1.1质点 参考系和坐标系.doc

讲义编号：1 必修1 1.1质点 参考系和坐标系 班级 姓名 组别 学号 基本要求:1.了解质点的定义,知道质点是一个理想化的物理模型2.初步体会物理模型在探索自然规律中的作用 3.理解参考系概念,知道对于不同的参考系,运动的描述可能是不同的4.理解坐标系概念,会用一维坐标系定量描述物体的位置以及位置的变化发展要求:1.根据选择的参考系描述物体的运动,根据对运动的描述判断所选择的参考系 2.会用二维坐标系定量描述物体的位置以及位置的变化说明:1.不要求在三维坐标系中定量描述物体的位置及位置的变化 2.不要求理解与掌握全球卫星定位系统(GPS)的工作原理3.对运动描述的转换只要求参考系与物体运动方向在同一直线上【教学目标】1.知识与技能 理解质点的定义,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2.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,让学生将生活实际与物理概念相联系,通过具体事例引出质点的这个理想化的模型.通过几个具体的例子让学生自主讨论,在讨论与交流中自主升华为物理中的概念通过参考系的学习,知道从不同角度研究问题的方法.让学生从熟悉的常见现象和已有的生活经验出发,体验不同参考系中运动的相对性,揭示参考系在确定物体运动时客观存在的必要性和合理性,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3.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,关心科技发展,勇于探索的精神.通过质点概念和参考系的学习,体会物理规律与生活的联系.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,帮助学生建立辩证唯物主义的世界观.通过本节学习,激发学生学习高中物理课程的兴趣.【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【教学方法】探究,讲解,讨论,练习【教学手段】录像资料,多媒体课件【课时安排】新授1课时【引入新课】请同学们观看一段录像后思考问题(有关运动的话题)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,提出一些关于运动的话题,并对比微观原子与宏观物体的运动.机械运动:指物体的 随 发生改变的过程.是最基本,最简单,最普遍的运动形式.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”,要了解运动,先要描述运动.你描述一下录像片中物体的运动:汽车在公路上 ,江水在咆哮着 远方,鸟儿在 ,树叶在 ,瀑布 ,雪花在 这些描述充满了文学色彩,但都不是科学上的描述.2003年10月15日,我国第一艘载人飞船满载着全国人民的希望成功升空.飞船在茫茫太空中遨游,假如你是文学家,你如何描述它的运动呢?光明日报)2003年10月17日第一版,作者欧阳中石“凌云戏月游银汉,转瞬翔天过太空.”如果你是科学家,你又将如何描述呢?这就是我们今天要研究的课题运动的描述 【新课教学】一.物体和质点情景1.雄鹰在空中翱翔,足球在绿茵场上飞滚,请你用关键词描述这些运动,足球 球体 ,雄鹰 翅膀 我们能精确描述物体的运动吗? 为什么不能精确描述物体的运动? 情景2.据报道,神舟五号飞船载人舱长7.4m,直径2.8m,用长58 m,重达480t的“长征”2号火箭发射.升空后,显示在指挥部荧光屏上的仅是一个小小的光点.科学家研究它在空中的位置,离开地面的高度,飞行的速度,运动轨道等问题时,需要考虑它本身的大小和形状吗? ,用点来代替飞船虽然与实际不符,但这样处理给解决问题带来了方便且没什么大的影响.情景3.乒乓球小而轻,直径仅4cm,质量约2.7g.运动员研究各种旋转球的打法时,要关注球的受力部位和受力方向对旋转的影响.这种情况下,需要考虑它本身的大小和形状吗? .能不能把它简化为一个点? 1.质点:用来代替物体的 .2.理想化模型:根据所研究问题的性质和需要,抓住问题中的主要因素,忽略次要因素,建立一种理想化的模型,使复杂问题得到简化,这是一种重要的科学研究方法情景4.讨论:能根据具体情况将物体简化为质点.1.研究雄鹰在空中翱翔的姿态,能不能把它看成质点?为什么? 研究雄鹰在两地间的飞行快慢, 能不能把它看成质点?为什么? 2.地球是一个庞然大物,直径约为12800km,与太阳相距1.5l08km.研究地球的季节变化时,能不能把它看成质点?为什么? 研究地面昼夜变化变化时,能不能把它看成质点?为什么? 3.质点的理解:质点是一种 ,是一种 的模型质点是对实际物体的近似,这也是物理学中常用的一种重要的研究方法一个物体能否看成质点,取决于它的 和 在所研究问题中是否可以忽略不计,而跟自身体积的 ,质量的 和运动速度的 无关一个物体能否被看作质点,取决于所研究问题的性质.即使是同一个物体,在研究的问题不同时,有的情况下可以看作质点,而有的情况可能不可以看作质点.质点跟几何中的点相同和不同相同: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.几何学中的点没有质量,仅表示一个位置.例.下列情景中,带下划线的物体可看成质点的是( )A.研究“嫦娥二号”绕地球运行时 B.研究“嫦娥二号”从地球到月球的飞行姿态C .裁判给表演冰上舞蹈的花样滑冰运动员打分D.用GPS系统定位在南极考察的海轮的位置E.研究子弹穿过一张薄纸所需的时间 F.长度不能忽略火车通过桥梁的时间G.火车行驶在杭州到北京的过程中 H.研究原子核内部结构(直径的数量级为1015m)跟踪.下列关于质点的说法中正确的是()A.质点就是体积很小的物体B.只有做直线运动的物体才能看成质点C.转动着的物体不可以看成质点D.由于所研究的问题不同,同一物体有时可以看做质点,有时不能看做质点E.形状和大小在研究的问题中影响很小,可忽略不计的物体能看成质点总结:物体能否看做质点的判断方法看物体的大小和形状对所研究的问题有无影响,如果无影响或影响不大,该物体可以视为质点，否则不能视为质点做平动的物体,由于物体上各点的运动情况完全相同,通常可以用一点来代替整个物体的运动，但并不是任何情况下都能看做质点.例如研究火车通过桥梁的时间时,火车的长度不能忽略,故不能看做质点转动的物体各部分的运动情况不同,一般不可视为质点.但各部分的运动情况的差异对所研究的问题不起主要作用时,物体可视为质点.例如研究昼夜交替现象时,地球不能视为质点若研究物体的形状,结构,姿态,动作,造型和体积问题时,不能看做质点二.参考系情景1.铁路边的人看到火车中的乘客飞快地离去,他是相对 而言的,而乘客自己却认为自己是静止的,他是相对 而言的.运动是绝对的,静止是相对的.在描述一个物体的运动时,一定要相对其它物体而言.1.参考系:任何运动都是相对于某个参照物而言的,这个选来作标准的参照物(假定它是静止的)称为参考系2.选择不同的参考系,同一物体的运动可能不同在印度洋海啸救灾中,从水平匀速航行的飞机上向受灾的地区空投救灾物资.在不考虑空气阻力的情况下,飞机上的人看到投下的物体是沿什么路线下落的? 地面上的人观察被投下的物体又是沿着什么路线下落的? 3.选择什么为参考系较恰当情景2.2004年,继美国宇航局的两台火星探险漫游者“勇气”号和“机遇”号之后,欧洲的火星快车飞船已顺利地将“猎兔犬”2号火星登陆车投放至火星表面.从地球表面向火星发射火星探测器的过程中和研究探测器在火星上运动的过程中,各应选择什么为参考系? 3.参考系的理解物体的运动和静止都是相对于参考系的,应该明确它是相对哪个参考系而言的选择不同的参考系,观察的结果可能不一样,也可能一样参考系的选取是任意的,选择参考系时,应使物体运动的描述尽可能简单,方便.研究地面附近的物体,通常选取地球为参考系.在同一问题中,要研究多个物体的运动或同一物体在不同阶段的运动,必须选取同一个参考系例.A,B两辆汽车在一条东西方向的直路上向东行驶,A速度为6 m/s,B速度为10 m/s.(1)若以A为参考系,B的速度多大?方向如何？ (2)若以B为参考系,A的速度多大?方向如何？ (3)以A或B为参考系,地面的运动情况如何？ 跟踪.下列关于运动的描述中,参考系的选取符合描述的是()A.诗句“飞流直下三千尺”是以“飞流”作为参考系的B.“钱塘观潮时,观众只觉得潮水扑面而来”,是以“潮水”为参考系的C.“两岸猿声啼不住,轻舟已过万重山”是以万重山为参考系的D.升国旗时,观察到国旗冉冉升起,观察者是以国旗为参考系的三.坐标系(数学在物理中的应用数理结合)情景1.汽车从天安门沿长安街驶向西单,南菜园方向,思考如何表示汽车的位置随时间怎样变化?问题:1.如何选择坐标系? 2.如何选择坐标原点和正方向? 3如何确定坐标轴上的刻度值?1. 2. 3. 例.小球从距地面4 m高处落下,被地面弹回,在距地面1 m高处被接住,坐标原点在抛出点正下方2 m处,向下方向为坐标正方向.则小球的抛出点,落地点,接住点的位置坐标分别是 情景2.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? 例.李小华所在学校的校门口是朝南的,他进入校门后一直向前走120 m，再向东走40 m就到了他所在的教室,请你画出教室的位置(以校门口为坐标原点)情景3.学生阅读教材科学漫步栏目并思考书中提出的问题.显示屏中的信息:第1行的西和第2行的航向267表示的是航向,航速0.0km说明定位器现在相对地面静止.第3行的航程1.0 kin是指从出发到现在的里程,累计13:32是指从开始启动定位器到现在的时间.第4行的N3955.451和Ell623.504是指定位器所处位置在北纬3955.451东经11623.504.第5行时间:10:29:57显示的是北京时间10点29分57秒.通过地理知识或查阅地图手册可以知道定位器此刻正处于北京市城区的西部.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)来确定方位总结:要准确地描述物体的位置及位置变化需要建立坐标系.如果物体在一维空间运动,即沿一条直线运动,只需建立直线坐标系,就能准确表达物体的位置,如果物体在二维空间运动,即在同一平面运动,就需要建立平面直角坐标系来描述物体的位置,当物体在三维空间运动时,则需要建立三维直角坐标系来描述小结参考系和质点的概念是运动学甚至整个力学的最基本,最重要的概念,并且还提供了重要的科学思维方法.了解参考系的概念,对于观察,比较,研究物体的运动有实际的意义.同学们要明白，严格意义上的“有质量的点”实际上是不存在的,是一种理想化模型,是对实际物体的近似,是一种科学抽象.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,要暂时撇开起作用很小的因素,抓住主要因素.如果在我们研究的问题中,物体的形状,大小,以及物体上各部分运动的差异是次要的或不起作用的,就可以把它看成质点作业:14.世界大战中,法国飞行员正在2000米高的空中飞行,忽然,他发现脸旁好像有一个小昆虫在飞舞,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.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?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? 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?为什么? 分析运动员的助跑速度时,能否将其看成质点?为什么? 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?为什么? 情景3. 例.质点在x轴上运动,各个时刻的位置坐标如下表： 请在x轴上标出质点在各时刻的位置哪个时刻离坐标原点最远?有多远? 课堂探究 一跳伞运动员在下落过程中，看到身旁的直升机在向上运动，则直升机相对于地面的运动情况是怎样的? 参考答案：跳伞运动员在下落过程中，看到身旁的直升机在向上运动，是以自己作参考系，即以跳伞运动员为标准，它们间的距离在不断增大如果以地面为参考系，这种情况的出现有以下几种可能性：(1)直升机静止在空中不动；(2)直升机向上升；(3)直升机下落，但速度比跳 三、坐标系 展示问题：（小偷偷东西被发现，原因GPS来确定方位） 教学后记： 亲自做一做、试一试，书