《质点参考系和坐标系》-吴炼终

第一章运动的描述第一节质点参考系和坐标系【教学目标】1．理解质点的概念．知道它是一种科学抽象，知道物体在什么情况下可以看作质点，知道这种科学抽象是一种普遍的研究方法。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，观察的结果可能不同，通常选择参考系时，要考虑研究问题的方便。3．学会在参考系上建立坐标系来定量确定物体位置以及位置的变化。【重点难点】重点：对质点概念的理解，物体可以看作质点的条件；研究实际问题时，如何选取参考系。难点：什么情况下可以将物体看作质点。【三维目标】知识与技能1.知道质点的概念及条件2.知道参考系的概念及作用3.掌握坐标系的简单应用过程与方法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。增强学生问题并力求解决问题的意识和能力。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.通过分析不同参考系中的运动现象不同，帮助学生建立辩证唯物主义的世界观。【教学过程】从今儿开始，咱开始讲运动，有同学就说，老师运动咱初中不是学过吗，是，初中那会咱学的是最简单的运动，是什么？——匀速直线运动。但我们生活中常见的匀速直线运动多吗，不多，来，我们看看周围都有哪些运动，汽车行驶、江水咆哮、鸟儿飞翔、飞船运行等等，这些都不是简单的匀速直线运动，他们更多的是转动、变速直线运动或者曲线运动，以及这些运动的结合，为了更好得弄明白这些物体是怎么运动的，我们才要对运动进行更深一步的学习……咱们先看一个概念，机械运动，什么是机械运动，在书本上找到，做好记号，默记一边。物体的空间位置随时间的变化，称为机械运动，简称运动。在物理学中，研究物体做机械运动规律的分支叫做力学。希腊哲学家亚里士多德说过：“不了解运动，就不了解自然。”如果把高中物理比喻成房子，运动这一块就是房子的基角。为了描述物体的运动，我们首先要来学习几个相关的概念。（板书课题：质点参考系和坐标系）（一）物体和质点“质点”的引入：第一个，质点（一、质点）列举几个做事不能一心几用的故事作为质点的引入师：首先咱们讲质点这个概念，在讲这个概念之前给大家先讲个故事，讲个故事，是吧，就说一个动物看到蜈蚣，蜈蚣知道吧，就是有很多脚丫子的，在地上呼呼爬的那个，它对蜈蚣说，你看，你有那么多脚，可你走起来却那么流畅，这么顺溜，是吧，还很协调，看来你很会走路，想跟你学习学习，你能不能告诉我，当你启动的时候，你第一个脚丫子是在空中呢，还是在地面呀，第二个脚丫子是在空中啊，还是地面，这时候第3个、第4个、5个、6个、7个，这个到你100个脚丫子都说清楚，啊，跟你学习，蜈蚣一想啊，我平时关顾着走了，哪琢磨这事，这样吧，走两步，走两步看看，啊，边走边说，结果这一启动，趴在地上不会走了。哎，你必修得琢磨这个事儿，这个事儿说明一个什么问题，说明如果同时面对多个问题的时候，脑子容易乱啊，是吧。不光这个寓言能说明这个问题，我们人作为动物的一种，他也有这个生理缺陷，就是不可以同时面对多个问题。国家曾经有一次心理学测试，测试什么呢，让一群司机开车通过道路困难程度很一般的车道，第一次，那就是你把车开到对面就算任务完成，结果，发现所有的司机都完成得很好，还没完，第二次，是边开车边打电话，结果就发现，有许多车开着开着就不稳当了，开始晃了，然后到了第三次，这次呢，边开车边做数学题，结果是又有好几个开到沟里去了，是吧，还有好些司机紧张的不行干脆把车停下来，先做数学，做完再说吧。这个测验就说明，这个人啊，也是不喜欢同时面对多个问题的。你面对多个问题，也许哪个都做不好，这好理解吧但是科学家在研究物体位置变化的时候，不得不同时面对多个问题，你想想，他好歹是个东西是不是有一定形状，是不是有一定大小，咱不说别的，就说在操场上踢得足球，踢一脚，它就呼呼的跑，研究这个足球的运动，你觉得很简单，科学家就认为很复杂，为什么呢，足球由20个6边形12个五边形组成，你一脚踢过去，他在空中向前运动的同时，还在高速旋转，所以你研究足球运动时是不是得把这些多边形的各个部分的运动都研究清楚才算真正意义上弄清楚足球的运动啊。这个研究起来哪年是个头啊，这时就需要采用一种方法，将复杂的问题简单话。师：如何将复杂的问题简单化？我们来看下面两个例子，例：飞机以某速度从南京飞向北京，研究火车在城市之间运行。对于第一个例子，研究飞机从南京飞向北京，我们是否要考虑飞机本身的大小？生：不要，因为相对于两地的距离来说，飞机的本身大小可以忽略师：对于第二个例子，研究火车在城市之间运行时，我们是否要考虑火车车轮的转动吗？生：不要，因为我们研究列车在城市间的运动时，把列车看成一个整体，认为列车各部分的运动情况相同。所以呢，我们在平时生活中就已经很自然的忽略某些次要因素，只关心主要的方面，将物体看成一个整体，不过分追求完美。科学家从这里受到启发了，我研究问题时难道就不能把物体看成一个整个的吗，我如果当成整个的，问题研究起来不就简单了，我就没必要没一个部分都去研究了，科学家感到很高兴，但是，还有的科学家更绝了，哎，当成一个整个的我还感觉不过瘾，我干脆当成一个点，而且这个点，是怎么样的，只有质量，没有大小，（板书：1.只有质量，没有大小）这不更简单了嘛，这就是质点的来源，为了让问题变得简单一些，把这个物体简化成一个没有个头的，形状全不管了，没有大小，但是你不能没有质量这个质量你还得保留。这，是一个很重要的物理量，但我们要知道，实际中存不存在这样一个点啊？生：不存在师：质点是一种理想化的“物理模型”，其原理是忽略次要因素：如形状、大小等，突出主要方面：具有质量（本质属性），关键就是要我们分析问题时弄清矛盾的主次。它是有实际意义的，能让问题变简单，能明白这一点吗？生：能师：所以我说，科学家还是厉害，咱们说瞧不起一个人，可以把人看遍，人家科学家呢，直接把人看没。这个概念你学到现在算学了半截，你说老师我知道质点来源还不行啊，不行，你学了质点后是不是把所有物体都看出只有质量没有大小的点儿啊？生：不能师：这就牵扯到质点这个概念在使用过程中有一定的原则（板书：2、原则），换句话说什么时候能把物体当成一个点？什么时候又不能把物体当成一个点？有没有一个判断的标准啊？啊呀，这个物体很大，我就不能当成质点，这个物体很小，我就可以，是不是这样就可以？我们局一个例子。研究我们脚底下的地球，研究地球绕太阳运行的轨迹，此时，能将地球看成质点吗？生：能师：这个时候还是能的，你给别人描述地球绕太阳运行近似一个圆周，是不是，别人一听就明白了，你研究起来也显得很简答，这时候，你就没必要去考虑地球上的东西如何如何，明白吗。还没完，接下来我们讨论第二个问题，同样对象是地球，研究地球上的人口分布，还能不能把地球当成一个点？生：不能师：此时不能再把地球看成一个点了，要是把地球当成没大小的点了，你说，咱这几十亿人往哪落脚啊。两个例子说完之后，你要思考一件事儿，哎，同样是地球，怎么在这个问题里能当点，在另外一个问题里就不当点来对待。看来一个物体能否看作质点要看谁的脸色啊？课本第十页，把第三段第一行划下来，这是学质点一个至关重要的地方，那就是一个物体能否看作质点取决于所研究问题的性质（板书：原则：问题的性质）老师进一步对其做了解释：物体的大小和形状在研究问题时可以忽略不计可以将物体看成质点，反之，如果物体本身的大小对所研究的问题不能忽略时就不易把物体看成质点。学到这里，基本上才算把质点学完。下面我们来坐一组典型例题，检验下大家对质点的掌握情况1、在下列物体的运动中，可视作质点的物体有()A.

从北京开往广州的一列火车B.

研究转动的汽车轮胎C.

研究绕地球运动时的航天飞机D.

表演精彩芭蕾舞演员E.参加一百米跑竞赛的运动员在冲刺过程中F.在斜下推力的作用下，沿水平面滑动的箱子G.计算子弹从枪口到靶心的飞行时间H.测量子弹船过一张薄纸的时间。注意：⑴物体能否看作质点不是看物体的大小，而是要根据具体的问题来确定。（学生举例）⑵“质点”不是几何中的点。（二）参考系“参考系”的引入：师：看这幅图，联系下我们生活平时坐车，发现路边的房屋、树木是向哪个方向运动的？生：后面师：我们就感觉好快一棵树，但当我们停下车走到跟前一看，好大一棵树，发现树没动。为什么人们的看法会存在这样的差异呢？我们站在地面上发现房屋、树木是静止的，这是以什么为参照物？地面。咱们作为乘客在车上发现房屋、树木相对于自己后退，这是以什么为参照物？汽车。咱们得想啊，上述事例说明一个什么问题？——运动具有相对性。所以，要描述一个物体的运动首先必须选定某个其他物体做参考，我们称这个物体为参考系（“参考系”是“参照物”的科学名称）。（板书：二、参考系）（板书1．定义：为了描述一个物体的运动而选定的用来作为参考的物体。）2．参考系的选择1.参考系的选择理论上是任意的，但在实际问题中，应以研究问题方便为原则，常取地面为参考系。2.对于同一物体，选取的参考系不同，物体的运动情况也可能不同。（P12图）师：如图所示，飞机以恒定的速度从左向右作匀速直线运动，某一时刻，飞机上的跳伞运动员从飞机上跳下，在他下落的过程中，有两个人观察他得运动情况，一个就是飞机上的驾驶员，另一是站在地面上的你。请问驾驶员和地面上的你看到的跳伞运动员是怎样运动的？大家相互讨论下，并说说你得判断理由。这里要特别提醒大家注意：由于运动具有相对性，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。过渡：我们在选定了参考系以后，就可以来描述物体的运动情况。如何更准确地来描述物体的位置及位置变化呢？比如说你正沿着笔直的水泥路从学校大门向运动场走去，如果问你的准确位置，你可以怎样描述呢？……文字描述方便吗？能精确吗？有没有简便又准确的方法？法国著名数学家笛卡尔就想到了建立坐标系，笛卡尔被称为解析几何之父，坐标系建立实际上是人为选定的，怎么建立分析问题简单就怎么建立，它是由1-3条有共同原点的带箭头的射线组成的。下面我们逐个来讲。如果物体在一直线上运动（即在一维空间运动），则需建立直线坐标系，（例如汽车在平直的公路上行驶）；〖画图说明〗如果物体在一平面内运动（即在二维空间运动），则需建立平面直角坐标系，（例如跳伞运动员从飞机上跳下的运动）；如果物体在