高中物理 11 質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系教案A 新人教版必修1

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1.1質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系

教案A

備課資源

1．天球坐標(biāo)系

為確定天球上某一點(diǎn)的位置，在天球上建立球面坐標(biāo)系。有兩個(gè)基本要素：①基本平面。由天球上某一選定的大圓所確定。大圓稱為基圈，基圈的兩個(gè)幾何極之一作為球面坐標(biāo)系的極。②主點(diǎn)，又稱原點(diǎn)。由天球上某一選定的過坐標(biāo)系極點(diǎn)的大圓與基圈的交點(diǎn)所確定。

天球上一點(diǎn)在此天球坐標(biāo)系中的位置由兩個(gè)球面坐標(biāo)標(biāo)定：①第一坐標(biāo)或稱經(jīng)向坐標(biāo)。作過該點(diǎn)和坐標(biāo)系極點(diǎn)的大圓，稱副圈，從主點(diǎn)到副圈與基圈交點(diǎn)的弧長(zhǎng)為經(jīng)向坐標(biāo)。②其次坐標(biāo)或稱緯向坐標(biāo)。從基圈上起沿副圈到該點(diǎn)的大圓弧長(zhǎng)為緯向坐標(biāo)。天球上任何一點(diǎn)的位置都可以由這兩個(gè)坐標(biāo)唯一的確定。這樣的球面坐標(biāo)系是正交坐標(biāo)系。對(duì)于不同的基圈和主點(diǎn)，以及經(jīng)向坐標(biāo)所采用的不同量度方式，可以引出不同的天球坐標(biāo)系，常用的有地平坐標(biāo)系、赤道坐標(biāo)系、黃道坐標(biāo)系和銀道坐標(biāo)系等。

2．地心地固空間直角坐標(biāo)系

原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向格林尼治平均子午面與赤道的交點(diǎn)，Y軸垂直于XOZ平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。

3．地心地固大地坐標(biāo)系

地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球面與大地水準(zhǔn)面在全球范圍內(nèi)最正確符合，橢球短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合（過地球質(zhì)心并指向北極），大地緯度，大地經(jīng)度，大地高。如圖1-1-1所示。

地球北極是地心地固坐標(biāo)系的基準(zhǔn)指向點(diǎn)，地球北極的變動(dòng)將引起坐標(biāo)軸方向的變化。

教學(xué)目標(biāo)

一、知識(shí)與技能

1．了解建立質(zhì)點(diǎn)模型的物理意義并能根據(jù)具體狀況將物體簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)，知道質(zhì)點(diǎn)是一種物理問題的科學(xué)抽象，并知道科學(xué)抽象是一種普遍的研究方法。

2．理解參考系的選取在物理中的作用，會(huì)根據(jù)實(shí)際狀況選定參考系。3．認(rèn)識(shí)一維直線坐標(biāo)系，把握坐標(biāo)系的簡(jiǎn)單應(yīng)用。二、過程與方法

1．體會(huì)物理模型在摸索自然規(guī)律中的重要作用，初步了解進(jìn)行合理科學(xué)抽象、建立理想化模型的方法。

2.通過參考系的學(xué)習(xí)，知道從不同角度研究運(yùn)動(dòng)問題可能帶來的不同結(jié)果。3.用坐標(biāo)系描述物體位置，并體會(huì)用坐標(biāo)系描述物體位置的優(yōu)越性。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀

1．認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)是宇宙中的普遍現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性，培養(yǎng)學(xué)生了解自然、摸索自然的精神。

2．培養(yǎng)學(xué)生在認(rèn)識(shí)問題時(shí)抓住主要因素，忽略次要因素的哲學(xué)思想。3．培養(yǎng)學(xué)生在認(rèn)識(shí)問題時(shí)具體分析的辯證唯物主義思想。教學(xué)重點(diǎn)

1．理解質(zhì)點(diǎn)的概念及物體看作質(zhì)點(diǎn)的條件。2．從參考系中明確地抽象出了坐標(biāo)系的概念。教學(xué)難點(diǎn)

理解質(zhì)點(diǎn)的概念。教學(xué)方法

展示、講解、探討。教學(xué)準(zhǔn)備

多媒體等。教學(xué)過程

一、導(dǎo)入新課

教師活動(dòng)：從生活實(shí)例引入（多媒體視頻展示），并進(jìn)行講解。如：①雄鷹在高空飛行→雄鷹相對(duì)天空的位置改變

②汽車在馬路上前進(jìn)→汽車對(duì)馬路位置改變③小船奔向遠(yuǎn)方→小船對(duì)河岸位置改變

……

板書：一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體相對(duì)位置變化運(yùn)動(dòng)稱之為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

過渡導(dǎo)入：怎樣描述機(jī)械運(yùn)動(dòng)，即怎樣描述物體上各點(diǎn)的位置及其隨時(shí)間的變化呢？

二、進(jìn)行新課（一）物體和質(zhì)點(diǎn)

教師導(dǎo)出問題：研究物體的運(yùn)動(dòng)，第一步是要確定物體的位置。物體都具有大小和形狀，在運(yùn)動(dòng)中物體的各點(diǎn)的位置變化一般說來是不同的，所以要詳細(xì)描述物體的位置及其變化，并不是一件簡(jiǎn)單的事情。

教師活動(dòng)：一邊進(jìn)行多媒體視頻展示，一邊提出問題：

1.在天空中撲打著翅膀飛行的雄鷹，它的翅膀在向前運(yùn)動(dòng)時(shí)還在上下運(yùn)動(dòng)，怎樣確鑿描述雄鷹的運(yùn)動(dòng)呢？

2.足球在向前運(yùn)動(dòng)時(shí)還在滾動(dòng)，怎樣描述足球的運(yùn)動(dòng)呢？引導(dǎo)學(xué)生思考：造成這種困難的原因是什么？

師生共同分析：是由于任何物體都有一定的大小形狀。

引導(dǎo)學(xué)生思考：我們?cè)谔幚磉@些問題時(shí)，假使不考慮物體各部分的差異，把物體簡(jiǎn)化成為沒有大小、形狀的點(diǎn)，或者說用一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)來代替物體，就可以很簡(jiǎn)單地描述物體的運(yùn)動(dòng)了。

教師講解：為了使物體的位置有一個(gè)確鑿的概念，使物體的繁雜運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，我們引入了質(zhì)點(diǎn)的概念。

板書：（1）質(zhì)點(diǎn)的定義：用來代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)叫作質(zhì)點(diǎn)。即忽略形狀、大小、體積而具有質(zhì)量的一個(gè)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)具有物體的全部質(zhì)量。

板書：（2）質(zhì)點(diǎn)是人們?yōu)榱耸箤?shí)際問題簡(jiǎn)化而引入的理想化模型。引入理想化模型，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，盡可能把繁雜問題簡(jiǎn)單化，是物理學(xué)上經(jīng)常用到的一種研究問題的方法——科學(xué)抽象。

物理學(xué)對(duì)實(shí)際問題的簡(jiǎn)化，必需從實(shí)際出發(fā)，忽略不考慮的只能是與當(dāng)前考察問題無關(guān)的因素，或?qū)Ξ?dāng)前考察問題影響很小的次要因素。

板書：（3）關(guān)于質(zhì)點(diǎn)簡(jiǎn)化的條件性。

師生共同分析：一個(gè)物體能否抽象成質(zhì)點(diǎn)，并不是取決于物體的形狀和體積大小，這要看具體狀況而定。

板書：①平動(dòng)的物體一般可以看作質(zhì)點(diǎn)。

做平動(dòng)的物體，由于物體上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀況一致，可以用一個(gè)點(diǎn)代表整個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，在這種狀況下，物體的大小、形狀就無關(guān)緊要了，可以把整個(gè)物體當(dāng)質(zhì)點(diǎn)。

例如：平直馬路上行駛的汽車，車身上各部分的運(yùn)動(dòng)狀況一致，當(dāng)我們把汽車作為一個(gè)整體來研究它的運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，就可以把汽車當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)。當(dāng)然，假使我們需要研究汽車輪胎的運(yùn)動(dòng)，由于輪胎上各部分運(yùn)動(dòng)狀況不一致，那就不能把它看作質(zhì)點(diǎn)了。

教師提問：一列火車從北京開到上海，研究火車的運(yùn)行的時(shí)間，可將火車看成質(zhì)點(diǎn)嗎？為什么？

學(xué)生回復(fù)：可以，由于北京到上海的路程比火車的長(zhǎng)度大多了，研究火車運(yùn)行的時(shí)間時(shí)，火車的車長(zhǎng)對(duì)所研究的問題——時(shí)間幾乎沒有影響。

教師提問：火車過橋時(shí)，計(jì)算火車過橋的時(shí)間，可以將火車看成質(zhì)點(diǎn)嗎？為什么？學(xué)生回復(fù)：不可以，由于橋的長(zhǎng)度與火車的長(zhǎng)度差不多，研究火車運(yùn)行的時(shí)間時(shí)，火車的車長(zhǎng)對(duì)所研究的問題——時(shí)間影響很大。

教師總結(jié)：很好，同一物體在不可憐況下有時(shí)可看作質(zhì)點(diǎn)，有時(shí)不可以看作質(zhì)點(diǎn)，關(guān)鍵是物體的大小、體積對(duì)所研究問題是否可以忽略不計(jì)，或者不起主要作用。

板書：②有轉(zhuǎn)動(dòng)但轉(zhuǎn)動(dòng)為次要因素。

例如：研究地球公轉(zhuǎn)時(shí)，可把地球看作質(zhì)點(diǎn)；研究地球自轉(zhuǎn)時(shí)，不能把地球看作質(zhì)點(diǎn)。

板書：③物體的形狀、大小可忽略。

再如：乒乓球旋轉(zhuǎn)對(duì)球的運(yùn)動(dòng)有較大的影響，運(yùn)動(dòng)員在發(fā)球、擊球時(shí)都要考慮，就不能把乒乓球簡(jiǎn)單看作質(zhì)點(diǎn)。（二）參考系

教師導(dǎo)出問題：請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)想一下，小明和一位同伴正坐在一列火車上向西行駛，鐵路邊的人看到火車中的乘客是什么情景，而同伴認(rèn)為小明是怎樣的？

地面上的人觀