11 质点参考系和坐标系优秀教案优秀教学设计高中物理必修一第一章运动的描述 5Word格式.docx

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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。

本节课教学重点：

1．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。

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。

本节课教学难点：

质点模型的建立。

三、教学思路与方法

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：

1．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

2．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。

本节可采用的教学方法：

教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。

四、教学准备

液晶投影机、笔记本电脑、三角尺。

五、课堂教学设计

教学环节

教学内容

师生互动

设计意图

备注

引入

机械运动简称运动，指物体与物体间或物体的一部分和另一部分间相对位置随时间发生改变的过程。

师：

请同学们观看一段录像后思考问题．

（放映录像）选择有关反映物体运动的画面播放给学生看（可搜集整电视片《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。

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，讲述机械运动．

我们知道宇宙中的一切物体都在不停地运动着，机械运动是最基本、最普遍的运动形式，那么什么是机械运动呢？

请列举几个运动物体的例子。

生：

如：

刮风、下雨；

人的心脏跳动、身体中血液的流动；

大到天体的运动，小到原子内部的运动。

。

通过“话题”自主思考，激发学生探索自然并从中发现问题的热情。

引导学生思考、想象、归纳、总结；

物体和质点

1．只有质量，没有形状和大小的点叫做质点。

2．质点是一种科学抽象，一种理想化的模型，这种忽略次要因素、突出主要因素（质量）的处理方法是一种非常重要的科学研究方法。

3．一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研究问题中是否可以忽略不计，而跟自身体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关。

4．一个物体能否被看成质点，取决于所研究的问题的性质，同一个物体在不同的问题中，有的能被看作质点，有的却不能被看成质点。

例1：

撑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．

（1）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?

（2）分析运动员的助跑速度时，能否将其看成质点?

（3）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?

参考答案：

（1）不能，纠正错误动作时不能忽略运动员的姿势及动作，也就是说不能忽略运动员的形状和大小．

（2）能，分析助跑速度时，可以忽略运动员的姿势及动作．（3）能．

在刚才同学们所列举的心脏的跳动这一运动实例中我们发现要描述这一物体的运动不容易，我们需要了解物体各部分运动的区别吗?

可以将问题简化吗？

为什么？

思考讨论

要准确描述物体的运动，特别是物体各部分的详细运动情况，并不是一件很容易的事．因为物体本身都有一定的大小和形状，物体各部分的运动情况一般并不一样．

师：

2003年10月15日9时，“神舟”五号飞船成功发射升空，9时34分航天员杨利伟向地面报告：

“感觉良好”，这就是让我们激动不已的那一刻．据报道，“神舟”五号飞船载人舱长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?

生：

不需要，我们可以用荧光屏上的小光点代替这个“庞大”的飞船呀!

在地球绕太阳转动的图片中，地球在绕太阳公转，注意地球同时又在自转，所以地球的各部分离太阳的远近在不断变化，可见要准确地描述物体的运动，并不是一件容易的事。

分析：

当我们讨论地球的公转时怎么看待地球？

有什么巧妙的方法。

地球是一个庞然大物，直径约为12800km，与太阳相距1.5×

108km，也就是说地球直径约是它与太阳距离的万分之一。

因此，研究地球公转时，由于地球的大小而引起的地球各个部分的差异很小，可以忽略不计，也就是说可以忽略地球的大小，把它视为一个点。

引入质点：

用来代替物体的有质量的点．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．

物理中的“质点”跟几何中的点有什么相同和不同之处?

相同之处为：

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，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“绝对得小”．

请同学们对质点进行小结：

对质点小结：

1．质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型．

2．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．

3．一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研究问题中是否可以忽略不计，而跟自身体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关．

4．一个物体能否被看作质点，取决于所研究问题的性质．

注重引导学生对物理研究方法的选择，让学生明确物理研究的一种重要方法是：

抓住主要因素、忽略次要因素；

以“神舟”五号为例讲述，能激发学生的科学探索热情和爱国热情。

参考系

1．参考系是参照物的科学名称，是假定不动的物体。

2．运动和静止都是相对的。

3．参考系的选择是任意的，一般选择地面或相对地面静止的物体。

展示问题：

1．电影《闪闪的红星》中有两句歌词：

“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”这其中分别描述了两种运动情景，那么它们分别是以什么为参考系的?

2．“月亮在莲花般的云朵里穿行．”

3．坐在美丽的校园内学习毛泽东的诗句“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”时，我们感觉是静止不动的．这与诗句里的描述是否矛盾?

说明理由．

4．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什么?

答案：

1．河岸竹排．

2．云朵

3．地心、地面．这种说法不矛盾，是参考系的选择不同．人随地球一起围绕地轴自转，而地球赤道周长大约是s＝4．0X104krn，即大约为八万里．

4．这两种现象是由于选取的参考系不同造成的．第一种现象是以人为参考系，人看到远处的山向人靠近；

第二种现象是以地面为参考系，山是静止的，船在行驶．

例2、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；

丙中乘客看到甲、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

请你设想一下，你和一位同伴正坐在火车中去旅行在飞快地离去，铁路边的人看到火车中的乘客，而乘客自己却认为自己是静止的；

教师可展示F1ash动画课件，动画内容描述为：

两位同学在路边看到急驰而过的一辆小汽车，大声叫喊，

“唉呀!

你看他们跑得真快啊!

”

车中的人对司机说：

“你动了吗?

”

引导学生分析片中的对话．为什么路边的同学说车上的人跑得快?

为什么车中的一个人又认为他和司机没有动?

投影教材中的图1．1—3图，让学生自己分析，教师加以引导．

生1：

车中两个小孩都是静止的，他们都没动．

这两个小孩是运动的，因为在车窗玻璃上有几个线条表示“风”，这是画家描述运动时常用的手法．

两个小孩和车都是运动的，这是相对地面来说的，而两个小孩之间是相对静止的，他们的相对位置没有改变．

平时我们说树木、房屋是静止的，行驶的汽车是运动的，这是以地面作标准来说的．坐在行驶的火车里的乘客，认为自己是静止的，而在车厢里走动的乘务员在运动，他还认为路旁的树木在向后倒退，这些都是以车厢作标准来说的．在描述一个物体的运动时，选来作为标准的另外的物体——参考系．

观察图1.1-3和1.1-4，阅读图右文字，回答以下问题：

１．得出什么结论？

２．就图1.1-4能否提出一些问题？

1、参考系可以任意选择，但选择不同的参考系观察同一物体的运动结果会有所不同

2．为什么跳伞者总是在飞机的正下方

培养学生的观察能力和提取有用知识的能力。

坐标系

为了定量地描述物体的位置及位置的变化需要在参考系上建立适当的坐标系，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，则需要建立三维坐标系。

其三要素是：

原点、正方向和单位长度。

如果一个可以看作质点的物体沿直线运动，怎样定量描述物体的位置变化呢？

参考探究示例：

如教参第5页图1-1所示，一辆汽车从北京站沿长安街驶向西单、南菜园方向，思考汽车的位置随时间怎样变化?

问题：

1．如何选择坐标轴和正方向?

2．如何选择坐标原点?

3．如何确定坐标轴上的刻度值?

对质点的直线运动，一般选质点的运动轨迹为坐标轴，质点运动的方向为坐标轴的正方向，选取质点经过坐标轴原点的时刻为时间的起点．

画坐标系时，必须标上原点、正方向和单位长度．

培养学生的空间想象思维能力

小结

本节学习的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．

布置作业

1．教材第13页问题与练习．

2．上网查找与全球定位系统（GPS）有关的资料，写一篇调查报告。

研究性作业利于拓宽学生知识面，渗透了新课标理念。

六、视野拓展

天球坐标系

为确定天球上某一点的位置，在天球上建立的球面坐标系。

有两个基本要素：

①基本平面。

由天球上某一选定的大圆所确定。

大圆称为基圈，基圈的两个几何极之一作为球面坐标系的极。

②主点，又称原点。

由天球上某一选定的过坐标系极点的大圆与基圈的交点所确定。

天球上一点在此天球坐标系中的位置由两个球面坐标标定：

①第一坐标或称经向坐标。

作过该点和坐标系极点的大圆，称副圈，从主点到副圈与基圈交点的弧长为经向坐标。

②第二坐标或称纬向坐标。

从基圈上起沿副圈到该点的大圆弧长为纬向坐标。

天球上任何一点的位置都可以由这两个坐标唯一地确定。

这样的球面坐标系是正交坐标系。

对于不同的基圈和主点，以及经向坐标所采用的不同量度方式，可以引出不同的天球坐标系，常用的有地平坐标系、赤道坐标系、黄道坐标系和银道坐标系等。