高中物理人教版第一章運動的描述1質點參考系和坐標系

§質點參考系和坐標系★教學重點、難點：☆重點：1．理解質點概念以及初步建立質點概念所采用的抽象思維方法．2．在研究具體問題時，如何選取參考系．3．如何用數學上的坐標軸與實際的物理情景結合起來建立坐標系．☆難點：在什么情況下可以把物體看作質點，即將一個實際的物體抽象為質點的條件．[新課教學]一、物體和質點※要準確描述物體的運動，特別是物體各部分的詳細運動情況，并不是一件很容易的事．因為物體本身都有一定的大小和形狀，物體各部分的運動情況一般并不一樣．※引入質點：用來代替物體的有質量的點．（板）根據所研究問題的性質和需要，抓住問題中的主要因素，忽略次要因素，建立一種理想化的模型，使復雜問題得到簡化，這是一種重要的科學研究方法．引子；乒乓球小而輕，直徑僅4cm，質量約2．7[討論與交流]1．地球是一個龐然大物，直徑約為12800km，與太陽相距1．5Xl08參考答案：若研究地球繞太陽公轉時，由于地球本身的大小比地球到太陽的距離小得多，則可以把地球看作質點；但若研究地面上各處季節(jié)變化時，則不能把其看作質點．2．撐桿跳高是一項非常刺激的體育運動項目，一般來說可以把撐桿跳運動分為如下幾個階段：助跑、撐桿起跳、越過橫桿．討論并思考后回答，在下列幾種情況下運動員能否被看作質點，從中體會質點模型的建立過程．(1)教練員針對訓練錄像糾正運動員的錯誤時，能否將運動員看成質點?(2)分析運動員的助跑速度時，能否將其看成質點?(3)測量其所跳高度(判斷其是否打破紀錄)時，能否將其看成質點?參考答案：(1)不能，糾正錯誤動作時不能忽略運動員的姿勢及動作，也就是說不能忽略運動員的形狀和大?。?2)能，分析助跑速度時，可以忽略運動員的姿勢及動作．(3)能．☆對質點小結：1．質點是一種科學抽象，是一種理想化的模型．2．質點是對實際物體的近似，這也是物理學中常用的一種重要的研究方法．3．一個物體能否看成質點，取決于它的形狀和大小在所研究問題中是否可以忽略不計，而跟自身體積的大小、質量的多少和運動速度的大小無關．4．一個物體能否被看作質點，取決于所研究問題的性質．即使是同個物體，在研究的問題不同時，有的情況下可以看作質點，而有的情況可能不可以看作質點.※親自做一做、試一試，書本在下列情景中能否被看成質點．1．沿一個方向推動桌面上的書本，如果測量書本移動的距離，是否可以將書本視為質點，為什么?2．如果測定書本經過桌面上方某一定點所需要的時間，是否可以將書本視為質點，為什么?3．還有什么情況下書本可以被視為質點?什么情況下書本不能被視為質點?參考答案：1．沿同一個方向移動書本時，書本各部分的運動情況完全相同，可以將它視為質點．2．相對桌面上方的某一定點來說，書本本身的長度(或寬度)不能忽略，并對經過該定點位置所需要的時間起決定作用，所以這種情況下不能將書視為質點。3．答案視學生提出的問題而定(根據學生提出的各種情景，老師進行準確恰當的點撥)．☆將物體看作質點的條件：(1)平動的物體可以看作質點，一般研究物體的轉動時不能把物體看作質點．(2)物體有轉動，但物體的轉動不是我們所要研究的主要問題時，物體本身的形狀和大小已變成了次要因素．(3)物體本身的大小對所研究的問題不能忽略時，不能把物體看作質點，如研究火車過橋的時間時就不能把火車看作質點．[課堂訓練)1．下列關于質點的說法中，正確的是A．體積很小的物體都可看成質點B．質量很小的物體都可看成質點C.不論物體的質量多大，只要物體的尺寸跟物體間距相比甚小時，就可以看成質點D．只有低速運動的物體才可看成質點，高速運動的物體不可看作質點答案：C2．在以下的哪些情況中可將物體看成質點?(1)研究某學生騎車回校的速度．(2)對這位學生騎車姿勢進行生理學分析．(3)研究火星探測器從地球到火星的飛行軌跡．(4)研究火星探測器降落火星后如何探測火星的表面．答案：(1)(3)3．下列情形中的物體可以看作質點的是………（）A.跳水冠軍郭晶晶在跳水比賽中B.一枚硬幣用力上拋，猜測它落地時是正面朝上還是反面朝上C.奧運會冠軍邢慧娜在萬米長跑中D．花樣滑冰運動員在比賽中答案：C二、參考系※平時我們說樹木、房屋是靜止的，行駛的汽車是運動的，這是以地面作標準來說的．坐在行駛的火車里的乘客，認為自己是靜止的，而在車廂里走動的乘務員在運動，他還認為路旁的樹木在向后倒退，這些都是以車廂作標準來說的．在描述一個物體的運動時，選來作為標準的另外的物體——參考系．參考系：任何運動都是相對于某個參照物而言的，這個選來作標準的參照物稱為參考系．[討論與交流]與同桌和前排(或后排)同學組成四人一組，思考并交流討論下列描述中隱含的參考系．展示問題：1．電影《閃閃的紅星》中有兩句歌詞：“小小竹排江中游，巍巍青山兩岸走”這其中分別描述了兩種運動情景，那么它們分別是以什么為參考系的?2．“月亮在蓮花般的云朵里穿行．”3．坐在美麗的校園內學習毛澤東的詩句“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”時，我們感覺是靜止不動的．這與詩句里的描述是否矛盾?說明理由．4．敦煌曲子詞中有這樣的詩句：“滿眼風波多閃爍，看山恰似走來迎，仔細看山山不動，是船行．”其中“看山恰似走來迎”和“是船行”所選的參考系分別是什么?※[課堂交流]下述物理過程中選擇什么為參考系較恰當?1．2023年，所有的目光都集中在火星．繼美國宇航局的兩臺火星探險漫游者“勇氣”號和“機遇”號之后，歐洲的火星快車飛船已順利地將“獵兔犬”2號火星登陸車投放至火星表面．從地球表面向火星發(fā)射火星探測器的過程中，若要研究探測器的運動情況，各應選擇什么為參考系?2．在印度洋海嘯救災中，從水平勻速航行的飛機上向受災的地區(qū)空投救災物資．在不考慮空氣阻力的情況下，飛機上的人以飛機作參考系，他看到投下的物體是沿什么路線下落的?地面上的人以地面作參考系，觀察被投下的物體又是沿著什么路線下落的?3．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)現臉旁好像有一個小東西在飛舞，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。請根據上述信息討論回答以下問題，并注意體會參考系的選取與運動的相對性．(1)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)受類似現象的啟發(fā)，人們實現了飛機在飛行途中進行空中加油，在航天飛行中，宇宙飛船發(fā)射到太空和正在繞地球運動的空間站實行空中對接．實現“空中加油”和“空中對接”應滿足的基本條件是什么?4．1997年6月10日，在我國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征一號”運載火箭成功發(fā)射的“風云二號A”氣象衛(wèi)星，是我國研制成功的第一顆靜止氣象衛(wèi)星，設計工作歷時三年．2000年6月25日，“長征三號”運載火箭又將我國自行研制的第二顆“風云二號B”氣象衛(wèi)星成功發(fā)射上天，在太空中順利完成與A星的“新老交替”，最終定點在東經105°赤道上空，向地面?zhèn)骰刂袊爸苓叺貐^(qū)的高質量的氣象資料．(1)上述材料中的“靜止氣象衛(wèi)星”最終定點在東經105°赤道上空，是以誰為參考系來描述衛(wèi)星的運動的?(2)具有上述特點的衛(wèi)星稱為“同步衛(wèi)星”．除了“氣象衛(wèi)星”外，“同步衛(wèi)星”還有什么用途?5．一跳傘運動員在下落過程中，看到身旁的直升機在向上運動，則直升機相對于地面的運動情況是怎樣的?參考答案：跳傘運動員在下落過程中，看到身旁的直升機在向上運動，是以自己作參考系，即以跳傘運動員為標準，它們間的距離在不斷增大．如果以地面為參考系，這種情況的出現有以下幾種可能性：(1)直升機靜止在空中不動；(2)直升機向上升；(3)直升機下落，但速度比跳說明：為了確定物體的位置和描述物體的運動而被選作參考的物體或物體系叫做參考系．如果物體相對于參考系的位置在變化，則表明物體相對于該參考系在運動；如果物體相對于參考系的位置不變，則表明物體相對于該參考系是靜止的．同一物體相對于不同的參考系，運動狀態(tài)可以不同．在運動學中，參考系的選擇可以是任意的．研究和描述物體運動，只有在選定參考系后才能進行．如何選擇參考系，必須從具體情況來考慮．例如，一個星際火箭在岡0發(fā)射時，主要研究它相對于地面的運動，所以把地球選作參考系．但是，當火箭進入繞太陽運行的軌道時，為研究方便，便將太陽選作參考系．為研究物體在地面上的運動，選地球作參考系最方便，例如，觀察坐在飛機里的乘客，若以飛機為參考系來看，乘客是靜止的；若以地面為參考系來看，乘客是在運動．因此，選擇參考系是研究問題的關鍵之一．總結：(1)運動和靜止都是相對于參考系的．(2)參考系的選取是任意的．(3)選擇不同的參考系，觀察的結果可能不一樣，也可能一樣．(4)選擇參考系時，應使物體運動的描述盡可能簡單、方便．(5)比較兩個物體的運動情況，必須選擇同一參考系才有意義．三、坐標系※有時需要準確地描述某個物體所在的位置，如地理上用緯度和經度來確定某個地點在軍事、大地測量等領域常采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)來確定方位．要準確地描述物體的位置及位置變化需要建立坐標系．如果物體在一維空間運動，即沿一條直線運動，只需建立直線坐標系，就能準確表達物體的位置；如果物體在二維空間運動，即在同一平面運動，就需要建立平面直角坐標系來描述物體的位置；當物體在三維空間運動時，則需要建立三維直角坐標系來描述．[課堂探究]創(chuàng)設一個實例讓學生思考，可以結合本地實際選取相應的例子．參考示例：如圖1—1—1所示，一輛汽車從天安門沿長安街駛向西單、南菜園方向，思考汽車的位置隨時間怎樣變化?問題：1．如何選擇坐標軸和正方向?2．如何選擇坐標原點?3．如何確定坐標軸上的刻度值?※對質點的直線運動，一般選質點的運動軌跡為坐標軸，質點運動的方向為坐標軸的正方向，選取質點經過坐標軸原點的時刻為時間的起點．※畫坐標系時，必須標上原點、正方向和單位長度．[課堂訓練]一質點在x軸上運動，各個時刻的位置坐標如下表：(1)請在下面的x軸上標出質點在各時刻的位置．(2)哪個時刻離坐標原點最遠?有多遠?參考答案：（1)如圖標注：(2)在第4s末的位置坐標是一7m，說明這一時刻質點離開坐標原點的距離為7m，在[本節(jié)小結]::本節(jié)學習的參考系和質點的概念是運動學甚至整個力學的最基本、最重要的概念，并且還提供了重要的科學思維方法．了解參考系的概念，對于觀察、比較、研究物體的運動有實際的意義．同學們要明白，嚴格意義上的“有質量的點”實際上是不存在的，是一種理想化模型，是對實際物體的近似，是一種科學抽象．自然界中任何一種事物及其運動變化，都是比較復雜的，研究問題，要暫時撇開起作用很小的因素，抓住主要因素．如果在我們研究的問題中，物體的形狀、大小，以及物體上各部分運動的差異是次要的或不起作用的，就可以把它看成質點．作業(yè)：教材第13頁問題與練習板書設計:§運動的認識一、質點：用來代替物體的有質量的點．(1)質點是一種科學抽象，是一種理想化的模型．(2)質點是對實際物體的近似，這也是物理學中常用的一種重要的研究方法．(3)一個物體能否看成質點，取決于它的形狀和大小在所研究問題中是否可以忽略不計，而跟自身體積的大小、質量的多少和運動速度的大小無關．二、參考系：任何運動都是相對于某