11质点参考系和坐标系

1、质点 参考系和坐标系一、教学目标：1、知道建立质点模型的意义和方法，能根据具体情况将物体简化为质点。2、理解参考系的选取在物理中的作用，会根据实际情况选定参考系。3、知道一维直线坐标系，掌握坐标系的简单应用。结合物理情景建立起坐标系。二、教学重点：理解质点概念以及初步建立质点概念所采用的抽象思维方法。三、教学难点：在什么情况下可以把物体看作质点，即将一个实际的物体抽象为质点的条件。四、教学过程：引入新课运动是最普遍的，宇宙中一切的物体都在不停的运动，大到巨大的天体，小到微小的原子。古希腊杰出的哲学家亚里士多德说过：“不了解运动，就不了解自然。”我们高中物理的学习也是从运动开始的。（一）、物体和质点我们要怎样来描述物体的运动呢？比如：刘翔在奥运会田径运动场上的110米跨栏。描述运动要清楚运动物体的位置随时间的变化。假如我们要详细描述刘翔的跨栏运动，你会遇到什么困难？身体各部份的运动情况各不相同。要是刘翔变成了一个没有形状大小的点时，这个问题就解决了。刘翔当然是不可能变成了一个没有形状大小的点的，但我们可以得到这样的思路，假如我们只关心跨栏的成绩，也即刘翔身体最前端冲过起跑线到身体最前端冲过终点线的时间，在这种情况下我们把刘翔变成了一个没有形状大小的点，没有影响我们研究刘翔跨栏的成绩，而且使研究问题变得很方便，这时我们没有必要关心刘翔的形状大小了。但如果我们是刘翔的教练，我们要关心刘翔的动作，这是我们还能把刘翔看为一点吗？杨利伟乘坐“神舟”五号飞船，载人舱长7.4 m，直径2.8 m，用长58 m、重达480 t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? 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!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。讨论下列物体能不能把它看成质点?（1）、研究地球绕太阳的公转时的地球（2）、若研究地面上各处季节变化时的地球。（3）、研究火车从北京到广州所用时间的火车。（4）、研究火车过某一路标时间的火车。（5）、研究乒乓球的运动速度时的乒乓球。（6）、研究乒乓球的旋转打法时的乒乓球。解析：地球是一个庞然大物，直径约为12800km，与太阳相距1.5km若研究地球绕太阳公转时，由于地球本身的大小比地球到太阳的距离小得多，则可以把地球看作质点；但若研究地面上各处季节变化时，则不能把其看作质点。乒乓球小而轻，直径仅4 cm，质量约2.7 g。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。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。物体能否看成质点要以什么来衡量呢？物体的形状大小在所研究问题中是否可以忽略不计。课堂训练:1下列关于质点的说法中，正确的是 ( C ) A体积很小的物体都可看成质点。 B质量很小的物体都可看成质点。 C不论物体的质量多大，只要物体的尺寸跟物体间距相比甚小时，就可以看成质点。 D只有低速运动的物体才可看成质点，高速运动的物体不可看作质点。 解析：C，一个实际物体能否看成质点，跟它体积的绝对大小、质量的多少以及运动速度的高低无关，决定于物体的尺寸与物体间距相比的相对大小。2在以下的哪些情况中可将物体看成质点 ( AC ) A研究某学生骑车回校的速度。 B对这位学生骑车姿势进行生理学分析。 C研究火星探测器从地球到火星的飞行轨迹。 D研究火星探测器降落火星后如何探测火星的表面。3下列情形中的物体可以看作质点的是 (C )A跳水冠军郭晶晶在跳水比赛中的动作。B一枚硬币用力上抛，猜测它落地时是正面朝上还是反面朝上C奥运会冠军邢慧娜在万米长跑中D花样滑冰运动员在比赛中4、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?解析：(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。5、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”。质点小结：1、 定义：用来代替物体的有质量的点。2、 质点的概念是一种科学的抽象，是一种理想化的模型。3、 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。4、 一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研究 的问题中是否可以忽略不计，而跟自身的体积大小，质量的多少和运动速度的大小无关。（二）、参考系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?”请你们分析他们的对话。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? 学生自己回忆初中学过知识并分析：由于他们所选的参照不同。1、参考系：为了描述一个物体的运动，选来作为标准的物体，叫参考系。2、选择不同的参考系观察同一个运动，观察的结果会有不同。3、参考系是可任意选取，但选择的原则要使运动和描述尽可能简单。4、比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义第一次世界大战期间的一次空战中，一个法国飞行员正在2000米高的空中飞行，忽然，他发现脸旁好像有一个小东西在飞舞，他以为是只小昆虫，于是就伸手把它抓过来，仔细一看，把他吓出一身冷汗来。他抓住的不是别的，是德国飞机射向他的子弹。请根据上述信息讨论回答以下问题，并注意体会参考系的选取与运动的相对性。 (1)子弹飞得那么快(一般为几百米每秒)，为什么没有把他的手打穿?解析：因同一物体相对于不同的参考系有不同的运动状态，相对于发射子弹的枪而言，子弹的初速度虽然为几百米每秒，但相对于其他以不同方向和速度运动着的物体，其运动速度就会有明显不同。当子弹和飞机的速度大小方向相同，则子弹相对于飞机静止，即出现上述情况。 (2)人们实现了飞机在飞行途中进行空中加油，在航天飞行中，宇宙飞船发射到太空和正在绕地球运动的空间站实行空中对接实现“空中加油”和“空中对接”应满足的基本条件是什么?解析：除了飞行员具有高超的飞行技术外，相对于同一参考系时两个“物体”的速度要相同，即两者相对速度为零，处于相对静止状态即可完成。（三）、坐标系：准确地描述物体的位置及位置变化需要建立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，则需要建立三维直角坐标系来描述。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。问题：田径场上，描述百米运动员在运动中的位置，需建立什么样的坐标系?描述800米赛跑运动员在运动中的位置需建立什么样的坐标系?足球场上，描述足球运动员的位置需建立什么样的坐标系?要描述足球的位置呢? 解析：百米运动员是在一条直线上运动，所以应建立直线坐标系；800米赛跑运动员不是在一条直线上运动，而是在一个平面内运动，所以应建立平面直角坐标系；足球运动员也是在球场平面内运动，也要建立平面直角坐标系，而足球的运动可以在草坪上进行，也可以在空中飞行，所以要建立立体空间直角坐标系。学生阅读教材“科学漫步”栏目并思考书中提出的问题。并在课外思考GPS定位器还能在什么地方应用。解析：从GPS定位器上显示屏中的信息可以知道：第1行的“西”和第2行的“航向267”表示的是航向，“航速0.0 km”说明定位器现在相对地面静止。第3行的“航程1.0 km是指从出发到现在的里程。“累计13：32”是指从开始启动定位器到现在的时间。第4行的“N3955451”和“E11623504”是指定位器所处位置在北纬3955451、东经11623504。第5行“时间：10：29：57”显示的是北京时间10点29分57秒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：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。作业：第13页，练习题1、3。板书设计 质点 参考系和坐标系一、机械运动二、 质点1、 定义：用来代替物体的有质量的点。2、 质点的概念是一种科学的抽象，是一种理想化的模型。3、 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。4、 一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研究 的问题中是否可以忽略不计，而跟自身的体积大小，质量的多少和运动速度的大小无关。三、参考系1、参考系：为了描述一个物体的运动，选来作为标准的物体，叫参考系。2、选择不同的参考系观察同一个运动，观察的结果会有不同。3、参考系是可任意选取，但选择的原则要使运动和描述尽可能简单。4、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 准确地描述物体所在的位置以及位置的变化需要建立坐标系。