2020高中物理 第一章 第一节 质点、参考系和坐标系教案 新人教版必修1

第一章 运动的描述 第一节质点参考系和坐标系【课前准备】【课型】新授课 【课时】1课时【教学目标】知识与技能1.理解质点的概念能明确物体在什么情况下可以看作质点2.知道参考系的概念知道选取参考系时，要考虑到使运动的描述尽可能简单3.知道坐标系的概念能够用坐标系描述物体的位置和位置的变化过程与方法1.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这一理想化模型，初步掌握经过科学抽象来抓住物体本质建立物理理想化模型的方法。2.通过参考系的学习，知道从不同角度研究问题的方法，让学生从熟悉的事例中体验运动描述的相对性。3.体会用坐标系描述物体位置的优越性，让学生感受数学知识在物理研究中的作用情感态度与价值观1.通过质点模型的建立体验物理学研究问题的方法之一-科学抽象渗透研究问题时突出主要因素，忽略次要因素的辩证唯物主义价值观和科学思维方法。2.通过学习和体会“参考系的选取不同对运动的描述可以不同”。培养学生运用观察和比较研究物体运动的习惯，提高对周围世界的认识本领。3.通过本节内容的学生，让学生体会物理与生活实际的联系，激发学生学习高中物理课程的兴趣。【重点难点】重点：（1）理解质点概念以及初步建立质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。难点：理想化模型质点的建立，及相应的思想方法教学方法：探究法，问题法【教学过程】【新课引入】【展示】观看下列四幅图【介绍】这四幅图分别展示了雄鹰.小鸟在空中展翅飞翔，汽车在公路上急速行驶，行星.卫星在宇宙中运行，根据初中学过的机械运动的知识，可知这些物体都在做机械运动。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，地球在绕太阳公转的同时自身还在自转，可见物体的具体运动都是很复杂的，想要精准的描述描述物体的运动并不是一件容易的事情。【思考】想要精准的描述物体具体的运动，麻烦和困难出在哪儿？【答案】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【承接】本节课我们用一种科学的思维方式建立一种物理模型来解决我们在描述物体时遇到的困难【新课讲授】（一）物体与质点【启发】物体的大小和形状在一些问题的描述过程中，起着重要的作用，不可忽略。如教练研究刘翔跨栏的动作要领；裁判根据跳水运动员在空中翻滚的动作打分时，物体的大小和形状就起了关键作用.【思考】是不是我们研究的所有问题，大小和形状都起关键作用而不可忽略呢？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，而仅仅将物体看做是一个“点”？【展示】 图一 图二【介绍】图片一：人类居住的地球在绕太阳公转，同时又在自转。因此，地球的各个部分离太阳的远近在不短的改变。但是，如果考虑到地球到太阳的距离长达， 而地球的直径只有，还不到它与太阳距离的万分之一。在研究地球公转的时候，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。图片二：据报道，“神舟”五号飞船载人舱长7.4 m，直径2.8 m，总长58 m.重达480t，当其升空后，显示在指挥部荧光屏上的仅是一个小小的光点.【提问】1.在研究地球公转的时候，由地球的大小而引起的地球上各部分的运动差异可不可以忽略不计？2.科学家研究“神舟”五号在空中的位置.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？【答案】1.在研究地球公转的时候，由地球的大小而引起的地球上各部分的运动差异可以忽略不计，而把地球看做一个“点”。2.不需要，可以用荧光屏上的小光点代替 “庞大”的飞船【结论】1.在某些情况下，我们可以忽略物体的大小和形状，而突出“物体具有质量”这个要素，把物体简化为一个有质量的点，这样的点称为质点。2.在另一些情况下，虽然不能忽略物体的大小和形状，但是可以用其上任意一点的运动来代替整个物体的运动，于是整个物体的运动也可以简化为一个点的运动，把物体的质量赋予这个点，它也构成一个质点。【扩展】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，建立一种理想化的物理模型，使复杂问题得到简化，这是一种重要的科学研究方法.质点就是这种物理模型之一。【提问】物理中的“质点”跟几何中的点有什么相同和不同之处？【回答】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”.【小结】1.质点是一种科学抽象，是一种理想化的物理模型.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.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.（二）参考系【观察】（1）坐火车旅行图片（2）运动员跳伞图片（3）地球绕太阳转动图片 图一 中的小孩是静止还是运动 图二 观察跳伞运动员 图三 地球绕太阳运动【提问】1.一个小朋友和一位同伴正坐在一辆火车上，铁路边的人看到火车中的乘客是什么情景，而同伴认为这个小朋友是怎样的？2.地面上的人观察跳伞运动员运动是怎样的下落情况，而飞机驾驶员看跳伞运动员是怎样下落的？3.地球在绕太阳转动，而我们却没感觉到这又是为什么？【回答】1.铁路边的人看见火车中的乘客在飞快的离去，而同伴认为这个小朋友是静止的2.地面上的人看见跳伞运动员是在沿曲线下落，而飞机驾驶员看见跳伞运动员在沿直线下落3.这是因为我们跟着地球一起绕太阳转动，所以我们没有感觉【思考】对于同一个运动，为什么人们的看法会不一样？【提示】自然界的一切物体都处于永恒的运动中，绝对静止的物体时不存在的。就此意义而言，我们说运动是绝对的，但是，描述某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。【结论】为描述物体的运动，需要另外选取一个物体作为标准，观察这个物体相对于标准的位置是否发生变化，以及怎样变化。这个作为标准的物体叫做参考系（reference frame）.【提问】在上面三幅图中得出的不同结论都是由选取的哪些参考系所引起的？【回答】1.铁路边的人看见火车中的乘客在飞快的离去是以地面作为参考系，同伴认为这个小朋友是静止的是以火车为参考系2.地面上的人看见跳伞运动员是在沿曲线下落是以地面作为参考系，飞机驾驶员看见跳伞运动员在沿直线下落是以飞机为参考系3.地球在绕太阳转动，而我们却没感觉，是因为我们以地球作为参考系【小结】1.选择不同的参考系来观察同一个物体的运动，观察的结果可能会有所不同。2.比较两个物体的运动时必须选择同一参照系，比较才有意义。3.在运动学中，参考系的选取是任意的，但在实际选择参考系时应以运动的描述尽可能简单为原则。在没有特别说明时，通常以地面为参考系。例如，描述地面上物体的运动时，通常选地面或相对于地面而静止不动的其他物体作为参考系。（三）坐标系【思考】如何定量的描述物体的位置及位置的变化？【结论】位置就是质点在某时刻所在的空间的一点。物体运动时，其位置发生变化，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。坐标系是在参考系的基础上抽象出来的概念，是抽象化的参考系。【提问】当物体做直线运动时，我们应该怎样建立坐标系？【回答】物体在一条直线上运动，即物体在做一维运动时，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，把这种坐标系我们称为一维坐标系。如图111所示，若某一物体运动到A点，此时它的位置坐标XA3m，若它运动到B点，则此时它的坐标XB-2m（“-”表示沿X轴负方向）。XmABO03-2图111【提问】当物体在一个平面上运动时，我们应该怎样建立坐标系？【回答】对于平面运动，我们可以建立平面直角坐标系，这种坐标系我们称为二维坐标系，例如在地理上用纬度和经度来确定某个地点的精确位置【介绍】全球卫星定位系统（GPS）我们在地图上看到的经纬线，实际上就是在地球表面建立的坐标系，地面任何一点的位置都可以用在个点的坐标（也就是经度和纬度）来确定。向空中发射几颗人造卫星，它们不停地向地面发射信号，表明自己此刻所处的位置。地面的接收器收到这些信号后进行分析，就显示出接收器自身所在地的坐标（经度、纬度）、目前普及型GPS定位器可以做得很小，精确度能达到几米，价格也比较便宜，已经广泛应用在各种野外活动中，许多汽车上也安装了GPS定位器。我国独立自主研制的北斗导航卫星系统已经开始工作，并将最终具有全球定位的功能。俄罗斯和欧盟也在开发自己的卫星定位系统。【展示】【提问】这个GPS定位器此刻位于我国哪个城市的什么部位？从显示屏中你还能获得哪些信息？【回答】从GPS定位器上显示屏中的信息可以知道：1.第1行的“西”和第2行的“航向267”表示的是航向，如下图所示.2.“航速0.0 km”说明定位器现在相对地面静止3.“累计13：32”是指从开始启动定位器到现在的时间4.“N3955.451”和“E11623.504”是指定位器所处位置在北纬3955.45.东经11623.504;5.时间：10：29：57”显示的是北京时间10点29分57秒结合上面的信息，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.【小结】1.坐标系相对参考系是静止的。2.坐标的三要素：原点.正方向.标度单位。3.用坐标表示质点的位置。4.用坐标的变化描述质点的位置改变。【课时小结】【课堂小结】1.本节课主要学习了质点概念的建立，能够看作质点的条件判断；参考系及坐标系的建立，对运动的描述奠定了知识基础，而且确立了物理模型的思想。抓住实际物理现象的主要因素，忽略次要因素，排除非本质因素的干扰，突出反映事物的本质特征，从而使物理现象或过程得到简化，建立物理模型，这就是我们必须掌握的科学研究方法科学抽象。【板书设计】【布置作业】教材第11页第1.2.3题.五.板书设计第一节质点参考系和坐标系一、质点：用来代替物体的有质量的点(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二、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称为参考系(1)运动和静止都是相对于参考系的(2)参考系的选取是任意的。(3)选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样(4)选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便(5)比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义三、坐标系(1)描述直线运动的物体的位置变化，可以建立一维直线坐标系六.教学反思