質(zhì)點(diǎn)參考系坐標(biāo)系(說課)-

1、LOGO 趙清春 091180141080 學(xué)生進(jìn)入高中以后學(xué)生進(jìn)入高中以后 ，體驗(yàn)高中物理的第，體驗(yàn)高中物理的第 一節(jié)課，是中學(xué)物理的開端。在教學(xué)設(shè)制一節(jié)課，是中學(xué)物理的開端。在教學(xué)設(shè)制 時(shí)，要激發(fā)學(xué)生物理的熱情和興趣，提高時(shí)，要激發(fā)學(xué)生物理的熱情和興趣，提高 學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望，又要讓學(xué)生體會高中物學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望，又要讓學(xué)生體會高中物 理基本技能和過程方法，情感態(tài)度與價(jià)值理基本技能和過程方法，情感態(tài)度與價(jià)值 觀。觀。 地地 位位 1.1 1.1 質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系參考系和坐標(biāo)系 作作 用用 本節(jié)內(nèi)容主要介紹了質(zhì)點(diǎn)，參考系和坐標(biāo)系。本節(jié)內(nèi)容主要介紹了質(zhì)點(diǎn)，參考系和坐標(biāo)系。 要描述物體的運(yùn)動

2、。首先要對實(shí)際物體建立一要描述物體的運(yùn)動。首先要對實(shí)際物體建立一 個(gè)物理模型，最簡單的是質(zhì)點(diǎn)模型。由于運(yùn)動個(gè)物理模型，最簡單的是質(zhì)點(diǎn)模型。由于運(yùn)動 的相對性，描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動時(shí)，必須明確所選擇的相對性，描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動時(shí)，必須明確所選擇 的參考系。為了準(zhǔn)確，定量地描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動，的參考系。為了準(zhǔn)確，定量地描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動， 還要建立坐標(biāo)系。質(zhì)點(diǎn)，參考系和坐標(biāo)系是描還要建立坐標(biāo)系。質(zhì)點(diǎn)，參考系和坐標(biāo)系是描 述物體運(yùn)動的基礎(chǔ)知識，教材逐步展開這些內(nèi)述物體運(yùn)動的基礎(chǔ)知識，教材逐步展開這些內(nèi) 容，最后介紹全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。本節(jié)知識是容，最后介紹全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。本節(jié)知識是 學(xué)習(xí)后面內(nèi)容的基礎(chǔ)，也是整個(gè)力學(xué)的基礎(chǔ)

3、。學(xué)習(xí)后面內(nèi)容的基礎(chǔ)，也是整個(gè)力學(xué)的基礎(chǔ)。 現(xiàn)狀現(xiàn)狀：經(jīng)過初中的物理學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了一些物經(jīng)過初中的物理學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了一些物 理知識和科學(xué)方法，但是他們所面對的物理現(xiàn)象和物理理知識和科學(xué)方法，但是他們所面對的物理現(xiàn)象和物理 過程都是和生活實(shí)際聯(lián)系緊密的，可以看得見，摸得著。過程都是和生活實(shí)際聯(lián)系緊密的，可以看得見，摸得著。 他們的思維活動大多屬于以生動的自然現(xiàn)象和直觀實(shí)驗(yàn)他們的思維活動大多屬于以生動的自然現(xiàn)象和直觀實(shí)驗(yàn) 為依據(jù)的具體的形象思維。為依據(jù)的具體的形象思維。在內(nèi)容的深度和廣度在內(nèi)容的深度和廣度上都比上都比 較淺。較淺。研究的方式研究的方式主要是日常生活現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)出發(fā)。幾主要

4、是日常生活現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)出發(fā)。幾 乎不涉及物理模型，也不會從多方面，多層次的探究問乎不涉及物理模型，也不會從多方面，多層次的探究問 題。題。在思維訓(xùn)練方面在思維訓(xùn)練方面形象思維多于抽象思維，靜態(tài)思維形象思維多于抽象思維，靜態(tài)思維 多于動態(tài)思維，對概念的提出，分析，建立模型的過程多于動態(tài)思維，對概念的提出，分析，建立模型的過程 沒有經(jīng)過訓(xùn)練。沒有經(jīng)過訓(xùn)練。 對策對策：注意注意“從生活到物理，從物理到社會從生活到物理，從物理到社會”理念的理念的 落實(shí)，加強(qiáng)直觀教學(xué)，強(qiáng)化物理思維的訓(xùn)練，引領(lǐng)學(xué)生落實(shí)，加強(qiáng)直觀教學(xué)，強(qiáng)化物理思維的訓(xùn)練，引領(lǐng)學(xué)生 觀察，思考，分析，討論，交流，想象。幫助學(xué)生掌握觀察，思考，

5、分析，討論，交流，想象。幫助學(xué)生掌握 描述物體運(yùn)動的三個(gè)基本概念。描述物體運(yùn)動的三個(gè)基本概念。 知識與技能知識與技能過程與方法過程與方法情感態(tài)度與價(jià)值觀情感態(tài)度與價(jià)值觀 知道質(zhì)點(diǎn)的概念和知道質(zhì)點(diǎn)的概念和 條件條件 知道參考系的概念知道參考系的概念 和作用和作用 掌握坐標(biāo)系的簡單掌握坐標(biāo)系的簡單 應(yīng)用應(yīng)用 體驗(yàn)質(zhì)點(diǎn)的條件及體驗(yàn)質(zhì)點(diǎn)的條件及 意義，初步掌握意義，初步掌握 “科學(xué)抽象科學(xué)抽象”這種這種 研究方法。研究方法。 體會用坐標(biāo)方法描體會用坐標(biāo)方法描 述物體的優(yōu)越性，述物體的優(yōu)越性， 用不同方法設(shè)計(jì)實(shí)用不同方法設(shè)計(jì)實(shí) 驗(yàn)，體會比較，增驗(yàn)，體會比較，增 強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)與解決強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)與解決 問題的意

6、識和能力。問題的意識和能力。 認(rèn)識運(yùn)動是宇宙中的認(rèn)識運(yùn)動是宇宙中的 普遍現(xiàn)象，運(yùn)動和靜普遍現(xiàn)象，運(yùn)動和靜 止的相對性，培養(yǎng)學(xué)止的相對性，培養(yǎng)學(xué) 生熱愛自然，關(guān)心科生熱愛自然，關(guān)心科 技發(fā)展，勇于探索的技發(fā)展，勇于探索的 精神。精神。 通過分析不同參考系通過分析不同參考系 的運(yùn)動現(xiàn)象不同，幫的運(yùn)動現(xiàn)象不同，幫 助學(xué)生建立辯證唯物助學(xué)生建立辯證唯物 主義的世界觀。主義的世界觀。 質(zhì)點(diǎn)概念的建立質(zhì)點(diǎn)概念的建立 明確參考系的概念及運(yùn)動關(guān)系明確參考系的概念及運(yùn)動關(guān)系 質(zhì)點(diǎn)模型的建立和條件判斷質(zhì)點(diǎn)模型的建立和條件判斷 坐標(biāo)系的建立坐標(biāo)系的建立 教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn) 教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn) 導(dǎo)入新課導(dǎo)入新課 The

7、introduction of new courses 物體與質(zhì)點(diǎn)物體與質(zhì)點(diǎn) Objects and particles 參考系參考系 Reference system 坐標(biāo)系坐標(biāo)系 Coordinate system 小結(jié)小結(jié) Summary 觀看視頻時(shí)，注意兩位跳傘運(yùn)動員的運(yùn)動。觀看視頻時(shí)，注意兩位跳傘運(yùn)動員的運(yùn)動。 1.展示自然界中的各種運(yùn)動展示自然界中的各種運(yùn)動 一切的物體都在運(yùn)動中，物體的運(yùn)動是絕對的。一切的物體都在運(yùn)動中，物體的運(yùn)動是絕對的。 物體空間位置隨時(shí)間的變化，叫物體空間位置隨時(shí)間的變化，叫機(jī)械運(yùn)動機(jī)械運(yùn)動，它是，它是 自然界最簡單基本的運(yùn)動形式。自然界最簡單基本的運(yùn)動形式

8、。 2.演示實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn) 用乒乓球從高處旋轉(zhuǎn)下落，觀測。用乒乓球從高處旋轉(zhuǎn)下落，觀測。 提出問題：下落時(shí)乒乓球的運(yùn)動是什么樣子的？提出問題：下落時(shí)乒乓球的運(yùn)動是什么樣子的？ 詳細(xì)描述的困難在于物體有自己的大小和形狀，如若可詳細(xì)描述的困難在于物體有自己的大小和形狀，如若可 以忽略大小和形狀，問題就變的簡單容易。以忽略大小和形狀，問題就變的簡單容易。 那什么樣的物體可以忽略形狀和大小呢？那什么樣的物體可以忽略形狀和大小呢？ 自然界物體的運(yùn)動多種多樣，要想詳細(xì)又準(zhǔn)確地自然界物體的運(yùn)動多種多樣，要想詳細(xì)又準(zhǔn)確地 描述物體上的各部分運(yùn)動是件十分困難的事描述物體上的各部分運(yùn)動是件十分困難的事. 物體與質(zhì)點(diǎn)

9、物體與質(zhì)點(diǎn)Objects andparticles 3.討論交流：討論交流： 是不是我們研究的所有問題，大小形狀都起關(guān)鍵作用而不可以忽略呢？是不是我們研究的所有問題，大小形狀都起關(guān)鍵作用而不可以忽略呢？ 地球繞太陽公轉(zhuǎn)，探究地球公轉(zhuǎn)一周的時(shí)間。地球繞太陽公轉(zhuǎn)，探究地球公轉(zhuǎn)一周的時(shí)間。 遠(yuǎn)洋航行的輪船，指揮部確定它在海洋中的位置，探究輪船的位置坐標(biāo)。遠(yuǎn)洋航行的輪船，指揮部確定它在海洋中的位置，探究輪船的位置坐標(biāo)。 從斜面上滑下的木塊，探究木塊的運(yùn)動。從斜面上滑下的木塊，探究木塊的運(yùn)動。 火車從南京開往上海的途中，探究火車全程所用的時(shí)間。火車從南京開往上海的途中，探究火車全程所用的時(shí)間。 結(jié)論：在

10、研究上述問題時(shí)，物體的大小形狀對所研究的問題沒有影響。結(jié)論：在研究上述問題時(shí)，物體的大小形狀對所研究的問題沒有影響。 質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的概念：在某些條件下，可以忽略物體的大小和的概念：在某些條件下，可以忽略物體的大小和 形狀，使之抽象成形狀，使之抽象成一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)，我們稱它為質(zhì)點(diǎn)。，我們稱它為質(zhì)點(diǎn)。 質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)是一個(gè)理想化的理想化的“物理模型物理模型” 忽略次要因素：形狀，大小等忽略次要因素：形狀，大小等 突出次要因素：具有質(zhì)量（本質(zhì)屬性）突出次要因素：具有質(zhì)量（本質(zhì)屬性） 從而，引出從而，引出質(zhì)點(diǎn)模型的判斷條件：質(zhì)點(diǎn)模型的判斷條件： 物體的形狀大小對所研究的問題是否有影響。物體的

11、形狀大小對所研究的問題是否有影響。 但，在所有問題里，我們都不可以把研究的對象的質(zhì)量所忽略。但，在所有問題里，我們都不可以把研究的對象的質(zhì)量所忽略。 有有 影影 響響 物體的形狀物體的形狀 大小對所研大小對所研 究的問題的究的問題的 影響影響 無無 影影 響響 但是，不能忽略質(zhì)量但是，不能忽略質(zhì)量 物體與質(zhì)點(diǎn)物體與質(zhì)點(diǎn)Objects andparticles 4.4.特別指出：特別指出： 物體各點(diǎn)的運(yùn)動情況相同，發(fā)生平動時(shí)，可以將物體各點(diǎn)的運(yùn)動情況相同，發(fā)生平動時(shí)，可以將 其看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。其看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。 物體有轉(zhuǎn)動，但是物體的轉(zhuǎn)動不是我們研究的主物體有轉(zhuǎn)動，但是物體的轉(zhuǎn)動不是我們研究的主 要

12、問題時(shí)，可以將其看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。要問題時(shí)，可以將其看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。 物體如何運(yùn)動是相對的物體如何運(yùn)動是相對的 -運(yùn)動是相對的運(yùn)動是相對的 描述物體需要尋找參照物。描述物體需要尋找參照物。 初中儲備：初中儲備： 參照物參照物 參考系參考系 為了描述物體的運(yùn)動而選為了描述物體的運(yùn)動而選 用的做參考的另外一個(gè)物用的做參考的另外一個(gè)物 體。體。 為什么他們看到的不一樣？為什么他們看到的不一樣？ 若要比較兩個(gè)物體的運(yùn)動情況，我們必須選擇若要比較兩個(gè)物體的運(yùn)動情況，我們必須選擇同樣同樣 的一個(gè)參考系的一個(gè)參考系。 （選擇是任意的，一般情況下，選擇地球或者和地（選擇是任意的，一般情況下，選擇地球或者和地 球相對

13、靜止的物體。）球相對靜止的物體。） 小小竹排江中游，巍巍青山兩岸走。小小竹排江中游，巍巍青山兩岸走。 無邊落木蕭蕭下，不盡長江滾滾來。無邊落木蕭蕭下，不盡長江滾滾來。 兩岸青山相對出，孤帆一片日邊來。兩岸青山相對出，孤帆一片日邊來。 兩岸猿聲啼不住，輕舟已過萬重山。兩岸猿聲啼不住，輕舟已過萬重山。 飛流直下三千尺，疑是銀河落九天。飛流直下三千尺，疑是銀河落九天。 每句詩中有哪些相對運(yùn)動，還能舉出別的例子嗎？每句詩中有哪些相對運(yùn)動，還能舉出別的例子嗎？ 如果物體在如果物體在一條直線上一條直線上運(yùn)動，且可以將物體看成一個(gè)運(yùn)動，且可以將物體看成一個(gè) 質(zhì)點(diǎn)的時(shí)候，我們該如何質(zhì)點(diǎn)的時(shí)候，我們該如何 的描

14、述這個(gè)物體的位的描述這個(gè)物體的位 置變化呢？置變化呢？ 參考系可以使我們參考系可以使我們定性定性的描述一個(gè)物體的相對運(yùn)動。的描述一個(gè)物體的相對運(yùn)動。 準(zhǔn)確，定量準(zhǔn)確，定量 為了為了 地描述物體的地描述物體的位置位置及及位置的變化位置的變化，需，需 要在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系要在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。 組組 成成 要要 素素 正方向正方向，原點(diǎn)原點(diǎn)，標(biāo)度，物理量，標(biāo)度，物理量，單位單位 01 12 23 3-3 -3-2 -2-1 -1 x/m A A 24顆顆GPS衛(wèi)星在離地面衛(wèi)星在離地面1萬萬2千公里的高空上，以千公里的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行， 使

15、得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到4顆以上的衛(wèi)星。顆以上的衛(wèi)星。 由于衛(wèi)星的位置精確可知，在由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離， 利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用利用3顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星，就可以組成，就可以組成3個(gè)方程式，個(gè)方程式，解出觀解出觀 測點(diǎn)的位置測點(diǎn)的位置(X,Y,Z)?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4 個(gè)未知數(shù)，個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第和鐘差，因

16、而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，個(gè)方程式進(jìn)行求解， 從而得到觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程從而得到觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。 事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分 布分成若干組，每組布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高 精度。精度。 由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響， 以及人為的以及人為的S

17、A保護(hù)政策，使得民用保護(hù)政策，使得民用GPS的定位精度只有的定位精度只有100米。為提高定位精度，米。為提高定位精度， 普遍采用差分普遍采用差分GPS(DGPS)技術(shù)，建立基準(zhǔn)站技術(shù)，建立基準(zhǔn)站(差分臺差分臺)進(jìn)行進(jìn)行GPS觀測，利用已知的基觀測，利用已知的基 準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機(jī)收到準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機(jī)收到 該修正數(shù)后，與自身的觀測值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位該修正數(shù)后，與自身的觀測值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位 置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分GPS，定位精度可提高到，定位精度可提高到5米。米。 GPS 全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng) 物體空間位置隨時(shí)間的變化，叫機(jī)械運(yùn)動，它是自然界物體空間位置隨時(shí)間的變化，叫機(jī)械運(yùn)動，它是自然界 最簡單基本的運(yùn)動形式。運(yùn)動是絕對的，靜止是相對的。最簡單基本的運(yùn)動形式。運(yùn)動是絕對的，靜止是相對的。 當(dāng)我們可以忽略物體的大小和形狀時(shí)，可以將物體當(dāng)我們可以忽略物體的大小和形狀時(shí)，可以將物體 看成一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)（質(zhì)點(diǎn)）來描述物體的運(yùn)動?？闯梢粋€(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)（質(zhì)點(diǎn)）來描述物體的運(yùn)動。 描述物體運(yùn)動時(shí)，用來作參