2020-2021学年1 质点 参考系和坐标系教案设计

这是一份2020-2021学年1 质点 参考系和坐标系教案设计，共4页。

知识与技能：
1.认识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，知道它是一种科学的抽象，知道科学抽象是一种普遍的研究方法。
2.了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.认识一维直线坐标系，掌握坐标系的简单应用。
过程与方法：
1.体会物理模型在探索自然规律中的作用，初步掌握科学抽象理想化模型的方法。让学生将生活实际与物理概念相联系，通过具体矢量引出质点的这个理想化的模型，通过几个具体的例子让学生自主讨论，在讨论与交流中自主升华为物理中的概念。
2.通过参考系的学习，知道从不同角度研究问题的方法，让学生从熟悉的常见现象和已有的生活经验出发，体验不同参考系中运动的相对性，揭示参考系在确定物体运动时客观存在的必要性和合理性，促使学生形成勤于观察、勤于思考的习惯，提高学生自主获取知识的能力。
3.体会用坐标方法描述物体位置的优越性，可用不同方法设计实验并体会比较，增强学生发现问题并力求解决问题的意识和能力。
教学重点：
1.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。
2.在研究具体问题时，如何选取参考系。
3.如何用教学上的坐标轴与实际的物理情景结合起来建立坐标系。
教学难点：
理解质点概念。
2、在研究具体问题时，如何选取参考系。
教学方法：讲解、实验
教学媒体：多媒体
教学过程：从生活实例引入:
如: 汽车在马路上飞驰 汽车对马路位置改变
江水咆哮地奔向远方江水对河岸位置改变
怎样描述机械运动，即怎样地描述物体上各点的位置及其随时间的变化呢？
[提问] 大家来总结一下什么叫做运动呢？
[板书] 机械运动（简称运动）：物体与物体间或是物体的一部分和另一部分相对位置随时间发生改变的过程，是最基本、最简单、最普遍的运动形式。
这样我们就知道了，运动是一个与时间和空间都有关的物理量，我们要研究运动，首先要从几个基本的概念入手。
[板书一、物体和质点：
[演示]1、小车的运动。2、乒乓球的运动。
[提问]请一位同学来分别描述这两个物体的运动。（更进一步）大家观察小车的运动，车身上某一点的运动和车轮上某点的运动情况相不相同？乒乓球上各点的运动情况有什么不同？
[分析]我们发现，因为物体有一定的形状和大小，物体各部分的运动情况一般并不一样，要准确的描述它并不容易。
[提问]如果有一辆客车，有揭阳开往广州，我们要研究它运动的速度大小以及全程的路程长短，所需时间，要不要考虑客车的大小和形状？
[分析]很显然，在上面第一个问题中，揭阳到广州的距离比客车本身的长度要大得多，在这个问题中，我们关心客车整体的运动情况，所以我们把客车简化为一个点来分析问题。（类似的有星球的运动，“火箭”的发射等）
[板书]1、质点：用来代替物体的有质量的点。
[提问] 是不是所有的问题都能把物体看成质点来分析呢？在上面的问题中，如果要研究客车通过一条短桥的运动过程，能不能把它看成质点？（类似的情况：运动员在研究各种旋转球的打法时要考虑乒乓球的形状和大小？）
[分析]显然答案是否定的，这样我们就知道，物体能否看成质点是有条件的。
[板书]2、将物体看成质点的条件：
⑴物体的大小、形状对所研究的问题的影响可以忽略不记时
⑵平动的物体可以视为质点。
[分析]略
[课堂探究]
亲自做一做、试一试，书本在下列情景中能否被看成质点。
沿一个方向推动桌面上的书本，如果测量书本移动的距离，是否可以将书本视为为质点，为什么？（答：沿同一个方向移动书本时，书本各部分的运动情况完全相同，可以将它视为质点）
如果测定书本经过桌面上方的某一定点所需时间，是否可以将书本视为质点，为什么？（不能）
还有什么情况下书本可以被视为质点？什么情况下书本不能被视为质点？
[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，则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。
[板书]二、参考系：在描述一个物体的运动时，选来作为标准的另外的物体。
[讲解]描述一个物体的运动时，参考系可以任意选择，但是，选择不同的参考系来观察同一物体的运动其结果会有所不同。（可用书本里的图进行讲解，举例说明略）
[提问]1、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的情景，那么它们分别以什么为参考系。（河岸、竹排）
2、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”其中现象，分别以什么为参照系？（人，地面）
[板书]三、坐标系
位置就是质点在某时刻所在的空间的一点。物体做机械运动时，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。
（1）坐标系即参考系的具体化，是在参考系上建立的，坐标系相对参考系是静止的。具体有：
① 一维坐标：描述物体在一条直线上运动，即物体做一维运动时，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。如图1—1—1所示，若某一物体运动到A点，此时它的位置坐标XA＝3m，若它运动到B点，则此时它的坐标XB＝-2m（“-”表示沿X轴负方向）。
X／m
A
B
O
0
3
-2
图1—1—1
② 二维坐标：平面直角坐标，描述物体在一平面内运动，即二维运动时，需采用两个坐标确定它的位置，如图1—1—2。
③ 三维坐标：立体坐标系，描述物体在空间的运动。
(2) GPS定位仪——确定地球物体的具体方位，提供准
确时间。
要注意以下几点：
（a）坐标系相对参考系是静止的。
（b）坐标的三要素：原点、正方向、标度单位。
（c）用坐标表示质点的位置。
（d）用坐标的变化描述质点的位置改变。
典例分析：
例1. 在下述问题中，能够把研究对象当作质点的是（ ）
A. 地球绕太阳公转一周所需时间是多少
B. 研究地球绕太阳公转一周地球上不同区域季节的变化、昼夜长短的变化
C. 一枚硬币用力上抛，猜测它落地时正面朝上还是反面朝上
D. 正在进行花样滑冰的运动员
解析：物体是否能视为质点不能仅仅以它的大小和形状来确定，关键要看物体的大小和形状与所研究的问题是否有关。
A选项中，地球可以看成一个质点，因为地球的大小和形状与它绕大阳公转一周的时间无关；B选项中，地球不能视为质点，因为在地球绕太阳公转的过程中，地球上不同地区季节的变化、昼夜的长短变化是不同的，如果把地球看成一个点，在一点上怎么能区分不同地区呢?C选项中，很显然硬币的形状与研究问题关系非常密切，硬币不能看成质点；D选项中滑冰运动员在冰面上优美的动作被人所欣赏，不能当作质点。
答案：A
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
解析：电梯中的乘客看其他物体的运动情况时，是以自己所乘的电梯为参考系，甲中乘客看高楼向下运动，说明甲相对于地面一定在向上运动。同理，乙相对甲在向上运动，说明乙相对地面也是向上运动，且运动得比甲更快，丙电梯无论是静止，还是在向下运动，或者以比甲、乙都慢的速度在向上运动，则丙中乘客看见甲、乙两电梯都会感到是在向上运动。
答案：B、C、D
例3、在以下的哪些情况中可将物体看成质点（ ）
研究某学生骑车由学校回家的速度
对这为学生骑车姿势进行生理学分析
研究火星探测器从地球到火星的飞行轨迹
研究火星探测器降落火星后如何探测火星的表面
解析：质点是指有质量而不考虑大小和形状的物体。它是我们为了研究问题的方便而引入的一种理想化模型。能否将物体看为质点，关键看所研究的问题的性质即物体大小和形状能否忽略。A、C情景中物体大小和形状能忽略，因而可看为质点；B、D情景中所研究的问题都涉及物体的不同部分，此时的物体就不能再看为质点，否则问题将无法研究。
答案：A、C
例4、一列火车停靠在站台上，车厢内的人看着窗外另一列火车，感觉到自己乘坐的火车开动了，可等一会儿却发现自己乘坐的火车还在站台上未动。你有过类似的经历吗？出现这种现象的原因是什么？
解析：解决该题的关键是抓住乘客感觉动而未动这一事实。事实相同但感觉却不同，说明乘客前后参考系选取是不同的，要选取不同的参考系加以分析。
答案：原因是起初乘客以窗外另一列开动的火车为参考系，感觉自己在动。当另一列火车开走后，以窗外其它静止的物体为参考系，才发现自己乘坐的火车并未开动。
例5、某运动物体在平面内，由点（3，1）出发，沿直线运动到点（1，4）然后又由点（1，4）沿直线运动到点（5，5）。试在图中完成坐标系的建立并画出物体的运动轨迹。
解析：该物体的运动为平面内的平动，要描述其运动就要建立直角坐标系。图中以建立，并有原点、标度和正向。此时，只需再定义两坐标轴的名称和单位，标上各处标度的大小，即可对运动进行描述。取水平坐标线为x轴，竖直坐标线为y轴；单位都取为m。根据题目的描述就可画出物体的运动轨迹。
x/m
y/m
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
答案：坐标系的建立及物体运动的轨迹如右图所示（图中黑线表示物体运动的轨迹）
板书设计：
第一节 质点、参考系和坐标系
一、质点
二、参考系
三、坐标系