高中物理教案(运动的描述01).doc

吕四中学2008-2009第一学期教学案 必修一第一章第一节 主备:杨郁新 Emil：高中物理教案（运动的描述01）课题：质点、位移和参考系 目标：一、知识与技能：1、理解质点的概念，并能明确物体在什么情况下可以看作质点2、知道实际选取参考系时的原则；知道对同一物体选择不同的参考系时，观察的结果可能不同；能在具体问题中分辨出参考系是何物体；没特别说明时，参考系就是指地球或大地3、知道坐标系的概念，知道并能够运用坐标系定量、准确描述物体的位置和位置的变化二、过程与方法：1、领悟质点概念的提出和分析、建立的过程，知道它是一种科学的抽象2、了解物理学研究中物理模型的特点，初步掌握科学抽象这种普遍的研究方法3、通过数形结合的学习，认识数学工具在物理学中的作用三、情感态度与价值观：1、通过观察、探究体验，使之乐于探索自然现象和生活中的物理学道理2、通过小组讨论，培养学生相互合作、共同探索的团队精神，并使学生学会合作与交流3、体验研究问题的方法，学会在研究问题中突出主要矛盾的哲学价值观，并渗透德育教育重点：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。难点：在什么情况下可以把物体看作质点。教法：探究、讲解、讨论、练习教具：1演示器材：模型小汽车、乒乓球2录像资料、多媒体课件过程：前提测评师：请同学们观看一段录像后思考问题(有关运动的话题) (放映录像)选择有关反映物体运动的画面播放给学生看(可搜集整电视片科技之光和动物世界中的图像)如：雄鹰、小鸟在空中飞翔，飞机在天空中划过，行星、卫星在宇宙中运行，航天员杨利伟在宇航舱中给地球拍照，汽车在公路飞驰，轮船在海水中搏击海浪。 师：雄鹰在空中翱翔，足球在绿茵场上飞滚，连静静的山川也在“坐地日行八万里”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、分子等请大家根据刚才观看的录像片，回顾初中学过的机械运动，提出一些关于运动的话题 教师总结学生发言，讲述机械运动 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字标题，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人手 师：我们在刚才的录像片中看到：汽车在公路上飞驰，江水在咆哮着奔向远方，鸟儿在飞翔，树叶在摇动，高山上流水，瀑布直泻千尺，雪花在空中飞舞如果你是科学家，你将如何描述这此运动呢?这就是我们今天要研究的课题认识运动 新课教学一、物体和质点研究物体的运动，第一步是要确定物体的位置。物体都具有大小和形状，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。问题：选择以上一个较复杂的运动（例如鸟的飞行），我们如何描述它？引导学生分析：描述起来有什么困难？我们能不能把它当作一个点来处理？在什么条件下可以把物体当作质点来处理？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。1、质点的定义：用来代替物体的有质量的点叫做质点。即没有形状、大小、体积而具有质量的一个点，质点具有物体的全部质量。2、质点是人们为了使实际问题简化而引入的理想化模型。引入理想化模型，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，尽可能把复杂问题简单化，是物理学上经常用到的一种研究问题的方法科学抽象。物理学对实际问题的简化，必须从实际出发，撇开不考虑的只能是与当前考察无关的因素，和对当前考察影响很小的次要因素。3、关于质点简化的条件性一个物体能否抽象成质点，并不是取决于物体的形状和体积大小，这要看具体情况而定。物体本身的大小比起它的运动轨迹长度或活动范围来微不足道，可忽略其大不和形状而视为质点。平动的物体一般可以看作质点做平动的物体，由于物体上各点的运动情况相同，可以用一个点代表整个物体的运动，在这种情况下，物体的大小、形状就无关紧要了，可以把整个物体当质点。例如：平直公路上行驶的汽车，车身上各部分的运动情况相同，当我们把汽车作为一个整体来研究它的运动的时候，就可以把汽车当作质点。当然，假如我们需要研究汽车轮胎的运动，由于轮胎上各部分运动情况不相同，那就不能把它看作质点了。要注意的是：同一物体在不同情况下有时可看质点，有时不可以看作质点，一列火车从北京开到上海，研究火车的运行的时间，可将火车看成质点，而火车过桥时，计算火车过桥的时间，不可以将火车看成质点。有转动但转动为次要因素例如：研究地球公转时，可把地球看作质点；研究地球自转时，不能把地球看质点。物体的形状、大小可忽略再如：乒乓球旋转对球的运动的较大的影响，运动员在发球、击球时都要考虑，就不能把乒乓球简单看作质点。练习1、是不是只有很小的物体才能看作质点？地球的自转和转动的车轮能否被看作质点？物理中的“质点”和几何中的点有什么相同和不同之处？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? 参考答案：(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)能物理中的“质点”跟几何中的点有什么相同和不同之处? 参考答案：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” 师：请同学们对质点进行小结：练习2、在研究下列问题时，物体可当作质点处理的是A、研究自转效应的地球； B、研究旋转效应的乒乓球；C、研究一列火车通过长江大桥所需的时间；D、测定铅球队运动员投掷铅球的距离二、参考系情景：有一首唐代流传下来的诗词：“满眼风波多闪灼，看山恰似走来迎，仔细看山山不动是船行。”提问：作者为什么会有“山迎”、“船行”这样两种不同的感觉？ 小结：物体的运动和静止是相对的。同时也说明自然科学与人文科学是相通的.1、定义：为描述物体的运动，需要另外选取一个物体作为标准，否则无法判断。这个作为标准的物体叫做参考系.它是参照物的科学名称.让学生观察图1.1-3和1.1-4，阅读图右文字，回答以下问题得出什么结论？就图1.1-4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）目的是为了培养学生的观察能力和提取有用知识的能力。2、说明：参考系是参照物的科学名称，是假定不动的物体。运动和静止都是相对的。参考系的选择是任意的，一般选择地面或相对地面静止的物体。练习3、以下三句诗分别是以什么为参照物？小小竹排江中游，巍巍青山两岸走月亮在莲花般的云朵里穿行坐地日行八万里，巡天遥看一千河总结：描述一个物体的运动，参考系是_选取的，在具体问题上，应该以对运动的描述简单、方便为选择的基本原则。在研究地面上物体的运动时，为了研究问题方便，常取_作参考系。 大地练习4、入坐着船行驶在河中观看两岸时，常有“看山恰似走来迎”的感觉，是以_为参考系。而变换一下目光，又感到“仔细看山山不动”，这是以_为参考系。 船 地面 C练习5、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；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。练习6、如何理解运动是绝对的，静止是相对的？三、坐标系情景：假设你（质点）在学校操场上，沿东西方向笔直（直线）地奔跑，如果要问你（质点）到了哪里，我们会怎样表示呢？学生回答：可以说在操场上旗杆东面或西面几米处。对我们可以选择大家所熟悉的标志作为参考，说明你的位置。那么能否借助数学方法呢？可以建立坐标系来描述物体的物质。小结：一般说来，为了定量地描述物体的位置变化,需要在参考系上建立适当的坐标系。用坐标值来表示物体的位置。提问：如何选择坐标轴和正方向？如何选坐标原点？如何确定坐对质点的直线运动，一般选质点运动轨迹为坐标轴，质点运动的方向为坐标轴正方向，选取质点经过坐标轴原点的时刻为时间的起点。如果我们以广场上旗杆作为坐标原点，x=3m,x=-2m表示什么意思？正负号表示什么意思？说明：方向常用正负号表示学生回答：x=3m,表示在广场上旗杆东面3米处，x=-2m表示在广场上旗杆西面2米处。正负号表示方向，即2、说一说如果同学们（你）在冰场上滑冰，对于这种平面运动，要描述自己的位置或位置的变化，你认为应该建立怎样的坐标系？如果我们要研究“神舟”号这种三维运行呢？学生回答：对于平面运动，我们可以建立平面直角坐标系描述位置或位置的变化；对于“神舟”号可以建立三维坐标系研究它的运动。练习7、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x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113标注： (2)在第4s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7m，在x轴的负向上，为最远，而其他几个都不是最远的问题：田径场上，描述百米运动员在运动中的位置，需建立什么样的坐标系?描述800米赛跑运动员在运动中的位置需建立什么样的坐标系?足球场上，描述足球运动员的位置需建立什么样的坐标系?要描述足球的位置呢? 参考答案；百米运动员是在一条直线上运动，所以应建立直线坐标系；800米赛跑运动员不是在一条直线上运动，而是在一个平面内运动，所以应建立平面直角坐标系；足球运动员也是在球场平面内运动，也要建立平面直角坐标系，而足球的运动可以在草坪上进行，也可以在空中飞行，所以要建立立体空间直角坐标系教师总结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、正方向和单位长度。例：x=5m。对于质点的直线运动，一般选取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，选取计时起点为坐标轴的原点。单位长度的选定要根据具体情况。位如果物体在平面上运动（例如滑冰运动员），可以建立一个直角坐标系，此时可以用（x，y）表示物体的位置。对于立体运动可建立三维坐标。请同学们阅读课本第页“科学漫步”，并回答：此GPS定位器此刻处于我国哪个城市？从显示屏中你还能获得哪些信息？老师解释：显示屏上第1行的“西”和第2行的航向267其含义（见右图）。请同学举例说明它还有哪些用途。学生回答：显示屏上的北纬3955451、东经11623504是北京所处的经度和纬度。还可以知道时间，航向、航速、航程。GPS应用领域有交通管理、测量、实时导航、精确定位、资源开发等。学生回答：GPS应用领域有交通管理、测量、实时导航、精确定位、资源开发等。课堂总结1、质点理想模型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。例如：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。2、实际物体在下列三种情况下都可简化为质点：（1）物体的大小和形状对研究问题的影响可忽略不计。（2）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。（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。课堂巩固1下列物体能看做质点的是 A沿着斜面下滑的木块 B 研究斜面上的木块是下滑还是翻滚 C 电扇的叶片 D 自转中的地球2下列关于质点的说法中，正确的是 A地球很大，一定不能看做质点 B 原子核很小，一定能看做质点 C 同一物体在不同的情况中，有时可看做质点，有时则不可看做质点 D 质点是一种理想化模型，无实际意义下列说法中正确的是 研究物体的运动，首先必须选定参考系 参考系必须选择地面 研究同一物体的运动时，选取地面或相对地面静止的物体为参考系，所得出的关于物体运动的结论是相同的 选取不同的参考系，所得出的关于物体运动的结论可能是不同的诗句“满眼风波多闪灼，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行”中，“看山恰似走来迎”和“是船行”所选的参考系分别为 船和山 山和船 地面和山 河岸和流水C5、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 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 AC6、在以下的哪些情况中可将物体看成质点? A 研究某学生骑车回校的速度 B对这位学生骑车姿势进行生理学分析 C 研究火星探测器从地球到火星的飞行轨迹D 研究火星探测器降落火星后如何探测火星的表面 C7、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 8、 质点由西向东运动，从A点出发到达C点再返回B点静止。如图，若AC=100m，BC=30m，以B点为原点，向东为正方向建立直线坐标，则：出发点的位置为 m，B点位置是 m，C点位置为 m，A到B位置变化是 m，方向 。C到B位置变化为 m，方向 . 解析：以B为原点、建立坐标系，如图A（-70m）B（0m）C（+30m）A到B的变化70向东；C到B变化为 - 30向西答案 见上 9、第一次世界大战期间的一次空战中，一个法国飞行员正在2 000米高的空中飞行，忽然，他发现脸旁好像有一个小东西在飞舞，他以为是一只小昆虫，于是就伸手轻松地把它抓了过来，仔细一看，把他吓出一身冷汗来他抓住的不是别的，是德国飞机射向他的一颗子弹。请根据上述信息讨论回答以下问题，并注意体会参考系的选取与运动的相对性 (1)子弹飞得那么快(一般为几百米每秒)，为什么没有把他的手打穿?体会一下，同一物体相对于不同的参考系运动状态相同吗? (2)受类似现象的启发，人们实现了飞机在飞行途中进行空中加油，在航天飞行中，宇宙飞船发射到太空和正在绕地球运动的空间站实行空中对接实现“空中加油”和“空中对接”应满足的基本条件是什么? 10、1997年6月10日，在我国西昌卫星发射中心用“长征一号”运载火箭成功发射的“风云二号A”气象卫星，是我国研制成功的第一颗静止气象卫星，设计工作历时三年2000年6月25日，“长征三号”运载火箭又将我国自行研制的第二颗“风云二号B”气象卫星成功发射上天，在太空中顺利完成与A星的“新老交替”，最终定点在东经105赤道上空，向地面传回中国及周边地区的高质量的气象资料 (1)上述材料中的“静止气象卫星”最终定点在东经105赤道上空，是以谁为参考系来描述卫星的运动的? (2)具有上述特点的卫星称为“同步卫星”除了“气象卫星”外，“同步卫星”还有什么用途?版书设计1.1质点、参考系和坐标系1、质点：（1）定义：用来代替物体的有质量的点叫质点（没有大小、形状但有质量的点）（2）实物简化为质点的条件：物体的大小和形状对研究的问题的影响可忽略不计（3）质点是个理想化的物理模型，实际不存在（理想模型:抓住主要特征，忽略次要因素）2、参考系：（1）定义：选来作为标准的另外的物体叫做参考系（2）选择不同的参考系来观察同一运动，观察的结果会有不同（3）选择的原则：观测方便和使运动的描述尽可能简单3、坐标系：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一维坐标系（直线坐标系）、二维坐标系（平面坐标系）、三维坐标系（立体坐标系）教学总结作业布置（选用）A1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A船和山 B山和船 C地面和山 D河岸和流水CD2下列关于质点的说法中，正确的是 A质点就是质量很小的物体 B质点就是体积很小的物体 C质点是一种理想化模型，实际上并不存在 D如果物体的大小和形状对所研究的问题是无关紧要的因素时，即可把物体看成质点ABD3关于坐标系，下列说法正确的是 A建立坐标系是为了定量描写物体的位置和位置变化 B坐标系都是建立在参考系上的 C坐标系的建立与参考系无关 D物体在平面内做曲线运动，需要用平面直角坐标系才能确定其位置AC4在以下的哪些情况中可将物体看成质点 A研究某学生骑车由学校回家的速度 B对这名学生骑车姿势进行生理学分析 C研究火星探测器从地球到火星的飞行轨迹 D研究火星探测器降落火星后如何探测火星的表面A5在下述问题中，能够把研究对象当作质点的是 A研究地球绕太阳公转一周所需时间的多少 B研究地球绕太阳公转一周地球上不同区域季节的变化、昼夜长短的变化 C一枚硬币用力上抛，猜测它落地时正面朝上还是反面朝上 D正在进行花样溜冰的运动员6坐在美丽的校园里学习毛泽东的诗句“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，这是因为选取 作为参考系的缘故，而“坐地日行八万里”是选取 作为参考系的。地面 、 地心 （地球每天围绕地轴自转一圈，地球赤道周长S=4.0104km,即大约为八万里,我们感觉静止不动，是以地面作为参考系;如果以地心为参考系,那么地面上的人将随地球一起绕地心转动，同时夜间会看到大量的天体. ）7指出以下所描述的各运动的参考系是什么？（1） 太阳从东方升起，西方落下； （2） 月亮在云中穿行；（3） 汽车外的树木向后倒退。7.（1）地面 （2）云 （3）汽车 8一物体从O点出发，沿东偏北30度的方向运动10 m至A点，然后又向正南方向运动5 m至B点。（sin30=0.5）（1）建立适当坐标系，描述出该物体的运动轨迹；第8题图（2）依据建立的坐标系，分别求出A、B两点的坐标。8.（1）坐标系如图,线OAB为运动轨迹（2）xA=5m yA=5m; xB=5m yB=0m 9在二战时期的某次空战中，一英国战斗机驾驶员在飞行中伸手触到了一颗“停”在驾驶舱边的炮弹，你如何理解这一奇怪的现象？10.由题意可知,炮弹以飞机为参考系，是静止的,所以飞行员不会被炮弹击伤;炮弹相对地面以很大的速度运动，站在地面上的飞行员是不敢抓炮弹的。 教师资料一、坐标系1.天球坐标系为确定天球上某一点的位置，在天球上建立的球面坐标系。有两个基本要素：基本平面。由天球上某一选定的大圆所确定。大圆称为基圈，基圈的两个几何极之一作为球面坐标系的极。主点，又称原点。由天球上某一选定的过坐标系极点的大圆与基圈的交点所确定。 天球上一点在此天球坐标系中的位置由两个球面坐标标定：第一坐标或称经向坐标。作过该点和坐标系极点的大圆，称副圈，从主点到副圈与基圈交点的弧长为经向坐标。第二坐标或称纬向坐标。从基