质点坐标参考系.doc

第1节 质点、参考系和坐标系本节教材分析：本节首先让学生阅读一段有关运动和静止的描述，让学生了解更宽泛意义上的运动和静止.在回顾了机械运动的根本特征后，让学生知道如何确定物体的运动和怎样看待运动的物体的问题.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.用多个讨论与交流的目的在于让学生从生活中的实际联系物理中的概念.（1）三维目标（一）知识与技能1、知道质点的概念及条件。2、知道参考系概念及作用。3、掌握坐标系的简单应用。（二）过程与方法1、体验质点的条件及意义，初步掌握科学抽象这种研究方法。2、体验不同参考系中运动的相对性，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、不同的参考系中现象不同，帮助学生建立辨证唯物主义的世界观。（2）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。（3）教学难点1在什么情况下可以把物体看作质点。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。（4）教学建议本节学习的质点等概念是运动学乃至整个力学的最基本、最重要的概念。一方面，这些概念的运用贯穿于力学中的各个章节，另一方面还提供了重要的科学思维方法：解决问题时，首先把实际问题抽象成物理模型，然后用数学方法描述这个模型，并寻求解决的办法。学习质点的概念时，重在让学生理解体会质点是一种理想化的模型，是对实际物体的近似，是一种科学抽象，其含义：自然界中任何一种事物及其运动变化，都是比较复杂的，研究问题，要突出问题的主要方面，忽略次要因素。让学生在自主学习中，通过对多个实例的讨论分析，逐渐领会这种科学思维方法，学会独立分析，切忌机械记忆。本节首先让学生阅读一段有关运动和静止的描述，让学生了解更宽泛意义上的运动和静止.在回顾了机械运动的根本特征后，让学生知道如何确定物体的运动和怎样看待运动的物体的问题.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。 新课导入设计导入一：从生活实例引入: 如: 汽车在马路上飞驰 汽车对马路位置改变 江水咆哮地奔向远方江水对河岸位置改变总结:一个物体对另一个物体相对位置变化运动称之为机械运动怎样描述机械运动，即怎样地描述物体上各点的位置及其随时间的变化呢？导入二：师：请同学们观看一段录像后思考问题（有关运动的话题）.选择有关反映物体运动的画面播放给学生看（可搜集整理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.生1：宇宙中一切物体都处在永恒的运动中.生2：运动是绝对的，静止是相对的.生3：物体空间位置随时间的变化就是机械运动，片中记录了大量物体的运动情景.生4：描述物体的运动要选择参照物.生5：“坐地日行八万里”，我怎么没感觉到呢？教师总结学生发言，提出问题如何描述问题的运动？教学过程： 如: 汽车在马路上飞驰 汽车对马路位置改变 江水咆哮地奔向远 江水对河岸位置改变总结:一个物体对另一个物体相对位置变化运动称之为机械运动怎样描述机械运动，即怎样地描述物体上各点的位置及其随时间的变化呢探究新知 学点1 质点 合作研讨 （1）若要计算一列火车从北京到上海的运动时间，是否可以忽略列车的长度？若要计算一列火车经过一座大桥的时间，是否可以忽略列车的长度？为什么？ _ （2）研究地球的公转时，是否可以忽略地球的大小？若研究地球的自转时，是否可以忽略地球的大小？为什么？ _ 知识归纳 （1）定义：用来代替物体的有质量的点 （2）将物体看成质点的条件 物体的大小、形状对所研究问题的影响可以忽略不计时，可视物体为质点如地球非常大，但地球绕太阳公转时，地球的大小就变成次要因素，我们完全可以把地球当做质点看待当然，在研究地球自转时，就不能把地球看成质点了研究火车从北京到上海的运动时可以把火车视为质点，但研究火车过桥的时间时就不能把火车看成质点了 平动的物体可以视为质点平动的物体是指物体上各个点的运动情况都完全相同的物体这样，物体上任一点的运动情况与整个物体的运动情况相同因此，可用一个质点来代替整个物体但转动的物体不能视为质点，因为转动物体上各个点的运动情况并不相同 例1 下列关于质点的说法，正确的是 （ ） A顺水漂流的小船可以视为质点 B研究火车通过路旁一根电线杆时，火车可以看做质点 C研究奥运会乒乓球运动员打出的弧圈球时不能把乒乓球看做质点 D研究奥运会跳水运动员跳水动作时，不能将运动员看做质点 解析 顺水漂流的小船各点的运动情况一致，是平动的物体，可视为质点，A对 研究火车通过路旁的一根电线杆时，火车的长度不能忽略，火车不能看做质点，故B错误 研究旋转多变的乒乓球的弧圈运动时，乒乓球的大小不能忽略，乒乓球不能看做质点，故C正确 研究运动员的跳水动作时，要研究转体和翻滚等高难动作，也不能看做质点，故D正确 答案 ACD 总结归纳 实际物体可视为质点的条件：a物体的大小，形状对问题的影响可以忽略不计；b物体做平动；c物体虽有转动，但因转动而引起的物体部分差异对所研究的问题不起主要作用 （3）质点的物理意义 实际存在的物体都有一定的形状和大小；有质量而无大小的点是不存在的，那么定义和研究质点的意义何在？ 质点是一个理想的物理模型，尽管不是实际存在的物体，但它是实际物体的一种近似反映，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，使所研究的复杂问题得到了简化 在物理的研究中，“理想模型”的建立，具有十分重要的意义第一，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，可以把实际事物当作“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1.3104km）比地球和太阳之间的距离（约1.5108km）小得多，地球上各点相对于太阳的运动可以看作是相同的，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作一个“质点”来处理 我们只研究能够简化为质点的物体的运动因此，如果没有特别说明都可以把物体视为质点来处理 例2 关于质点，下列说法正确的是 （ ） A质点就是一个体积很小的小球 B只有很小的物体才能被视为质点 C质点不是实际存在的物体，只是一种理想模型 D大的物体有时也可以被视为质点 解析 质点不是实际存在的物体，更不是小球，是实际物体的近似，是理想模型；不一定小的物体才可以被视为质点，如地球很大，但在研究地球公转时可将其视为质点 答案 C D学点2 参考系 合作交流 在我们周围到处都有运动的物体，请举例说明哪些物体是运动的？ _ _ 诱学导思 （1）我们通常说房屋是静止的，而河水是运动的，这是以地面为标准来说而坐在行驶中的汽车里的乘客，认为自己是静止的，而路旁的树木在向后快速运动，这是以汽车为标准来说的 （2）甲、乙两个同学并排行走，若以甲为参考系，乙是静止的，若以地面为参考系，乙是运动的 （3）研究地面上物体的运动，是以地面为参考系研究方便，还是以月亮为参考系研究方便？ 知识归纳 （1）运动：小到分子、原子大到天体都在永恒地运动物体相对其他物体的位置变化，叫机械运动，简称运动运动是绝对的，而静止是相对的 （2）参考系 定义：在描述一个物体的运动时，选来作为标准的另外的物体叫参考系 物体的运动都是相对参考系而言的，这是运动的相对性一个物体是否运动，怎样运动，决定于它相对所选的参考系的位置是否变化、怎样变化同一物体，选取不同的参考系，其运动情况可能不同，如路边的树木，若以地面为参考系是静止，若以行驶的汽车为参考系，树木是往后倒退的，这就是我们坐在车里前进时感到树木往后倒退的原因 参考系的选择是任意的，但应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为原则研究地面上物体的运动时，常选地面为参考系 问题研讨 从在火车里的三个同学在研究这列火车的运动情况甲说火车在前进，乙说火车在后退，丙说火车是静止的甲、乙、丙三个同学分别是以什么为参照物？ _ 例3 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可能是（ ） 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 D.甲向上、乙向上、丙也向上，但比甲、乙都慢 解析 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考系甲中乘客看楼向下运动，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 学后反思 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考系，这是人们的思维习惯造成的，其实际是在无意误中选择了参考系 答案 BCD 解题规律 描述物体的运动，一定要明确参考系，选不同参考系，对同一运动的描述是不同的尤其是当遇到参考系不停转换问题时，要遵循由简单到复杂的原则，先确定有惟一性的，再确定有多种可能性的，一环套一环，以防止漏解 例4 观察图111中的烟和小旗，关于甲、乙两车相对于房子的运动情况，下列说法正确的是（ ） A甲、乙两车一定向左运动 B甲、乙两车一定向右运动 C甲车可能运动，乙车向右运动 D甲车可能静止，乙车向左运动 解析 图中房子相对地面是静止的，由烟囱冒出的烟向左飘，可知此时风向向左（相对于地球而言）甲车上的旗子也向左，则有三种可能情况：一是甲车不动，风把小旗向左刮；二是甲车向右运动，风相对甲向左，风把小旗向左刮；三是甲车向左运动但小于风速，因此风仍能把小旗向左刮对于乙车，则只有乙车向左运动并大于风速，此时风把小旗向右刮故选项D正确 答案 D 问题研讨 如果坐在向东行驶的甲车里的乘客看到路旁的树木向后退去，同时又看到乙车也从甲车旁向后退去，则乙车的运动情况有几种可能？ _学点3 坐标系 问题展示 有时需要准确地描述某个物体所在的位置，如地理上用纬度和经度来确定某个地点，在军事、大地测量等领域常采用全球卫星定位系统（GPS）来确定方位 知识归纳 坐标系 （1）建立坐标系可以准确地描述物体所处的位置及其位置变化 （2）一维坐标系：选某一位置为坐标原点，以某个方向为正方向，选择适当的标度建立一个坐标轴，就构成了一维坐标系，适用于描述物体在一维空间运动（即物体沿一条直线运动）时物体的位置 （3）二维坐标系：由两个互相垂直的坐标轴组成，适用于物体在二维空间（即在同一平面）内运动时，又称为平面直角坐标系 （4）三维直角坐标系 适用于描述物体在三维空间中的具体位置 例5 从高出地面3m的位置竖直向上抛出一个小球，它上升5m后回落，最后到达地面，如图112所示，分别以地面和抛出点为原点建立坐标系，方向均以向上为正，填写以下表格：坐标原点的设置出发点的坐标最高点的坐标落地点的坐标以地面为原点以抛出点为原点解析 本题中的物体沿直线运动，可以在该直线上建立直角坐标系，来定量描述物体的位置，若以地面为原点，则出发点、最高点、落地点的坐标分别为x13m，x28m，x30；若以抛出点为原点，则0，5m，3m 归纳总结 定量描述沿直线运动的物体的位置及变化，只需建立直线坐标系（一维坐标系）；但当物体在同一平面内运动时要用平面直角坐标系（二维坐标系）才能定量描述出物体的位置及位置的变化 拓广延伸 本节新学的基本概念是整个运动学的基础，也是解决所有力学问题必须具备的知识，利用本节知识，我们还可以解决实际生活中常见的一些问题 例6 我们在欣赏电视或电影时，经常会看到影片中神仙腾云驾雾，那么，这逼真的镜头是怎么拍摄的呢？ 解析 导演和摄影师们运用了“背景运动”的特技手法，他们让演员在天空、云彩等背景前做出各种姿势和动作，同时又快速地移动演员身后的背景，并且还用鼓风机吹动演员身上的衣裙，这样我们看到的神仙腾云驾雾的镜头就拍成了这实际上运用是了相对运动的原理，因为观众在观看影片时不自觉地把背景作为了参照物，误认为背景是静止的而与背景发生相对运动的“神仙”自然就“飞”起来了，你在“电视剧中看到的其他一些特技镜头，是否也可以利用这种原理来拍摄呢？ 例7 在匀速行的火车上，一旅客不慎将分文包遗忘在卫生间里，经1min旅客从卫生间返回自己的座