2.2质点和位移

一、说教材 本节课是司南版高中物理必修 1 第一章第二节中“质点和位移”的内容。 标准要求“通过对质点的认识，了解物理学研究中物理模型的特点，体会物理 模型在探索自然规律中的作用。 ”和“理解位移、质点” 。质点是高中物理的入 门知识，而位移是物体位置的变化，是运动学的一个基本物理量，这节课的内 容为后面简化物体的复杂运动，学习速度、加速度、功等概念打下了坚实的基 础。同时，让学生通过对质点的学习了解物理学研究中物理模型的特点，体会 物理模型在探索自然规律中的作用。另外，位移这个概念在生活中有广泛的应 用，学好本节课内容可以使学生很好的体会 “生活到物理，物理到社会” ，加 深学习物理的兴趣。 二、说学生 本节课的学习者是高一的学生，他们在初中已经学习了用路程描述物体的 运动，知道了矢量和标量，但还没有经历过物理模型的建立。并且已经积累了 一定的生活经验，对位移有一定的感性认识，利用生活现象，可以很好地调动 学习的积极性，促进主动学习。高一学生的思维具有单一性，定势性，并从感 性认识向理性认识的转变，他们容易接受相对形象的位移概念，而对相对抽象 的质点、和能否把运动中的物体看成质点普遍感到困惑。学生具备了一定的抽 象思维能力，但应用还不够灵活，教师应引导和帮助学生，利用相关生活现象 抽象，得出物理概念。 三、说目标 考虑上述教材特点和学生情况，我提出以下几点教学目标： 1、通过经历从物理现象中抽象出质点模型的过程，理解质点的概念，认 识在哪些情况下，可以把物体看成质点；了解物理学研究中物理模型 的特点，体会物理模型在探索自然规律中的作用。 2、通过生活实例，理解位移的概念，知道它的矢量性以及位移和路程的 区别；初步认识位移时间图象，体会数学在研究物理问题中的重要性。 3、通过同学之间的交流讨论，感受合作学习的快乐，养成大胆发表自己 见解和乐于与他人交流的良好习惯；通过对新知识的研究，激发探索未知 世界的乐趣。 本节课的教学重点是：质点的概念、理想化模型的方法、位移的概念和表 述；难点是：对在哪些情况下可以把物体看成质点是本节课教学的难点。 四、说教法、学法 鉴于以上的教材分析，我设计的学法、教法如下： 首先，学生方面，他们通过初中的学习，已经学习了用路程描述物体的运 动和矢量、标量的知识，并且具备了一定的抽象思维能力，可以在教师的引导 和帮助下进行交流、讨论。激活学生的积极性，调动课堂气氛，让学生在轻松、 自主、讨论的课堂环境下完成学习任务。学生主动接受新知识，加上例题的巩 固，再回到物理概念的理解。 教法上本节课综合运用讲授法、讨论法。通过对具体物理情境的分析，引 出质点的概念。由于学生对哪些物体可以看成质点存在困惑，于是在教学上设 计了师生共同交流讨论的环节，通过举例，问题由简单到复杂不断进行延伸， 师生共同分析、交流、讨论。教学中，加强师生双向活动，引导学生的积极思 维。并把教材的顺序进行了修改，先讲位移，再讲质点。 对在哪些情况下可以把物体看成质点是教学的难点，本部分教学主要体现 教师引导下的师生共同交流讨论，引导学生学会在具体物理情境中，可以将哪 些物体简化为质点。 这样的教学方式符合学生建立物理规律的认知过程，可以起到较好的教学 效果。 五、说教学过程 以上是整节课的设计思想，下面我就将它们融入到我具体的教学设计中。 （一）位移的教学 1、位移概念的引入 鉴于概念教学在物理教学中的重要地位，以及学生已有的认知基 础，在这一部分的教学中我设计了一下的步骤： （1）创设物理情境，引入问题：如图 1-2-2 所示为某一市区的部分交通图， 某人由 A 地去 E 地，请问可以选择哪些路线，这些路线中哪一条最短，选 择不同的路线后，此人最终的位置变动是否相同？ 提出这个问题后，让学生进行分组讨论，得出可能的路线以及最短路线， 再让他们讨论此人最终的位置变动是否相同。并请学生谈谈自己的看法。 这时，我就和学生一起分析，得出由 A 地到 E 地的路线，并引导他们 利用学过的路程判断得出由 A 地按直线直接走到 E 地的路线是最短的，指 出不同路线经过的路程却不同。对以上的问题学生会很肯定地得出答案，但 就此人的最终位置变动是否相同，他们或许会得出正确答案，但是对此概念 不是认识的很透彻。于是，我就此引入物体运动的路径和位置变化并不是一 回事。学习本节后就可以有非常清楚的了解。 （2）然后，引导学生共同回忆初中学过的路程的知识，即路程是质点运动轨迹 的长短。并和学生一起通过对实例的分析讨论得出用路程来描述物体的位置变 化存在着一些困难。如：路程只能描述走过的轨迹的长度，若我们想知道某人 从家到学校的位置变化，就不能用路程来描述了。 （3）在此基础上指出路程与位置变化属于两个不同的概念，为了描述物体位置 的变化必须引入一个新的物理量，这个物理量就叫做位移，位移即是运动物体 空间位置的变化，通常用符号 S 来表示。它是由初始位置指向末位置的有向线 段。再通过开头引入的问题帮助学生理解位移的概念。接着强调位移是一个既 有大小又有方向的物理量。并结合课本的图 2-16 来理解这一知识点。如果物体 做的是直线运动，运动中的某一时刻对应的是物体处在某一位置，如果是一段 时间，对应的是这段时间内物体的位移。 位置：用坐标轴上的一个点来表示。 物体先后经过两个坐标为 x1 和 x2 的位置，坐标的变化量 x 表示物体的位 移。用坐标轴上的一段有向线段表示。如图中从 A 位置到 B 位置的位移可用有 向线段 x 表示，且 x=x 2-x1。并讨论正负。 设计意图： 这样进行教学可以使学生了解位移概念应用的背景，明白引入 位移的意义，以及位移所能解决的问题，只有让学生站在这样一个高度才能让 他们更好的应用知识。 2、加深对位移的理解 由于学生对路程的概念印象深刻，从某种意义上说，这会干扰学生对位移 概念的理解。于是，在引入位移的概念后，列出一道例题让学生分别计算 位移和路程，采取讨论的形式得出结果，讨论后请学生回答。总结位移和 路程的区别和联系。题目是这样的： 例：一质点由位置 A 向北运动了 4 m，右转弯向东运动了 3 m 到达 B.在上 面过程中质点运动的路程是多少？运动位移是多少？方向如何？ 思维延伸：如果一质点沿半径为 r=20 cm 的圆周，自 A 点出发顺时针到达 B 点，如图 1-2-5 所示，求质点的位移与路程. 图 1-2-5 由以上两个题目的练习，通过学生的计算，可以让学生体会到位移和路 程的区别。并通过学生的讨论，能让学生对这一区别有更深的印象。 要点点拨：位移与路程的区别 A、质点的实际运动路径的长度，叫路程，路程只有大小，单位是 长度的单位. B、位移是有向线段，线段的长度表示位移的大小，有向线段箭头 的指向表示位移的方向，位移的单位是长度的单位. C、路程是与质点的运动轨迹有关的，位移的大小则取决于物体初 末时刻的位置变化。 设计意图：通过学生实际应用知识，得到矛盾，能让他们对直接有一个 更加深刻的认识。 3、矢量和标量 由位移的矢量性引入两类物理量，即只用大小就能描述的和除了大小 还要指明方向的物理量。进而在物理学中引进矢量和标量的概念。 4、位移时间图象 在这一部分，向学生简要介绍还可以用图像法表述一个物理量随另 一个物理量的变化情况。并简介如何得到描述运动的位移-时间图象。 即以时间 t 为横坐标，以位置 s 为纵坐标，根据数据描点作图连线，即 可得到。告诉学生图像法的用处。用图象法描述物理现象及其规律，形 象直观，它是物理学中研究问题的一种常用的方法，在后续课程的学习 中，将会接触到更多的图象知识。 （二） 、质点的教学 1、质点概念的抽象过程 质点是一个理想化模型，对高一的学生来说是一个陌生的概念。 所以在引入质点的概念时，我采用的是创设问题情境的方法，由教师引 导，学生交流、讨论的方法进行教学。 在质点的概念教学中我是这样引入的： 告诉学生在研究物体的运动，首先要确定物体的位置，而物体都具 有一定大小和形状，在运动中物体的各点的位置变化一般说来是不同的， 所以要详细描述物体的位置及其变化，并不是一件简单的事情。在这样 一个物理背景下，我接着提出以下几个问题，促进学生进一步思考。 如：( )抛出铅球时怎么样测量投掷距离？ ( )把教室的课桌向后推出 0.5m 怎么样测量距离？ ( )你从校门口向校园内走 100m，你现在在哪儿？ 在学生议论过程中，引导学生想到我们在处理这些问题时，常常不 考虑物体各部分的差异，把物体简化成为没有大小、形状的点，或者说 用一个有质量的点来代替物体。引入质点是为了使物体的位置有一个确 切的概念，使物体的复杂运动转化成点的运动。从而概括出质点的概念， 这是物理学上经常用到的一种研究问题的方法科学抽象。通过引导 学生思考、归纳得出的质点是一个理想化模型，这样学生就可以从这些 事例中，对质点的概念留下深刻的印象和引入这一物理量的必要性。 设计意图：通过设计物理情境抽象出质点的概念，保证了学生在拥 有足够的感性材料情况下，在进行深入学习，使学生更易于理解和掌握。 并做到了将知识与实际生活联系起来。 2、对实际物体能否看成质点的研究 在引出质点的概念后，进一步向学生提问：既然把物体看成质点能 简化对问题的研究，那么在什么情况下可以把物体看成质点呢？我提出以 下三个问题，让学生之间的相互交流讨论。 问题 1、在研究地球绕太阳的公转时，地球能否看成质点？在研究地球的 自转时，地球能否看成质点？（已知地球直径约为 1.3×104km，地球和太 阳之间的距离约为 1.5×108km） 问题 2、在研究一列火车从北京开往上海的运动时间时，能否把火车看成 质点？ 问题 3、自行车能否看成质点？ 在学生交流、讨论后，我请他们各自来说说他们的观点。在这个过 程中学生之间就会产生分歧，在他们争论的过程中，我逐步引导他们得出 问题的正确答案，帮他们理清思路，学生也会对这个问题有更深的理解和 体会。接着，我针对那些问题，将他们进行进一步的拓展。继续想学生抛 出如下问题： 一列长度为 L1 的火车以速度 V 做匀速直线运动，求（1）火车从北京 开往上海的运动时间（距离为 L2） ；（2）它经过一长为 L3 的桥时所需要 的时间。 先让学生思考、讨论，得出答案后，我再讲解。通过这个问题，就 可以帮助学生进一步明确，究竟在哪种情况下可以把一个物体看成是质点。 最后总结出：一个物体能不能看做质点，需要根据具体的问题来定。判断 的基本思路是物体的大小和形状等因素对所研究的问题的影响是否可以忽 略。 设计意图：将一个实际问题不断深入研究，问题研究的越深入，说明 学生对知识的理解也就越深入，让学生将质点的概念彻底搞清楚。 对质点这部分的教学，我是从如何研究一个实际物体的运动问题出发， 通过对预先设计的一系列问题的思考讨论，经历从具体现象中抽象出质点 概念的过程，体验物理模型在探索自然规律中的作用；最后通过对一系列 问题的反思研究把实际物体看成质点的条件，从而真正理解质点概念及其 研究方法。 六、板书设计 一、位移 1、定义：初位置指向末位置的有向线段。 2、物理意义：反映物体空间位置的变化。 3、矢量和标量：矢量，即既有大小又有方向的物理量；标量，即只有大小，没 有方向的物理量。 4、区分位移和路程： 二、质点 1、定义：简化成一个有质量的点。 2、特点：不是真实的物体，是一个理想化模型。 3、能否看成质点的条件：物体的形状和大小对研究的问题影响不大。