《質(zhì)點參考系和坐標系》-吳煉終

第一章運動的描述第一節(jié)質(zhì)點參考系和坐標系【教學(xué)目標】1．理解質(zhì)點的概念．知道它是一種科學(xué)抽象，知道物體在什么情況下可以看作質(zhì)點，知道這種科學(xué)抽象是一種普遍的研究方法。2．知道參考系的概念．知道對同一物體選擇不同的參考系時，觀察的結(jié)果可能不同，通常選擇參考系時，要考慮研究問題的方便。3．學(xué)會在參考系上建立坐標系來定量確定物體位置以及位置的變化?！局攸c難點】重點：對質(zhì)點概念的理解，物體可以看作質(zhì)點的條件；研究實際問題時，如何選取參考系。難點：什么情況下可以將物體看作質(zhì)點?！救S目標】知識與技能1.知道質(zhì)點的概念及條件2.知道參考系的概念及作用3.掌握坐標系的簡單應(yīng)用過程與方法1.體驗質(zhì)點的條件及意義,初步掌握“科學(xué)抽象”這種研究方法。2.體會用坐標方法描述物體位置的優(yōu)越性，可用不同的方法設(shè)計實驗并體會比較。增強學(xué)生問題并力求解決問題的意識和能力。情感態(tài)度與價值觀1.認識運動是宇宙中的普遍現(xiàn)象，運動和靜止的相對性，培養(yǎng)學(xué)生熱愛自然，關(guān)心科技發(fā)展，勇于探索的精神。2.通過分析不同參考系中的運動現(xiàn)象不同，幫助學(xué)生建立辯證唯物主義的世界觀?！窘虒W(xué)過程】從今兒開始，咱開始講運動，有同學(xué)就說，老師運動咱初中不是學(xué)過嗎，是，初中那會咱學(xué)的是最簡單的運動，是什么？——勻速直線運動。但我們生活中常見的勻速直線運動多嗎，不多，來，我們看看周圍都有哪些運動，汽車行駛、江水咆哮、鳥兒飛翔、飛船運行等等，這些都不是簡單的勻速直線運動，他們更多的是轉(zhuǎn)動、變速直線運動或者曲線運動，以及這些運動的結(jié)合，為了更好得弄明白這些物體是怎么運動的，我們才要對運動進行更深一步的學(xué)習(xí)……咱們先看一個概念，機械運動，什么是機械運動，在書本上找到，做好記號，默記一邊。物體的空間位置隨時間的變化，稱為機械運動，簡稱運動。在物理學(xué)中，研究物體做機械運動規(guī)律的分支叫做力學(xué)。希臘哲學(xué)家亞里士多德說過：“不了解運動，就不了解自然?！比绻迅咧形锢肀扔鞒煞孔樱\動這一塊就是房子的基角。為了描述物體的運動，我們首先要來學(xué)習(xí)幾個相關(guān)的概念。（板書課題：質(zhì)點參考系和坐標系）（一）物體和質(zhì)點“質(zhì)點”的引入：第一個，質(zhì)點（一、質(zhì)點）列舉幾個做事不能一心幾用的故事作為質(zhì)點的引入師：首先咱們講質(zhì)點這個概念，在講這個概念之前給大家先講個故事，講個故事，是吧，就說一個動物看到蜈蚣，蜈蚣知道吧，就是有很多腳丫子的，在地上呼呼爬的那個，它對蜈蚣說，你看，你有那么多腳，可你走起來卻那么流暢，這么順溜，是吧，還很協(xié)調(diào)，看來你很會走路，想跟你學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)，你能不能告訴我，當你啟動的時候，你第一個腳丫子是在空中呢，還是在地面呀，第二個腳丫子是在空中啊，還是地面，這時候第3個、第4個、5個、6個、7個，這個到你100個腳丫子都說清楚，啊，跟你學(xué)習(xí)，蜈蚣一想啊，我平時關(guān)顧著走了，哪琢磨這事，這樣吧，走兩步，走兩步看看，啊，邊走邊說，結(jié)果這一啟動，趴在地上不會走了。哎，你必修得琢磨這個事兒，這個事兒說明一個什么問題，說明如果同時面對多個問題的時候，腦子容易亂啊，是吧。不光這個寓言能說明這個問題，我們?nèi)俗鳛閯游锏囊环N，他也有這個生理缺陷，就是不可以同時面對多個問題。國家曾經(jīng)有一次心理學(xué)測試，測試什么呢，讓一群司機開車通過道路困難程度很一般的車道，第一次，那就是你把車開到對面就算任務(wù)完成，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)所有的司機都完成得很好，還沒完，第二次，是邊開車邊打電話，結(jié)果就發(fā)現(xiàn)，有許多車開著開著就不穩(wěn)當了，開始晃了，然后到了第三次，這次呢，邊開車邊做數(shù)學(xué)題，結(jié)果是又有好幾個開到溝里去了，是吧，還有好些司機緊張的不行干脆把車停下來，先做數(shù)學(xué)，做完再說吧。這個測驗就說明，這個人啊，也是不喜歡同時面對多個問題的。你面對多個問題，也許哪個都做不好，這好理解吧但是科學(xué)家在研究物體位置變化的時候，不得不同時面對多個問題，你想想，他好歹是個東西是不是有一定形狀，是不是有一定大小，咱不說別的，就說在操場上踢得足球，踢一腳，它就呼呼的跑，研究這個足球的運動，你覺得很簡單，科學(xué)家就認為很復(fù)雜，為什么呢，足球由20個6邊形12個五邊形組成，你一腳踢過去，他在空中向前運動的同時，還在高速旋轉(zhuǎn)，所以你研究足球運動時是不是得把這些多邊形的各個部分的運動都研究清楚才算真正意義上弄清楚足球的運動啊。這個研究起來哪年是個頭啊，這時就需要采用一種方法，將復(fù)雜的問題簡單話。師：如何將復(fù)雜的問題簡單化？我們來看下面兩個例子，例：飛機以某速度從南京飛向北京，研究火車在城市之間運行。對于第一個例子，研究飛機從南京飛向北京，我們是否要考慮飛機本身的大?。可翰灰?，因為相對于兩地的距離來說，飛機的本身大小可以忽略師：對于第二個例子，研究火車在城市之間運行時，我們是否要考慮火車車輪的轉(zhuǎn)動嗎？生：不要，因為我們研究列車在城市間的運動時，把列車看成一個整體，認為列車各部分的運動情況相同。所以呢，我們在平時生活中就已經(jīng)很自然的忽略某些次要因素，只關(guān)心主要的方面，將物體看成一個整體，不過分追求完美?？茖W(xué)家從這里受到啟發(fā)了，我研究問題時難道就不能把物體看成一個整個的嗎，我如果當成整個的，問題研究起來不就簡單了，我就沒必要沒一個部分都去研究了，科學(xué)家感到很高興，但是，還有的科學(xué)家更絕了，哎，當成一個整個的我還感覺不過癮，我干脆當成一個點，而且這個點，是怎么樣的，只有質(zhì)量，沒有大小，（板書：1.只有質(zhì)量，沒有大小）這不更簡單了嘛，這就是質(zhì)點的來源，為了讓問題變得簡單一些，把這個物體簡化成一個沒有個頭的，形狀全不管了，沒有大小，但是你不能沒有質(zhì)量這個質(zhì)量你還得保留。這，是一個很重要的物理量，但我們要知道，實際中存不存在這樣一個點??？生：不存在師：質(zhì)點是一種理想化的“物理模型”，其原理是忽略次要因素：如形狀、大小等，突出主要方面：具有質(zhì)量（本質(zhì)屬性），關(guān)鍵就是要我們分析問題時弄清矛盾的主次。它是有實際意義的，能讓問題變簡單，能明白這一點嗎？生：能師：所以我說，科學(xué)家還是厲害，咱們說瞧不起一個人，可以把人看遍，人家科學(xué)家呢，直接把人看沒。這個概念你學(xué)到現(xiàn)在算學(xué)了半截，你說老師我知道質(zhì)點來源還不行啊，不行，你學(xué)了質(zhì)點后是不是把所有物體都看出只有質(zhì)量沒有大小的點兒??？生：不能師：這就牽扯到質(zhì)點這個概念在使用過程中有一定的原則（板書：2、原則），換句話說什么時候能把物體當成一個點？什么時候又不能把物體當成一個點？有沒有一個判斷的標準??？啊呀，這個物體很大，我就不能當成質(zhì)點，這個物體很小，我就可以，是不是這樣就可以？我們局一個例子。研究我們腳底下的地球，研究地球繞太陽運行的軌跡，此時，能將地球看成質(zhì)點嗎？生：能師：這個時候還是能的，你給別人描述地球繞太陽運行近似一個圓周，是不是，別人一聽就明白了，你研究起來也顯得很簡答，這時候，你就沒必要去考慮地球上的東西如何如何，明白嗎。還沒完，接下來我們討論第二個問題，同樣對象是地球，研究地球上的人口分布，還能不能把地球當成一個點？生：不能師：此時不能再把地球看成一個點了，要是把地球當成沒大小的點了，你說，咱這幾十億人往哪落腳啊。兩個例子說完之后，你要思考一件事兒，哎，同樣是地球，怎么在這個問題里能當點，在另外一個問題里就不當點來對待?？磥硪粋€物體能否看作質(zhì)點要看誰的臉色??？課本第十頁，把第三段第一行劃下來，這是學(xué)質(zhì)點一個至關(guān)重要的地方，那就是一個物體能否看作質(zhì)點取決于所研究問題的性質(zhì)（板書：原則：問題的性質(zhì)）老師進一步對其做了解釋：物體的大小和形狀在研究問題時可以忽略不計可以將物體看成質(zhì)點，反之，如果物體本身的大小對所研究的問題不能忽略時就不易把物體看成質(zhì)點。學(xué)到這里，基本上才算把質(zhì)點學(xué)完。下面我們來坐一組典型例題，檢驗下大家對質(zhì)點的掌握情況1、在下列物體的運動中，可視作質(zhì)點的物體有()A.

從北京開往廣州的一列火車B.

研究轉(zhuǎn)動的汽車輪胎C.

研究繞地球運動時的航天飛機D.

表演精彩芭蕾舞演員E.參加一百米跑競賽的運動員在沖刺過程中F.在斜下推力的作用下，沿水平面滑動的箱子G.計算子彈從槍口到靶心的飛行時間H.測量子彈船過一張薄紙的時間。注意：⑴物體能否看作質(zhì)點不是看物體的大小，而是要根據(jù)具體的問題來確定。（學(xué)生舉例）⑵“質(zhì)點”不是幾何中的點。（二）參考系“參考系”的引入：師：看這幅圖，聯(lián)系下我們生活平時坐車，發(fā)現(xiàn)路邊的房屋、樹木是向哪個方向運動的？生：后面師：我們就感覺好快一棵樹，但當我們停下車走到跟前一看，好大一棵樹，發(fā)現(xiàn)樹沒動。為什么人們的看法會存在這樣的差異呢？我們站在地面上發(fā)現(xiàn)房屋、樹木是靜止的，這是以什么為參照物？地面。咱們作為乘客在車上發(fā)現(xiàn)房屋、樹木相對于自己后退，這是以什么為參照物？汽車。咱們得想啊，上述事例說明一個什么問題？——運動具有相對性。所以，要描述一個物體的運動首先必須選定某個其他物體做參考，我們稱這個物體為參考系（“參考系”是“參照物”的科學(xué)名稱）。（板書：二、參考系）（板書1．定義：為了描述一個物體的運動而選定的用來作為參考的物體。）2．參考系的選擇1.參考系的選擇理論上是任意的，但在實際問題中，應(yīng)以研究問題方便為原則，常取地面為參考系。2.對于同一物體，選取的參考系不同，物體的運動情況也可能不同。（P12圖）師：如圖所示，飛機以恒定的速度從左向右作勻速直線運動，某一時刻，飛機上的跳傘運動員從飛機上跳下，在他下落的過程中，有兩個人觀察他得運動情況，一個就是飛機上的駕駛員，另一是站在地面上的你。請問駕駛員和地面上的你看到的跳傘運動員是怎樣運動的？大家相互討論下，并說說你得判斷理由。這里要特別提醒大家注意：由于運動具有相對性，比較兩個物體的運動情況，必須選擇同一個參考系才有意義。過渡：我們在選定了參考系以后，就可以來描述物體的運動情況。如何更準確地來描述物體的位置及位置變化呢？比如說你正沿著筆直的水泥路從學(xué)校大門向運動場走去，如果問你的準確位置，你可以怎樣描述呢？……文字描述方便嗎？能精確嗎？有沒有簡便又準確的方法？法國著名數(shù)學(xué)家笛卡爾就想到了建立坐標系，笛卡爾被稱為解析幾何之父，坐標系建立實際上是人為選定的，怎么建立分析問題簡單就怎么建立，它是由1-3條有共同原點的帶箭頭的射線組成的。下面我們逐個來講。如果物體在一直線上運動（即在一維空間運動），則需建立直線坐標系，（例如汽車在平直的公路上行駛）；〖畫圖說明〗如果物體在一平面內(nèi)運動（即在二維空間運動），則需建立平面直角坐標系，（例如跳傘運動員從飛機上跳下的運動）；如果物體在