高中物理备课资料卡 质点 参考系和坐标系素材

用心 爱心 专心1 高中物理备课资料卡高中物理备课资料卡 质点质点 参考系和坐标系素材参考系和坐标系素材 课程标准课程标准 的要求的要求 沪科 J 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 知识与能力知识与能力 鲁科 J 知道机械运动是物质运动的一种基本形式 理解参考系的意义 知道运动的绝对性和描述运动的相对 性 掌握机械运动的空间位置和时间的描述方法 鲁科 J 理解质点的概念 能判断一个物体在特定的情况下能否看成质点 鲁科 J 1 知道运动有多种类型 机械运动是物体最简单的一种运动形式 鲁科 J 2 知道参考系的概念 知道对同一物体选择不同的参考系时 观察和描述到的结果会有所不同 通常 选择参考系时 要视研究问题的方便而定 鲁科 J 3 知道物体在空间的位置可以用坐标系来描述 学会用坐标系来描述物体的空间位置 鲁科 J 5 关注科学技术的新进展 关注物理学与其他学科的联系 培养爱国主义情感 过程与方法过程与方法 鲁科 J 通过质点的认识 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 情感态度与价值观情感态度与价值观 鲁科 J 领略自然界运动世界的奇妙与和谐 发展认识物质运动的好奇心与求知欲 鲁科 J 通过 神舟 5 号和上海 磁悬浮列车 等介绍 让学生关心科技发展现状与趋势 培养爱国主义的情 感和振兴中华的使命感和责任感 内容结构概述内容结构概述 鲁科 J 通过认识运动 了解自然界小到微观的基本粒子 大到巨大的天体和浩瀚无边的天空的运动世界 激发 学生对运动认识和描述的兴趣和求知欲 开始导入本章的主题 运动的描述 鲁科 J 进入主题后 从最基本和最简单的机械运动说起 机械运动是指一个物体相对于其他物体的位置发生了 改变 从而自然地引出了三个问题 用来描述物体运动的参照物 参考系 如何确定物体的空间位置 空间位置 的描述 以及机械运动过程中时间的描述 这些问题就构成了本章的第 1 节内容二运动 空间和时间 为了使学生进 一步理解用坐标系来描述物体空间位置 了解科技发展的趋势 教材设置了信息窗 全球定位系统 教材以 神舟 5 号飞船为载体 讲解了时间和时刻两个概念及其两者的区别和联系 为了让学生对空间和时间有一定的感性认识 教材中设置了信息窗 空间和时间的尺度 同时进行爱国主义的情感教育 拓展学生的视野 体现了突破学科本位 加强物理学科与其他学科的联系的课程基本理念 鲁科 J 需要说明的是 运动是自然界最常见 也最直观的现象 因此 高中物理教材从物体运动的描述开始 既体现了物理来源于生活的基本理念 又加强了与初中知识的联系 鲁科 J 从初中物理到高中物理有一个大的台阶 在教学中 能否让学生成功地跨越这一台阶 对学生学习高中 物理起着关键的作用 除绪论外 本章是高中物理的启蒙课 要注意初中物理和高中物理两者之间的梯度 既要在初 中基础上有所提升 又要特别注意学习的难度和深度 不能让学生萌发高中物理特别难学的感慨 挫伤学生学习物理 的积极性 提高学生的学习兴趣 保持学生高度的学习热情 这是高中物理教师所必须做到的 人教人教 J J 强调力学是物理学的基础 也是物理学及其他科学研究的典范 强调力学是物理学的基础 也是物理学及其他科学研究的典范 对物体运动的研究是物理学产生和发展的源头之一 正如古希腊圣贤亚里士多德所说的那样 不了解运动 就 不了解自然 物体的空间位置随时问的变化 是自然界中最简单 最基本的运动形态 人们称之为机械运动 在物 理学中 研究物体做机械运动规律的分支就是力学 人们在力学的研究中 不仅了解了物体做机械运动的规律 而且 还创造了科学研究的基本方法 所以 著名物理教育家和科学史家霍尔顿说 无论从逻辑上还是从历史上讲 力学 都是物理学的基础 也是物理学及其他科学研究的典范 力学之于物理学如同骨骼之于人体 这就是 普通高中 物理课程标准 把 力学 的内容作为必修模块的主要原因 科学的发展过程和人的科学素质的提高过程具有一致性 是科学教育有效性的基础之一 因而也是科学教育应遵 循的一个原则 用心 爱心 专心2 力学是物理学及其他科学研究的典范 其表现是多方面的 在这一章中最为突出的是质点模型的建立 物体运动 的复杂性向人类渴求描述运动的愿望和智力提出了挑战 认识到科学地描述自然 包括描述物体的运动 不是一种简 单的模写 不是拍照 而是突出研究对象和问题的主要方面 忽略次要因素 建立理想化的 物理模型 并将其作 为研究对象 这样不仅使描述和研究成为可能 而且更深刻地把握了事物的本质 理想化模型源于具体事物又高于具 体事物 是感知 思维的产物 就此而言 它的建立既是一种典范 又具有普遍意义 许多著名物理学家都曾谈及过理想模型 例如 美籍奥裔物理学家韦斯科夫曾风趣的说 什么叫模型 模型就 是奥地利的火车时刻表 奥地利的火车经常晚点 乘客问列车员 你们干吗还要时刻表 列车员回答说 有了 时刻表你才知道火车晚点呀 如果真的没有列车时刻表 铁路交通将会怎样 由此 我们就能感悟到理想化物理模 型在科学中的地位和作用了 关于质点的概念 教科书是从如何处理实际物体运动的复杂性而提出问题 应该说 它是以引导学生进行科学探 究的思路展开的 如教科书在展示实际物体运动的复杂性的同时 用极度虚化后飞鸟的图片引发学生思考 如果物体 都是一个个只有质量 没有大小的 点 问题就简单了 那么 什么情况下可以把物体看做这样的 点 呢 这 样处理的目的不是要求学生记住 质点 的概念 而是要通过这一过程渗透和培养这种科学的思维方法 教学建议教学建议 鲁科 J 1 在导入本章和引入第 1 节时 建议运用幻灯片或多媒体手段进行丰富的图片展示 除了教材上图 2 1 图 2 2 图 2 3 外 还应补充更多的图片 图片的种类要多 给学生的感官刺激 要涉及多种运动类型 以避免 学生把物体的运动与常见的机械运动混为一谈 对图片中所涉及的其他运动形式 只要让学生知道即可 建议先展示 各种各样的运动形式 再就其中的有关机械运动的图片 如教材中图 2 3 引入机械运动的概念 引入机械运动时 最 好用有动画效果的多媒体课件 要突出 位置 和 变化 两个关键词 以加深对机械运动的理解 如果没有多媒体 课件 可以就地取材 如用手推动着粉笔盒 使其在桌面上运动 在引入了机械运动后才展示章名和第 1 节的节名 并强调现在学习的只是机械运动的描述方法 鲁科 J 可以以在平直的公路上同向行驶的两辆汽车为例 采取讨论的方式 让学生体会到选择不同的参考对象 对于同一物体的观察与描述的结果会有所不同 从而让学生知道 什么是参考系 为什么在描述物体的运动之前必须 指定参考系 参考系可以任意选取 但一个基本的原则是要使问题的研究简单而又方便 在没有指明参考系时 通常 是选地面或相对于地面静止的物体为参考系 实际上 自然界中的一切物体都在不停地运动 相对于地面静止的楼房 等也随着地球的运动而运动 要让学生体会到运动是绝对的 静止是相对的这一辩证的观点 鲁科 J 建议先提出问题 如 某汽车此时位于市中心向东 4 km 处 某汽车此时位于市中心向西 5 km 处 某汽车此时位于市中心向西 3 km 向北 4 km 处 某汽车位于向东 5 km 向南 4 km 处 如何用一维或二维坐标 来描述汽车的此时位置 让学生分组讨论不同问题的答案 然后在教师的引导下得出 已知物体的位置如何用坐标来 描述它 以及已知物体的坐标如何描述物体的位置 要强调规范 用三角板作图 坐标中的东 南 西 北通常有一 定的规定 物理单位最好用符号 鲁科 J 2 时间和时刻有区别也有联系 在时间轴上 时间表示一段 时刻表示一个点 对时间和时刻 学生可 能有一定的混淆 如 8 时 15 分 和 8 小时 15 分 所表述的意思是不同的 神舟 5 号是很好的爱国主义教育素 材 教师要很好地利用它 建议有条件的学校 可以放映 神舟 5 号发射的全过程的剪辑片 介绍 神舟 5 号发 射成功的意义 如果时间有限 也可以放在课后放映 建议简单介绍科学研究中的 飞秒 和 阿秒 技术 让学生 了解科学技术的新成就和新进展 培养热爱科学的情操 鲁科 J 3 教材中的两个 信息窗 全球定位系统 和 空间和时间的尺度 可以指导学生课堂阅读 如果时间有限 也可以让学生课后阅读 鲁科 J 1 质点是运动学也是动力学中的重要概念 不能把质点的概念 灌输 给学生 可以像教材那样 让学 生了解到质点的优越性 使问题的研究简单而又方便 后 才能给出质点的概念 要让学生知道 为什么要引入质点 质点的准确内容 没有形状 大小而具有物体全部质量的点 质点是一种理想化的模型 在实际生活中是不存 在的 同一个物体能否看成质点 要视具体情况而定 鲁科 J 教学不能只传授知识 更重要的是要使学生了解科学研究的方法 培养学生的思维能力 教师要有意识 地向学生介绍什么是理想化模型 理想化模型在物理研究中的作用 为了进一步认识理想化模型 可以适当引申 让 学生交流与讨论 除了质点外 物理学中还有哪些理想化模型 鲁科 J 对于物体在什么时候才能看成质点 有的学生可能会产生误解 他们认为小物体 如小球 基本粒子 一 用心 爱心 专心3 定可以看成质点 大物体 如天体 就不能看成质点 要通过实例 采取交流与讨论的方式 让学生真正体会到 把物 体看成质点后 对物体的运动或对物体的研究所产生的误差完全可以忽略 物体的形状 大小 各部分运动的差异是 不起作用的或是次要的因素时才能看成质点 课型安排课型安排 课时安排课时安排 1S 相关知识准备相关知识准备 人教版 K 在我们周围 到处可以看到物体在运动 汽车在公路上飞驰 江水在咆哮地奔向远方 鸟儿在飞翔 树 叶在摇动 连我们脚下的地球 也在不停地自转 公转 物体的空间位置随时间的变化 是自然界中最简单 最基 本的运动形态 称为机械运动 mechanical motion 在物理学中 研究物体做机械运动规律的分支叫做力学 mechanics 人们在力学的研究中 不仅了解了物体做机械运动的规律 而且还创造了科学研究的基本方法 所以 霍尔顿 G Holton 说 无论从逻辑上还是从历史上讲 力学都是物理学的基础 也是物理学及其他科学研究的典 范 力学之于物理学如同骨骼之于人体 在这一章 我们研究怎样描述物体的运动 教学建议教学建议 学习方法学习方法 导语引入导语引入 鲁科鲁科 K K 我们生活在一个运动的世界之中 从浩瀚的宇宙到微小的粒子 自然界的一切 都在不停地运动 飞逝的流星 飘浮的白云 飞翔的鸽子 散落的 花絮 潺潺的流水 遨游的鱼群 这是一个绚丽多彩 变化万千的运动世界 为了生活与梦想 我们的祖先从远古就开始探索自然界运动的奥秘 经过长期的探索 人们逐步建立了描述运动 的概念 并不断寻找探究运动问题的方法 一步步将问题引向深入 揭开了一个又一个与运动有关的奥秘 本章 我们从简单的运动问题人手 逐步建立位移 速度和加速度的概念 学习运用理想模型 探究复杂问题的科学研究方法 人教 K 对于机械运动 你一定十分熟悉了 怎样描述机械运动呢 不同的人有不同的视角 诗 人可以用 气势磅礴 这样的词语描述大河中的水流 用 矫捷如燕 描述滑冰运动员轻盈的舞姿 画家可以用汽车后面的几个线条表示 风 来描述车辆的飞驰 科学家应该怎样描述物体的机械 运动 人教 J 1 教材分析 要描述物体的运动 首先要对实际物体建立一个物理模型 最简单的是质点模型 由于运动的相对性 描述质点 的运动时必须明确所选择的参考系 为了准确地 定量地描述质点的运动 还要建立坐标系 质点 参考系和坐标系 是描述物体运动的基础知识 教材逐步展开这些内容 最后介绍全球卫星定位系统 本节知识是学习后面内容的基础 也是整个力学的基础 沪科 K 2003 年 10 月 15 日 一个令人骄傲的口子 一个彪炳史册的日子 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 如何描述它的运动呢 文学家 艺术家采用形象的手法 凌云戏月游银汉 转瞬翔天过太空 注 作者欧阳中石 原诗载 光明日报 2003 年 10 月 17 日第 1 版 短短的一两句话 就勾勒出了航天飞船的雄姿 科学家需要先建立一些基本概念 20 世纪的著名物理学家 量子力学的创立者之一海森伯 W K Heisenberrg 曾说过 为了理解现象 首要条件就是引入适当的概念 只有借助于正确的概念 我们才能真正知道观察到了些什 用心 爱心 专心4 么 沪科 J 引言展示了我国第一艘载人飞船从发射到返回的全过程 生动地反映了不同的运动形式 引用描写飞 船雄姿的诗句 赋予教材以浓郁的人文气息 还以物理学家海森伯语录说明建立物理概念的重要性 自然地引入描述 物体运动的课题 沪科 J 建议 引导学生讨论载人飞船经历了什么样的运动 如加速上升 绕地球运转 减速下降 匀速下落 等 使学生对丰富多彩的运动形式有初步的了解 不要求学生使用严谨的物理术语 沪科 J 组织学生分析诗人欧阳中石的诗句 凌云 戏月 游银汉 表示飞船的位置在变化 转瞬 过太空 表示飞船在短时间内通过了很长路程 运动得很快 它以文学语言描述了飞船的运动 与物理学家对物体 运动的描述有异曲同工之妙 沪科 K 在本章中 我们将首先引入描述运动的一些基本概念 进而通过对直线运动的初步研究 学会如何描 述物体运动的快慢 运动变化的快慢 为进一步学习更复杂的运动打下基础 知识点讲解知识点讲解 质点质点 鲁科鲁科 K K 在自然界中 影响物体运动的因素通常都十分复杂 要同时研究一个运动涉及的所有方面 往往很困难 甚至是不可能的 为了寻找解决问题的突破口 物理学常用建立理想化模型的方法 抓住 影响问题的主要因素 忽略次要因素 从而将问题简化 鲁科鲁科 K K 以篮球运动中的投篮为例 图 2 12 如果需要探究投出去的篮球的运动路径 怎么着手 呢 我们知道 篮球出手后会受到重力 空气的浮力和阻力的作用 在这些力的作用下 篮球的质量 大小 出手时是否旋转等 都会影响其运动的路径 但考虑到篮球运动的速度不大 与重力的影响相比 其他的因素可以忽略 我们就可以将篮球抽象为一个具有一定质量 但不考虑大小 形状的点 图 2 13 鲁科鲁科 K K 虽然采用这种方法研究篮球的运动 得到的结果并不是篮球的真实运动 但是由于抓住了影响篮球运动 的主要因素 忽略的只是一些无关的或者次要的因素 这个结果还是能够比较准确地描述篮球的运动情况的 鲁科鲁科 K K 就像上面研究篮球的运动一样 在探究物理问题时 为了研究问题的需要 有时可以忽略物体的大小 形状等因素 把物体简化成为一个具有质量的点 或者说用一个有质量的点来代替整个物体 物理学上把这种用来代 替物体的有质量的点叫做质点质点 mass point 显然 质点不是真实的物体 它是一种理想化的物理模型 鲁科鲁科 K K 一个物体能不能视为质点 需要根据具体问题判定 判定的基本依据是物体的大小和形 状等因素对所研究问题的影响是否可以忽略 对同一个物体 在研究某个问题时可以视为质点 而在 研究另外的问题时却不能视为质点 鲁科鲁科 K K 例如 研究地球绕太阳的公转时 尽管地球直径约为 1 3 104km 而且本身在自转 但 由于地球和太阳之间的距离约为 1 5 108km 是地球直径的 104倍 因而就地球相对太阳公转来说 地球的大小和自 转可以忽略不计 这时我们就可以把地球视为一个质点 图 2 14 如果研究地球自转 地球的大小和形状等是影响 研究问题的重要因素 这时就不能将地球视为质点 人教人教 K K 物体和质点物体和质点 雄鹰拍打着翅膀在空中翱翔 足球在绿茵场上飞滚 在这些司空见惯的现象中 雄鹰 足球都在做机械运动 但是 谁又能准确地描述其上各点的位置及其随时间的变 化呢 雄鹰的身体在向前运动 但它的翅膀在向前运动的同时还在上下运动 足球在向 前运动的同时还在滚动 可见要准确地描述物体的运动 并不是一件容易的事 困难和麻烦出在哪里 稍加分析就可以知道 这是因为任何物体都有一定的大小和 形状 物体各部分的运动情况一般说来并不一样 你可能会想 要是物体都是一个个没有大小和形状的 点 的话 这些困难和麻烦 不就自然地消失了吗 然而 如果自然界中的物体 包括我们每一个人 都是一些没有大小和形状的 点 这样的世 界岂不过于单调乏味了吗 尽管这种想法与真实的自然界并不相符 但也不要因此而折断想像的翅膀 我们可以转换一下角度 提出这样一 个问题 在现实的自然界中 在某些情况下 根据所要研究问题的性质 是否可以忽略某些物体的大小和形状 而把 它们看做 点 呢 让我们考察以下几种情况 用心 爱心 专心5 人类居住的地球在绕太阳公转 同时又在自转 因此 地球的各部分离太阳的远近在不断变化 但是 如果考虑 到地球到太阳的距离约为 1 5 10 km 而地球本身的直径只有 1 3 10 km 左右 还不到它与太阳距离的万分之一 84 因此 在研究地球的公转时 由地球的大小而引起的地球上各部分的运动差异就可以忽略不计了 也就是说 可以忽 略地球的大小和形状而把它视为 点 一列火车在铁轨上行驶 它的发动机 传动机构及车轮的运动是很复杂的 但是当我们只关心列车整体的运动情 况时 则上述运动均可不予考虑 而用一个 点 的运动代替列车这个庞然大物的运动 看来 在某些情况下 真的可以不考虑物体的大小和形状 这时 我们突出 物体具有质量 这一要素 把它简 化为一个有质量的点 称为质点质点 mass point 于是 对实际物体运动的描述 就转化成对质点运动的描述 一个物体能否看做质点是有条件的 例如 在研究地球的公转时 地球的大小可以忽略 研究宇宙飞船在轨道上 的运动时 飞船的大小也可以忽略 这时可以把地球 飞船看做质点 又如 在研究列车沿平直轨道运动的速度变化 时 车厢各点的运动完全一样 可以用车上一点的运动代表火车的运动 这时也能把火车看做质点 从这些例子可以看出 一个物体能否看成质点是由问题的性质决定的 在研究地球的自转和调整飞船的飞行姿态 时 或是研究火车车轮的运动时 如果再把地球 飞船和火车当做质点 那就荒唐可笑了 你能说出这是为什么吗 注 在物理学中 突出问题的主要方面 忽略次要因素 建立理想化的 物理模型 并将其作为研究对象 是经常 采用的一种科学研究方法 质点就是这种物理模型之一 在高中物理共同必修课中 我们只研究那些能够简化为质点的物体的运动 因此今后对于 物体 和 质点 两 个词往往不力口区分 沪科 K 怎样对物体进行简化怎样对物体进行简化 在研究物体的运动时 为了便于分析 常常需要对具体的物体进行简化 据报道 神舟 5 号飞船载人舱长 7 4m 直径 2 8m 用长 58m 重达 480t 的 长征 2 号火箭发射 升空后 显示在指挥郎荧光屏上的仅是一个小小的光点 图 1 3 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 都不需要考虑它本身的大小和形状 可以把它简化成一个 有质量的点 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 图 1 4 这种情况下 必须考虑到球的大小和形状 不能把它简化 为一个点 即使是同一个物体 能否简化为一个点 也得依据问题的具体情况决定 列沿京沪铁路运动 的火车 若研究它从上海到北京的运动 由于火车的长度远小于上海到北京的距离 就可以把它简 化为一个点 若研究它经过南京长江大桥的运动 由于火车的长度可以跟大桥长度相比拟 这时不能把火车科化为一 个点 在物理学中 用来代替物体的有质量的点叫做质点质点 masspoint 一个物体能不能看成质点 完全税具体问题而定 沪科 J 质点的概念以学生倍感亲切的 神舟 5 号飞船和乒乓球引入 实例的选择很具 有代表性 质点是经过科学抽象而建立起来的理想模型 科学抽象的含义是突出主要因素 忽略 次要因素 对于什么样的物体可简化成质点 应该具体问题具体分析 如物体的形状 大小以及物体上各部分运动的 差异是次要的 就可把它看成是质点 例如 神舟 5 号飞船的发射升空可分为两个阶段 竖直上升时 飞船上各点的运动情况相同 神舟 5 号飞 船变轨后飞行的圆形轨道距地球 343km 飞船的大小与轨道半径相比可以忽略 综上所述 可把飞船简化为质点 乒 乓球尽管很小 在考察它的旋转时 球上不同部分的运动情况不同 不可以把它简化为质点 沪科 J 建议 引导学生对教材中的几个实例进行分析 讨论 逐步领会科学抽象的方法 也可让学生自己提 出生活中的实例 学会独立分析 切忌罗列实例 机械记忆 1 沪科 J 研究地球绕太阳的公转时 由于地球的直径与它到太阳的距离相比可以忽略 可以把它看成质点 用心 爱心 专心6 研究地面上各处季节变化时 由于地球自转轴与地球公转轨道平面成一定夹角 66 34 地球表面各点接受太阳辐 射的情况不相同 故不能把地球看成质点 建议 请学生联系在地理中学习过的相关内容 2 沪科 J 物理中的 质点 跟几何学中的点的相同之处为 都是没有形状和大小 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 绝对的小 沪科 J 在具体问题中把物体看成质点的条件是 物体的形状 大小以及物体上各部分运动的差异可以忽略 沪科 J 1 1 节提出了描述物体运动的几个基本概念 通过质点的教学 展示建立物理模型的方法 位移则从 大小 方向两方面深化了对物体位置变化的描述 沪科 J 建议 引导学生回顾在初中阶段所学机械运动 参考系 路程等概念 结合实例对路程和位移进行对 比 分析 通过质点的学习 使他们初步了解建立理想模型的方法和作用 教学中可播放宇航员在太空站中生活的录像 地球人 以地球为参考系 认为 你和同伴 在高速运动 你和同伴 以太空站里的物体为参考系 认为自己是静静地坐着 说明物体的运动和静止是对于所选参考系而言的 人教人教 J J 2 2 质点的教学质点的教学 质点模型是高中物理提出的第一个理想模型 我们对质点概念的形成 以及质点模型的建立过程 其教学要求是 初步的 学生对科学思维方法也只能是有所认识 要求不能太高 教科书对质点模型建立的思维过程有以下考虑 物理概念 规律是对一定的物理模型来说的 物理模型的建立过程体现了科学思维方法 质点概念固然重要 但更重要的是引导学生领悟质点概念的提出和分析 建立质点模型的过程 为此 教材通 过实例说明要准确描述物体的运动是十分困难的 分析困难的原因 并逐步指出建立质点概念的必要性 充分展示了 物理学研究的科学思维过程 让学生体验什么是科学思维的方法 教学中要进一步为学生创设问题情景 如放映录相 鸟的飞行 流水 瀑布 羽毛下落 详细描述物体运动有什么困难 我们需要了解物体各部分运动的区别吗 演示羽毛下落 教师引导同学讨论并总结质点概念 要明确质点概念的确切内容和在什么情况下可把物体看做质点 同时 要明确建立物理模型是物理学研究问题的 基本方法 鲁科鲁科 K K 参考系 机械运动 参考系 机械运动 为了更好地研究运动 人们根据物质运动的特点 将其分为机械运动 热运动 电磁运动等多种 类型 其中 机械运动机械运动 mechanicalmotion 是指一个物体相对于其他物体的位置变化 简称运动 是 物质运动的一种基本形式 鲁科鲁科 K K 物体运动的描述是相对的 如图 2 3 所示 站在行驶的电梯里的人和电梯外的人 同时 观察电梯内的物体 对其动与静 所得的结论是不同的 为了便于交流 人们必须确定一个参照物来 描述物体的运动 这种用来描述物体运动的参照物称为参考系参考系 reference frame 鲁科鲁科 K K 有了参考系 人们就能准确而方便地描述物体的运动了 例如 说电梯上的物体是运动的 那是以电梯 以外的物体为参考系 而说此物体是静止的 那就是以电梯为参考系了 鲁科鲁科 K K 显然 对于同一个运动 选择的参考系不同 观察和描述的结果会是不同的 人教人教 K K 参考系参考系 我们说房屋 树木是静止的 这大概是不会错的 但是 地球以外的人看到房屋 树木 在随着地球一起运动 铁路边的人看到火车中的乘客在飞快离去 而乘客自己却认为自己是 静止的 他甚至可以靠在坐椅上睡觉 为什么人们的看法会不一样 自然界的一切物体都处于永恒的运动中 绝对静止的物体是不存在的 就此意义而言 我们说运动是绝对的 但是 描述某一个物体的位置及其随时间的变化 却又总是相对于其 他物体而言的 这便是运动的相对性 可见 要描述一个物体的运动 首先要选定某个其他物体做参考 观察物体相对于这个 其他物体 的位置是否随时间变化 以及怎样变化 这种用来做参考的物体称为参考系 用心 爱心 专心7 reference frame 描述一个物体的运动时 参考系可以任意选择 但是 选择不同的参考系来观察同一物体的运动 其结果会有所 不同 例如 在匀速飞行的飞机上 人们以飞机做参考系 看到从飞机上落下的重物几乎是沿直线竖直下落的 而地 面上的人以地面做参考系 看到物体是沿着曲线下落的 图 1 1 4 由于运动描述的相对性 凡是提到运动 都应该弄清楚它是相对哪个参考系而言的 参考系的选择是个重要的问 题 选取得当 会使问题的研究变得简洁 方便 沪科 K 怎样判断动与静怎样判断动与静 为了描述物体的运动 必须知道怎样判断物体是运动的 还是静止的 一个物体相对于其他物体的位置变化 叫做机械运动机械运动 简称运动 机械运动是自然界最普遍 最基本妁运动形 式 请设想一下 你和一位同伴正坐在太空站里一边喝咖啡一边聊天 在 地球人 看来 你们随太空站以很大的速 度绕地球运动 那么 你和同伴能感觉到自己在高速运动吗 虽然我们没有到过太空站 但地球上的生活经验告诉我们 你和同伴都会认为自己是静静地坐着 可见 物体的运动和静止是相对的 所以 描述物体运动时 需要另外选取一个物体作为标准 否则就无法判断 这个作为标准的物体 叫做参考系参考系 reference frame 沪科 K 参考系的选择是任意的 在具体问题上 应该以对运动的描述简单 方便作为选择的基本原则 鲁科鲁科 K K 坐标系 空间位置的描述 坐标系 空间位置的描述 鲁科鲁科 K K 研究运动的第一步是描述物体在空间中的位置 鲁科鲁科 K K 在生活中 我们怎样描述一个物体的位置呢 假设一辆汽车在东西方向笔直 的公路上行驶 图 2 4 如果要问汽车开到哪里了 通常我们会选择大家所熟悉的标志作 为参考 说明汽车离该标志有多远 在该标志的哪一侧 例如 我们可以说 汽车目前在 市中心东面 5km 处 只说汽车距离市中心 5km 是不够的 因为这样的信息不明确 人们 不知道汽车在市中心东面 5km 处 还是在西面 5km 处 鲁科鲁科 K K 在物理学中 通常需要借助数学方法 建立坐标系来描述物体的位置 鲁科鲁科 K K 例如 仍然是描述上述汽车的位置 我们可以建立一个一维坐标系 如图 2 5 所示 假定坐标的原点选 在市中心 由西向东为坐标的正方向 汽车的位置可记为 x 5km 如果汽车在市中心西面 5km 处 在上述坐标系中 汽车的位置则记为 x 5km 鲁科鲁科 K K 通过以上的讨论可以看出 位置是一个有方向的量 在生活中 人们用东 南 西 北 上 下 左 右等词汇描述一个物体所在位置的方向 在物理学中 通常要建立一个坐标系 用正 负号表示物体所处位置的方向 鲁科鲁科 K K 对于一个在平面上运动的物体 要描述其位置 仅用一维坐标系就不行了 假如一辆汽车在城市中行驶 纵横穿越了许多街道 图 2 6 仍然以市中心 O 为参考点 在生活 中我们可以用 汽车在市中心东面 5km 北面 10km 处 来准确描述该汽车的位置 这里 东 北是用 用心 爱心 专心8 来确定汽车方位的两个互相垂直的方向 鲁科鲁科 K K 与采用一维坐标系描述物体的位置相似 我们可以用二维直角坐标系来描述物体在 个平面上的位置 鲁科鲁科 K K 仍以上述在城市中行驶的汽车为例 如果取市中心为坐标原点 O 东方为父轴的正方向 北方为少轴的 正方向 坐标的单位为 km 图 2 7 则该汽车在此直角坐标系的位置可以记为 5 10 或者记为 x 5km y 10km 人教 J 3 参考系和坐标系的教学 学生在初中已学过参照物 教师可让学生举例说明同一物体对不同的参照物运动情况不同 对学生列举的典型 例子教师应充分肯定 同时结合教科书中的图 1 1 4 加以分析 然后教师说明 参照物 的科学名称是 参考系 即可 人教人教 K K 坐标系坐标系 如果物体沿直线运动 为了定量描述物体的位置变化 可以以这条直线为 x 轴 在直线上规定原点 正方向和单 位长度 建立直线坐标系 如图 1 1 5 所示 若某一物体运动到 A 点 此时它的位置坐标 3m 若它运动到 B 点 A x 则此刻它的坐标2m B x 人教 J 3 参考系和坐标系的教学 坐标系的建立是教学重点 我们可创设一个实例让学生思考 如图 1 1 所示 一辆汽车从天安门沿长安街驶向西单 南菜园方向 我们怎样描述汽车的位置随时间的变化 让学生思考如何选择坐标轴和正方向 如何选坐标原点 如何确定坐标轴上的刻度值 教师最后总结 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 诜取质点 经过坐标轴原点的时刻为时间的起点 人教人教 K K 坐标与坐标的变化量坐标与坐标的变化量 一辆汽车在沿平直公路运动 设想我们以公路为轴建立直线坐标系 时刻汽车处于 A 点 坐标是 10m 一x 1 t 1 x 段时间之后 时刻到达 B 点 坐标是 30m 图 1 3 1 就是这辆汽车位置坐标的变化量 可以用符号 2 t 2 x 2 x 1 x 表示 x 30m 10m 20mx 2 x 1 x 用心 爱心 专心9 我们在本章只讨论物体沿着直线的运动 并以这条直线为 x 坐标轴 这样 物体的位移就可以通过坐标的变化量 来表示 的大小表示位移的大小 的正负表示位移的方向 x x 同样 可以用表示时间的变化量 t t 2 t 1 t 人教 J 2 用坐标的变化量表示位移 平均速度和瞬时速度都用位移与时间的比来定义 直线运动中质点的位移用坐标的变化量来表示的方法是重x 要的 教材以一辆汽车沿平直公路行驶为例 让学生通过思考与讨论理解用表示位移大小和方向的方法 x 教师在组织学生讨论和总结时要注意引导学生理清思考问题的思路 如先选定质点运动的直线为一维直线坐标系 确定坐标轴的原点和坐标轴的正方向 并确定坐标轴的标度 质点 在 t1时刻位于 A 点 坐标 x1 10 m 质点 在 t2时刻位于 B 点 坐标 x2 30 m 质点的位移是有向线段 AB 线段的