導學案：質點參考系和坐標系

質點參考系和坐標系導學案問題導學一、物體和質點活動與探究11．雄鷹拍打著翅膀在空中翱翔，足球在綠茵場上飛滾……要想詳細描述“雄鷹”“足球”的運動有什么困難呢？為了解決這個困難，課本提出了一個什么想法？2．人類居住的地球繞太陽公轉，同時又在自轉。地球到太陽的距離達×108km，而地球的直徑只有×104km。那么，在研究地球公轉周期或速度的時候，能否把地球看做一個質點？3．研究一列火車從北京運動到上海的路程，火車能否看做質點？研究火車經(jīng)過一座橋梁所需要的時間，火車能否看做質點？研究火車發(fā)動機、傳動機構及車輪的運動，火車能否看做質點？遷移與應用1在下述問題中，能夠把研究對象看做質點的是（）A．研究地球繞太陽公轉一周所需時間是多少B．研究地球繞太陽公轉一周，地球上不同區(qū)域季節(jié)的變化、晝夜長短的變化C．將一枚硬幣用力上拋，猜測它落地時正面朝上還是反面朝上D．欣賞進行花樣滑冰的運動員的優(yōu)美動作（1）理想化模型①“理想化模型”是為了使研究的問題得以簡化或研究問題方便而進行的一種科學的抽象，實際上并不存在。②“理想化模型”是以研究目的為出發(fā)點，突出問題的主要因素，忽略次要因素而建立的“物理模型”。③“理想化模型”是在一定程度和范圍內對客觀存在的復雜事物的一種近似反映，是物理學中經(jīng)常采用的一種研究方法。（2）對質點的認識①質點是用來代替物體的有質量的點，其突出的特點是“具有質量”，但是沒有大小、體積、形狀，它與幾何中的“點”有本質區(qū)別。②質點是一種“理想化模型”。（3）將物體看成質點的條件①物體的大小、形狀對所研究問題的影響可以忽略不計時，可視物體為質點。如地球非常大，但研究地球繞太陽公轉時，地球的大小就變?yōu)榇我蛩?，我們完全可以把地球看做質點。然而，在研究地球自轉時，就不能把地球看成質點了。研究火車從北京到上海的運動時可以把火車視為質點，但研究火車過橋的時間時就不能把火車看成質點了。②平動的物體可以視為質點。物體平動是指物體上各個點的運動情況完全相同，物體平動時，物體上任一點的運動情況與整個物體的運動情況相同。因此，可用一個質點來代替整個物體。③一個物體能否看做質點，與物體本身的大小和形狀無關。關鍵是看物體的大小和形狀在研究物體的運動中是否為次要因素。二、參考系活動與探究21．第一次世界大戰(zhàn)期間的一次空戰(zhàn)中，一個法國飛行員正在2000米高的空中飛行，忽然，他發(fā)現(xiàn)臉旁好像有一個小東西在飛，他以為是一只小昆蟲，于是就伸手輕松地把它抓了過來，仔細一看，把他嚇出一身冷汗來。他抓住的不是別的，是德國飛機射向他的一顆子彈！子彈飛得那么快（一般為幾百米每秒），為什么沒有把他的手打穿？體會一下，同一物體相對于不同的參考系運動狀態(tài)相同嗎？2．“月亮走，我也走……”是流傳很廣的一首歌。嘗試一下，你還能發(fā)現(xiàn)，明亮的月夜中，月亮不僅走，而且你往哪個方向走，它也往哪個方向走，緊追不舍。除了月亮之外，你還能想到類似的例子嗎？試解釋其中的道理。3．倫敦奧運會火炬?zhèn)鬟f全長約12800km，于2022年5月19日開始，從英格蘭最西南端的海角蘭茲角開始傳遞，由8000名火炬手完成，每天大約有115人參與。途經(jīng)1000多個社區(qū)，奧運圣火最終傳到倫敦奧運會主體育場——倫敦碗。觀察圖中的旗幟和甲、乙兩火炬手傳遞火炬時的火焰，則甲、乙兩火炬手相對于靜止旗桿的運動情況如何？4．試通過以上的例子說明，對于同一個運動的物體，如果選取不同的參考系，所得結果是否相同？遷移與應用2兩輛汽車在平直公路上運動，甲車內一人看見乙車沒有運動，而乙車內一人看見路旁的樹木向西移動。如果以地面為參考系，上述觀察說明（）A．甲車不動，乙車向東運動B．乙車不動，甲車向東運動C．甲車向西運動，乙車向東運動D．甲、乙兩車以相同的速度向東運動（1）參考系：要描述某一個物體的位置及其隨時間的變化，首先要選定某個其他物體做參考，假定這個“其他物體”不動，觀察研究對象相對于這個“其他物體”的位置是否隨時間變化，這個被用來做參考的物體，叫做參考系。（2）引入?yún)⒖枷档囊饬x①有了參考系，才能確定物體的位置。②選定了參考系后，才能知道和研究物體的運動。（3）參考系的選取原則①選取參考系一般應根據(jù)研究對象和研究對象所在的系統(tǒng)來決定。例如研究火車上物體的運動情況，一般選取火車為參考系，研究地面上物體的運動時，常選取地面或相對地面靜止的物體為參考系。②參考系的選取是任意的。在實際問題中，參考系的選取以研究問題方便、對運動的描述盡可能簡單為基本原則。（4）參考系對運動的影響對于同一個物體的運動，如果選取不同的物體做參考系，所得到的結果可能不同。三、坐標系活動與探究31．如圖，若某一物體從A點運動到B點，物體位置變化了多少？2．倫敦奧運會于2022年7月27日晚20時（倫敦當?shù)貢r間）在斯特拉特福德奧林匹克體育場開幕。在比賽中，為了描述百米賽運動員的位置，需要建立什么樣的坐標系？要描述800米賽運動員的位置，需要建立什么樣的坐標系？在足球比賽中，要描述足球的位置，需要建立什么樣的坐標系？遷移與應用3一個小球從距地面4m高處落下，被地面彈回，在距地面1m高處被接住。坐標原點定在拋出點正下方2m處，向下方向為坐標軸的正方向。小球的拋出點、落地點、接住點的位置坐標分別是（）A．2m，－2m，－1mB．－2m,2m,1mC．4m,0,1mD．－4m,0，－1m（1）為了定量地描述物體的位置變化，需要在參考系上建立適當?shù)淖鴺讼?。坐標系相對參考系是靜止的。（2）畫坐標系時，須標上原點、正方向和單位長度，并注明單位，特別注意當質點的坐標為負值時一定不要忘記加“－”號。（3）建立坐標系后，就可用坐標表示質點的位置，用坐標的變化描述質點的位置變化。（4）坐標原點選取的位置不同，同一時刻物體的位置坐標就不同。（5）坐標系的種類①直線坐標系：如果物體沿直線運動，即做一維運動時，可以以這條直線為x軸，在直線上規(guī)定原點、正方向和標度，建立直線坐標系。②二維坐標系：當物體在某一平面內做曲線運動時，需用兩個相互垂直的坐標確定它的位置，即二維坐標系（平面直角坐標系）。③三維坐標系：當物體在空間內運動時，需采用3個坐標確定它的位置，即三維坐標系（空間坐標系）。如圖所示為三種不同的坐標系，其中，甲中M點位置坐標為x＝2m；乙中N點位置坐標為x＝3m，y＝4m；丙中P點位置坐標為x＝3m，y＝4m，z＝2m。當堂檢測1．下列關于質點的說法中，正確的是（）A．地球很大，一定不能看做質點B．原子核很小，一定能看做質點C．同一物體在不同的情況中，有時可看做質點，有時則不可看做質點D．質點是一種理想化模型，無實際意義2．以下說法正確的是（）A．參考系就是不動的物體B．任何情況下，只有地球才是最理想的參考系C．不選定參考系，就無法研究某一物體是怎樣運動的D．同一物體的運動，對不同的參考系可能有不同的觀察結果3．“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”表明（）A．坐在地上的人是絕對靜止的B．坐在地上的人相對于地球以外的其他星體是運動的C．靜止是相對的，運動是絕對的D．“坐地日行八萬里”是以地面為參考系的4．撐竿跳高是一個非常刺激的體育運動項目，如圖表示撐竿跳運動的幾個階段：助跑、撐竿起跳、越橫桿，以下說法正確的是（）A．教練員針對訓練錄像糾正運動員的錯誤動作時，可以將運動員看做質點B．分析運動員的助跑速度時，可以將運動員看做質點C．研究運動員的越桿動作時，可以將運動員看做質點D．任何情況下都不能將運動員看做質點5．桌面離地面的高度是m，以地面為坐標系原點，向下為坐標軸的正方向，如圖所示。桌面上的C點為AB中點，且AB距離為m，則圖中A、B的坐標分別為xA＝________m，xB＝________m。答案：課堂合作探究【問題導學】活動與探究1：1．答案：雄鷹的身體在向前運動，但它的翅膀在向前運動的同時還在上下運動；足球在向前運動的同時還在滾動?？梢娨獪蚀_地描述物體的運動，并不是一件容易的事。因為任何物體都有一定的大小和形狀，物體各部分的運動情況一般說來并不一樣。為了解決這個困難，人們根據(jù)所要研究的問題的性質，提出了忽略某些物體的大小和形狀，把它們看做“點”的想法，這樣的點稱為“質點”。2．答案：地球的直徑比起地球到太陽的距離來說小得多，由地球的大小而引起的地球上各部分的運動差異就可以忽略不計了，從而在研究地球公轉周期或速度時可以忽略地球的形狀和大小而把它視為質點。3．答案：研究一列火車從北京到上海運動的路程，關心的是火車整體的運動，火車可以看做質點；研究火車經(jīng)過一座橋梁所需要的時間，火車的長度與橋梁的長度相比較，不能忽略，火車不能看做質點；研究火車發(fā)動機、傳動機構及車輪的運動，火車不能看做質點。遷移與應用1：A解析：選項A中，地球可以看成一個質點，因為地球的大小和形狀與它繞太陽公轉一周的時間無關；B選項中，地球不能視為質點，因為在地球繞太陽公轉的過程中，地球上不同地區(qū)季節(jié)的變化、晝夜的長短變化是不同的，如果把地球看成一個點，在一點上無法區(qū)分不同地區(qū)；C選項中，硬幣的形狀與研究問題關系非常密切，硬幣不能看成質點；D選項中滑冰運動員在冰面上優(yōu)美的動作被人欣賞，不能看做質點。活動與探究2：1．答案：因為子彈相對于飛行員的速度很小，所以不會把他的手打穿。同一物體相對于不同的參考系有不同的運動狀態(tài)。相對于發(fā)射子彈的槍而言，子彈的初速度為幾百米每秒，相對于其他以不同方向和速度運動著的物體，其運動速度就會有明顯不同。當子彈和飛機的速度大小相等、方向相同時，子彈相對于飛機是靜止的。2．答案：在生活中還能發(fā)現(xiàn)太陽也能隨你而行。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是選擇了地面為參考系。3．答案：甲可能靜止，也可能向左或向右運動，乙向左運動。由旗幟的飄動方向可知風向向左。甲火炬手的火炬的火焰向左飄動，則甲可能靜止，可能向右運動，也可能向左以小于風速的速度運動；乙一定向左以大于風速的速度運動。4．答案：結果可能不同。遷移與應用2：D解析：甲車、乙車運動的描述都應當選取同一參考系即地面，分析甲、乙相對地面的運動情況。甲看乙車沒動，是以自身為參考系，說明甲、乙運動狀態(tài)相同，有相同的速度；乙看見路旁樹木向西運動，也是以自身為參考系。若以樹木為參考系，則乙向東運動，甲與乙的運動情況相同，也應向東運動，因此選項D正確。活動與探究3：1．答案：