1.1质点参考系导学案

前言物理学是一门研究物质最基本的运动规律和物质基本结构的学科。在我们生活的这个世界里，运动是绝对的，静止是相对的。从浩瀚宇宙中的天体运行，到我们身边汽车的飞驰、树叶的飘落，乃至微观世界中粒子的运动，无不展现着运动的多样性与复杂性。要精确描述物体的运动，首先需要建立一套科学的描述方法。本章我们将从最基本的概念入手，学习如何描述物体的机械运动。本节课我们将重点探讨“质点”和“参考系”这两个贯穿整个力学学习的核心概念。学习目标通过本节课的学习，你应该能够：1.理解质点的概念，知道它是一种理想化的物理模型，初步体会物理学中建立理想化模型的思想和方法。2.掌握将物体看作质点的条件，能在具体问题中判断物体是否可以被视为质点。3.理解参考系的概念，知道描述物体的运动必须选定参考系。4.认识到选择不同的参考系，对同一物体运动的描述可能不同，体会运动描述的相对性。5.在解决实际问题时，能恰当地选择参考系，以便更简洁地描述物体的运动。学习重难点*重点：质点概念的理解及理想化模型的思想；参考系概念的理解及运动的相对性。*难点：在具体问题中，判断物体能否被看作质点；理解参考系的选择对描述物体运动的影响，并能正确选择参考系。学习过程一、质点思考与讨论1：请同学们思考，要描述以下物体的运动，会遇到哪些困难？1.沿笔直的公路行驶的汽车，我们想知道它从A地到B地的位置变化。2.正在进行体操表演的运动员，我们想描述他的动作。3.地球绕太阳的公转。我们知道，任何物体都有一定的大小和形状。在上述例子中，汽车有大小，运动员身体各部分运动情况不同，地球更是一个庞大的球体。如果我们要同时考虑物体的大小、形状以及内部各部分的运动，将会使问题变得非常复杂，甚至无法下手。那么，有没有一种方法可以简化这些问题呢？（一）质点的定义在物理学中，为了研究问题的方便，如果一个物体的形状和大小对所研究的问题而言，影响可以忽略不计时，我们就可以把这个物体看作一个有质量的点。这个用来代替物体的有质量的点，叫做质点（masspoint或particle）。理解与辨析：*“质点”是一种理想化的物理模型，它并不是真实存在的物体，而是对实际物体的一种科学抽象。*质点突出了“物体具有质量”这一主要属性，忽略了其大小和形状等次要因素。*能否将物体看作质点，取决于所研究问题的性质，而不是物体本身的大小。思考与讨论2：1.研究一辆从北京开往上海的火车的位置变化时，火车的长度对我们所关注的问题影响大吗？能否把火车看作质点？2.研究火车通过一座桥梁的时间时，火车的长度还能忽略吗？此时火车能否看作质点？3.一个乒乓球，在研究它旋转时的运动轨迹，和研究它在空中飞行的快慢时，能否都看作质点？为什么？（二）物体可以看作质点的条件*条件一：物体的大小和形状对所研究的问题没有影响或影响可以忽略不计。*例如：研究地球绕太阳公转时，地球的直径（约1.3×10^4km）远小于地球与太阳间的距离（约1.5×10^8km），地球的大小和形状对其公转轨道的研究影响极小，可以将地球看作质点。*条件二：物体上各点的运动情况完全相同（即平动），此时物体上任意一点的运动都可以代表整个物体的运动。*例如：沿斜面下滑的物块，如果它在下滑过程中没有转动，那么物块上各点的运动情况相同，可以将其看作质点。判断方法小结：*看“形状、大小”是否为“次要因素”。*看研究的是“整体的平动”还是“局部的转动”或“形状变化”。例题1：判断下列情景中的物体能否看作质点，并说明理由。A.研究百米赛跑运动员冲刺撞线时的运动。B.研究绕原子核旋转的电子的运动轨迹。C.研究正在表演精彩动作的芭蕾舞演员。D.研究从斜面上滑下的木块的速度。（请在此处写下你的分析和判断）二、参考系思考与讨论3：“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”，毛泽东的这句诗描述了怎样的情景？我们“坐地”真的“日行八万里”吗？这又是以什么为标准来说的呢？日常生活中，我们说“房屋是静止的”，“汽车是运动的”，这些判断又是以什么为标准的呢？如果这个标准发生变化，我们对物体运动状态的描述会改变吗？（一）参考系的定义要描述一个物体的运动，首先要选定一个假定不动的物体作为标准，这个被选定的作为标准的物体（或物体系），叫做参考系（referenceframe）。理解与辨析：*描述物体的运动时，必须选择参考系。没有参考系，就无法确定物体的位置，更无法描述其运动。*参考系的选择是任意的。我们可以选择地面、树木、行驶的汽车、甚至我们自己作为参考系。*在研究地面上物体的运动时，通常默认选择地面或相对于地面静止的物体作为参考系。（二）运动描述的相对性选择不同的参考系观察同一个物体的运动，观察结果（如物体的位置、速度等）可能是不同的。这就是运动描述的相对性。实例分析：*坐在行驶的火车中的乘客：*以火车车厢为参考系，乘客是静止的。*以地面为参考系，乘客是运动的。*路边的树木：*以地面为参考系，树木是静止的。*以行驶的汽车为参考系，树木是向后运动的。思考与讨论4：电影《闪闪的红星》中有一句歌词：“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”。这里分别是以什么为参考系来描述竹排和青山的运动的？（请在此处写下你的分析）（三）选择参考系的原则虽然参考系的选择是任意的，但在实际问题中，我们选择参考系的目的是为了使运动的描述尽可能简单、方便。*例如：研究太阳系中行星的运动，选择太阳作为参考系比选择地球作为参考系要简单得多。*例如：研究地面上物体的运动，选择地面作为参考系最为方便。例题2：两辆汽车在平直公路上并排行驶。甲车内的人看见窗外树木向东移动，乙车内的人发现甲车没有动。如果以地面为参考系，上述事实说明（）A.甲车向西运动，乙车不动B.乙车向西运动，甲车不动C.甲车向西运动，乙车向东运动D.甲、乙两车以相同的速度向西运动（请在此处写下你的分析过程和答案）课堂小结通过本节课的学习，我们一起探讨了：1.质点：*定义：用来代替物体的有质量的点。*性质：理想化模型。*条件：物体的形状和大小对研究问题的影响可以忽略不计；或物体做平动。*思想：抓住主要因素，忽略次要因素。2.参考系：*定义：描述物体运动时，被选定作为标准的假定不动的物体。*意义：描述运动的前提。*特性：任意性；选择的不同可能导致对运动描述的不同（相对性）。*原则：方便性。这两个概念是我们进入力学世界的基石，后续关于位移、速度、加速度等概念的学习，都离不开它们。希望同学们能深刻理解，并能在具体情境中灵活运用。巩固练习1.关于质点，下列说法正确的是（）A.体积很小的物体都可以看作质点B.质量很小的物体都可以看作质点C.研究地球自转时，地球可以看作质点D.研究从北京开往广州的火车的运行速度时，火车可以看作质点2.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3.分析下列情况中物体的运动状态时，所选取的参考系是什么？*月亮在云中穿行。*太阳从东方升起。*车窗外的树木向后倒退。4.平直公路上，有一辆自行车正在匀速前进，后方有一辆汽车正在追赶。若以自行车为参考系，汽车是在靠近还是远离？若以汽车为参考系，自行车是在靠近还是远离？若以地面为参考系，描述两车的运动。（假设汽车速度大于自行车速度）拓展思考*在体育比赛中，如百米赛跑，终点计时员是如何确定运动员的成绩的？这里隐含着选择了哪个物体作为参考系？如果计时员听到发令枪声才开始计时，会对成绩产生什么影响？这又涉及到什么物理知识？*“刻舟求剑”的故事大家耳熟能详，从物理学的角度看，楚人之所以“求”不到“剑”，其错误根源是什么