质点_参考系和坐标系_教学设计3

、质点参考系和坐标系【教学目标】知识与技能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。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。认识一维直线坐标系，掌握坐标系的简单应用。过程与方法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。通过参考系的学习，知道从不同角度研究问题的方法。体会用坐标方法描述物体位置的优越性。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、勇于探索的精神。渗透抓住主要因素，忽略次要因素的哲学思想。渗透具体问题具体分析的辩证唯物主义思想。【教学重点】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。在研究具体问题时，如何选取参考系。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。【课时安排】课时【教学准备】多媒体课件、三角板【教学过程】导入师：我们知道宇宙中的一切物体都在不停地运动着，无论是巨大的天体还是微小的原子、分子等。运动是宇宙间永恒的主题，也是日常生活中常见的现象。现在就请请大家列举几个运动物体的例子。生：小鸟在空中飞翔、汽车在公路上飞驰、江水在咆哮师：很好，关于运动的例子举不胜举。（演示课件）一切物体都在运动。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？（演示课件）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。它是自然界最简单最基本的运动形式。机械运动是空间位置随时间变化的体现。古希腊杰出的哲学家、科学家亚里士多德曾说过“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。就让我满怀信心迎接这一挑战，开始学习第一章运动的描述。（演示课件）著名的德国物理学家，量子力学创立人海森堡说过：“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。”因此，我们先要学习一些基本概念，先来学习第一节质点 参考系和坐标系（板书）新课教学一、物体和质点师：我们人类对运动的认知规律是怎么样的呢？首先我们要说明是谁在运动，即确定研究对象，然后说明物体如何运动，就是要用文字、物理量或图像等等方法对运动进行描述，接着探究物体为什么会运动，如此层层深入对运动进行研究。这是一个由浅入深、由表及里的过程。那么如何表述物体的运动呢？不同的人有不同的描述。诗人可以用“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”，来描绘气势磅礴的瀑布，作家可以用“矫健如燕”来描述运动员画家也可以用美丽的画笔描绘出动感十足的情景，那么作为我们未来的科学家，我们怎样描绘物体的机械运动呢？问题：选择以上一个较复杂的运动（例如抛出的粉笔），我们如何描述它？（可演示抛粉笔）引导学生分析：描述起来有什么困难和麻烦？这些困难和麻烦是由于什么原因造成的呢？学生思考讨论并尝试作出回答：物体都有一定的大小和形状。师：很好，要准确描述物体的运动，特别是物体各部分的详细运动情况，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，物体个部分的运动情况一般并不一样。难道我们真的无法准确描述物体的运动吗？现在我们先来看两个例子。（演示课件）例1：如果我们要研究飞机从南京到北京的时间，我们是否要考虑飞机本身的大小和形状？例2：如果我们要研究火车在南京与上海这条线上的位置，车厢的颤动我们需要考虑吗？生：不用。只要把它当作一个点就行了。师：很好，大家刚才做了一件伟大的事情，就是在研究某些问题时，大家已经很自然地忽略某些次要因素，比如大小、形状，只关心主要的方面。那么我们能否忽略物体的质量呢？显然不能。这是我们要突出的主要因素。因而，在某些情况下，我们可以将物体简化为一个没有大小和形状而却具有质量的点，这就是质点。（板书并演示课件）那么请问大家，实际中质点是否存在呢？生：不存在。师：质点是一个理想化的物理模型，尽管不是实际存在的物体，但是它是实际物体的一种近似，是为了研究问题的方便而进行的科学抽象，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，使所研究的问题得到了简化。这是一种科学研究方法。（板书并演示课件）问题：所有的物体都可以看作质点吗？生：不是。师：我们来看下面两种情况。（演示课件）当我们研究地球公转的规律时，可以把地球看作质点吗？（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和形状，而突出物体具有质量这个固有属性，把它视为一个点。）如果是研究地球自转，考查地球上各点的运动呢？为什么？（因为地球上各点的运动情况不一样）又比如，研究火车在沿平直轨道运动时，可以把火车看作质点吗？研究火车过桥呢？研究火车车轮上各点的运动情况呢？这些情况下能把火车看作质点吗？再如：刘翔在米栏赛中（演示课件）通过这几个例子，我们可以得出：同一个物体能否看作质点，要看具体情况。学生讨论：是不是只有很小的物体才能看作质点？为什么？生：不是。要视研究的问题而定。师：物体能否坐看作质点是有条件的。、物体上各点的运动情况相同时（即物体作平动时），可以看作质点，一般研究物体的转动时不能把物体看作质点。、物体有转动，但物体的转动不是我们所研究的主要问题时，物体的本身大小和形状已变成了次要因素，物体可以看作质点。、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。、一个物体能否看作质点取决于所研究问题的性质，即使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。（板书）现在就让我们来看下列情况下的物体能否看作质点。（演示题目）大家在几何中也学到“点”，那么物理中的“质点”和几何中的点有什么相同和不同之处呢？请大家思考讨论一下。学生思考与讨论：物理中的“质点”和几何中的点有什么相同和不同之处？1、相同点：都是没有形状和大小的点。2、不同点：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，而且是一相对的物理概念；几何中的点没有质量，仅表示位置，而且应该绝对的小。二、参考系师：我们知道自然界的一切物体都处于永恒的运动之中，即运动具有绝对性。但是坐在教室里的同学看到其他同学都是静止的，却不知道他们都在绕着太阳在高速运动着，这里面蕴含了什么问题呢？请大家看这两幅图，你如何解释小孩的静止？就第二幅你能否提出一些问题？（例如为什么跳伞者总是在飞机的正下方？）（演示图片）（目的是为了培养学生的观察能力和提取有用知识的能力。）生：车上的小孩相对于车厢或坐在他对面的同伴是静止的。为什么跳伞者总是在飞机的正下方？师：从这两幅图我们可以看出，运动是相对的。因此要描述一个物体的运动，首先要选定某个其他物体作参考，观察物体相对于这个物体的位置是否随时间变化，以及怎样变化。我们就把描述物体的运动时，用来作参考的物体称为参考系。（板书）我们再来看这两幅图，我们描述小孩的运动时可以选择车厢，地面作为参考系，还可以选择其他物体作为参考系吗？生：可以。师：我们可以选择任意的物体作为参考系，也就是说参考系的选择具有任意性。而对于同一个物体选择不同的参考系，观察的结果可能相同也可能不同。我们在选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单，方便（一般选择地面和相对于地面静止的物体）。比较两个物体的运动情况，必须选择同一个参考系才有意义。（板书）现在来考查一下大家（演示题目）三、坐标系师：现在大家已经可以粗略描述物体是运动还是静止，那我们又怎样定量（准确）地描述运动物体所在的位置呢？我们先来看最简单的运动直线运动。例如在百米赛跑中，你如何描述运动员的位置？师：（提示）你的描述必须能反映物体（或人）的运动特点（直线）、运动方向、各点之间的距离等因素。为了定量描述物体的位置随时间的变化规律，我们可以在参考系上建立适当的坐标系，这个坐标系应该包含原点、正方向、标度、物理量和单位（演示课件）。坐标系是由笛卡尔发明的。他是伟大的哲学家、物理学家、数学家、生理学家。解析几何的创始人。他在科学上的贡献是多方面的，分别在哲学、物理学、天文学、数学等方面都有很大贡献。 这是物体作直线运动的情况，那对于在平面上运动的物体，例如八百米田径运动员，要描述他们的位置，你认为应该建立怎样的坐标系呢?生：平面直角坐标系。（师板书）师：很好，也就是二维平面直角坐标系。如果物体在立体空间运动呢？生：三维立体空间坐标系。（师板书）师：在我们的生活中，坐标系的运用是很广泛的。地球的经纬线就是大地的坐标，全球卫星定位系统，即GPS，在海、陆、空起着重要作用。（生看书中“科学漫步”）（演示课件）汽车中也可安装GPS定位系统布置作业完成赢在课堂本节练习【板书设计】质点 参考系和坐标系一、质点：用来代替物体的有质量的点1、 一种科学抽象，一个理想化的“物理模型”2、 对