那个套管，用力一扭.堂·吉诃德对侍从说：“我们的旅行开始了！我诅咒，我一生从来没有骑过这样快、这样平稳的马.”侍从说：“是的，我觉得迎面而来的大风，就好像有许多风箱朝我们鼓风一样.”事实上，真的是人们正在用几个巨大的风箱朝他们鼓风，木马却还呆在原地，一步也没动.
塞万提斯是根据运动的相对性原理来编写这段故事的.由运动的相对性原理可知：一个人相对于周围的物体向前运动，和他自己静止不动，周围的物体向后运动，其感觉完全一样.
运动的相对性原理，在现代科学技术上有着广泛的应用.研制飞机时，使用的风洞就是根据这个原理设计的.
飞机在高空飞行时，气流对飞机的阻力和升力起着重要的作用.要取得气流与飞机飞行之间联系的数据，本应驾飞机飞行，进行试验.但是，这样做既危险又浪费.于是人们根据相对性原理，把飞机悬吊在大型管道—风洞中不动，然后让空气从风洞中向后高速流去，以此代替飞机在高空的飞行.这种试验方法，大大方便了试验工作的顺利进行，也大大促进了飞机制造工业的发展.
读后一题：飞机悬吊在大型管道—风洞中不动，就能顺利地取得大气气流与飞机飞行之间联系的数据，为什么？
答案： 运动具有相对性.
【课后反思】
1、质点模型的建立比较困难，应当列举大量事例让学生体会把物体看作质点的条件，而不能直接告诉学生这个条件。
2、在讨论参考系这部分内容时，相对运动对学生来说也比较抽象，应该多举实例，如人在车厢里走动，车外的人骑自行车等生活中常见的现象。培养学生的想象力，必要时也可以给出具体的数值。
3、对坐标系这部分内容，要引导学生体会数理结合的思想，把物理问题数学化，用数学来描述物理问题。
【备用习题】
拓展练习1－1：以下关于质点的说法正确的是（ ）
A.质量小的物体可视为质点
B.体积小的物体可视为质点
C.各部分运动状态完全一致的物体可视为质点
D.在某些情况下地球也可以看作质点
拓展练习2－1：第一次世界大战期间，一名法国飞行员在2 000 m的高空飞行时，发现脸旁有一个小东西，他以为是一只小昆虫，便敏捷的把它一把抓了过来，令他吃惊的是，抓到的竟是一颗子弹.飞行员能抓到子弹，是因为（ ）
A.飞行员的反应快 B.子弹的速度很小
C.子弹相对于飞行员是静止的 D.飞行员有手劲
试解： .（做后再看答案，效果更好.）
解析：在日常生活中，我们经常去拾起掉在地上的物品，或者去拿放在桌子上的物品，其实，地面上静止的物体（包括人）都在永不停息的随地球自转而运动，在地球的赤道处，其速度大约为465 m/s.正因为相对于地面静止的物体都具有相同的速度，相互保持相对静止状态，才使人们没有觉察到这一速度的存在.当飞行员的飞行速度与子弹的飞行速度相同时，子弹相对于飞行员是静止的，因此飞行员去抓子弹，就和我们去拿放在桌上的物品的感觉和道理一样.故选C.
点评：静止是相对的，运动是绝对的.其实地面上静止的物体（包括人）都在永不停息地随地球自转而运动.



1．关于质点的概念,下面叙述正确的是 （ ）
A、任何细小的物体都可以看作质点。
B、任何静止的物体都可以看作质点。
C、在研究某一问题是，一个物体可以视为质点，那么在研究另一个问题时，该物体也一定可视为质点。
D、一个物体可否视为质点，要看所研究问题的具体情况而定。
2．下列情形中的物体可以看作质点的是………………………（ ）
A.跳水冠军郭晶晶在跳水比赛中
B.一枚硬币用力上抛，猜测它落地时是正面朝上还是反面朝上
C.奥运会冠军邢慧娜在万米长跑中
D．花样滑冰运动员在比赛中
3．关于参考系的选取,以下说法正确的是（ ）
A、研究物体的运动，必须选定参考系
B、描述一个物体的运动情况时，参考系是可以任意选取的
C、实际选取参考系时，应本着便于观测和使对运动的描述尽可能简单的原则来进行，如在研究地面上的运动时，常取地面或相对于地面静止的其他物体做参考系
D、参考系必须选取地面或相对于地面不动的其它物体
4、甲物体以乙物体为参考系是静止的，甲物体以丙物体为参考系又是运动的，那么，以乙物体为参考系，丙物体的运动情况是 （ ）
A. 一定是静止的 B. 运动或静止都有可能 C. 一定是运动的 D. 条件不足，无法判断



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