质点参考系和坐标系一、本节课的设计思想：教师不应是传授知识的主宰者而应是和学生共同探讨学习的合作者；教师在教学中要利用学生的认知规律为学生构建知识框架和知识体系；本节教学方法的基本特点：本节课中建立模型的方法是科学研究的基本方法，要加大力度让学生理解；参考系的建立是进行科学研究所需的严谨的科学方法，要让学生有深刻理解。本节的地位：机械运动、参考系、质点、时间、空间等基本概念的是本单元及学习以后内容的基础，也是整个力学的基础，质点模型的建立对学习和理解科学方法有进一步引领作用。本节采用的主要教学方式：讨论、启发式教学中的关键环节的处理：参考系、质点等重点和难点内容通过录像、照片、学生实际感受等进行铺垫，再通过思考、讨论、探究等加深理解和应用，增加了平动和转动的概念，增加了一个小资料。二、教学与学习目标：1、知识与技能：(1)知道什么是参考系．知道要描述物体的运动需要选定参考系．知道运动和静止的相对性．(2)理解质点是用来代替实际物体的有质量的点，是一种理想化的物理模型，领悟建立质点模型的过程，并会在具体问题中确定是否可以将物体看作质点的具体应用。(3)能够建立空间和时间的坐标系。2、过程与方法：以教师提出的问题为主线展开教学，通过探讨引发学生思考。3、情感、态度与价值观：通过问题的探讨使学生自然地进入到物理的探究学习中，使学生体会物理学的研究就在身边，克服畏难情绪，激发学生学习物理的兴趣和积极性，培养学生的科学素养。三、教学与学习重点：对机械运动、参考系、质点、时间、空间等基本概念的理解，初步培养学生的探究能力。四、教学与学习难点：对参考系的选择和理解，对于质点模型建立的理解，并会在具体问题中确定是否可以将物体看作质点的具体应用。五、学习方法：
观察周围物体的运动状况，试着选定不同的参考系对物体的运动状况进行描述和分析。把物理概念与实际生活中的实例相互联系。同时试将质点模型运用到实际生活中，看看描述那些运动时可以把物体当作质点研究，哪些不能当作质点研究。主要教学过程：参考系的教学：录像或动画或照片：学生上学时的情景(坐公共汽车、私家车、骑车、走路等)太阳的升起和落下、飞机、火车、柳枝、小老鼠等物的运动。问题1：请你观察这些物体有哪些共同的特点？初中时我们学过这种运动吗？师生共同回忆和复习：在初中我们讲的机械运动的含义什么？录像或动画或照片：姚明在篮球场上奔跑到对方篮框下投篮及定点投篮。问题2：姚明是一直在运动吗？为什么说他是运动或静止的？你的结论中运动或静止是绝对的吗？学生活动：观察姚明的运动录像，思考、讨论问题，得出机械运动是指一个物体相对于别的物体的位置的改变，从而引入参考系。教师给出明确定义：要描述一个物体的运动，首先选定某个其他物体做参考，观察物体相对于这个“参考物体”的位置是否变化，以及怎样变化。这种用来做参考标准的物体叫做参照物，也称为参考系(referenceframe)。此探究视学校具体情况展开探究：我们居住的地球是运动的还是静止的？你怎样说明或证明你的结论？(此探究活动可在课前布置，再在课上进行交流。)学生活动：可以通过查阅八大行星的运动情况资料或其它资料说明之；可以通过洗手盆、地漏等水流逆时针旋转现象证明之，提出若地球是绝对静止的会出现什么情景，实际的现象说明了什么问题？或可以自己设计的小实验证明之。进一步拓展：我们不仅能通过观察一些现象得到地球自转或公转的结论，我们还可以利用地球的自转为我们人类服务呢？发射卫星时我们利用地球自转可以节约能量；在各式各样的运动会上稍留意观察，我们就会发现：在田径和速度滑冰200米以上径赛项目中，运动员总是沿着环形跑道的逆时针方向运动，因为沿逆时针方向跑动比较省力，所以在北半球，运动员沿逆时针方向跑动便于提高比赛成绩。在南半球，运动员是不是应该沿顺时针方向跑动才更好些。由此联想到在1921年“国际田联”成立的时候，所规定的沿“逆时针方向”运动，在北半球对运动员是适宜的，是符合自然规律的，但在南半球，尚有待于做进一步的探讨。教师说明：
自然界中的万事万物无论是宏观的还是微观的都在不停地运动着，运动是自然现象中最普遍的一种现象，强调运动是绝对的，对运动的描述是相对的，同时说明为了研究问题的方便，我们一般以地球为参考系研究物体的运动情况。我们选取参考系的原则是在描述物体运动时选择一个便于描述的参考系，使对它的描述最简单即可。学生活动：请你思考并举出一些实例说明选取不同的参考系时，所得的结论可能是不同的。如正在行驶的汽车中的乘客；在夜晚，我们看到月亮从云中穿过；从匀速飞行的飞机上向地面空投物资等。强调在研究机械运动时，一定要事先选择参考系，而且要注意，同一个物体的运动，由于参考系的选取不同，所观察的结果就可能不同。小资料：天文观测表明，几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大，也就是说，宇宙在膨胀。当然，这个结论我们是在以地球为参考系得出的。若以其他星体为参考系，就会发现我们地球也在背离这些星体运动。质点的教学：播放录像：姚明在比赛中运球投篮的动作和教练指导运动员战略战术的画面，提问学生，你观察到了什么？(观众关注的是姚明运球投篮时肢体的优美动作及细节，但在教练的指挥板上，运动员们都用点来代替运动员的，提示学生不同的观察者，不同的观察角度，人可以看成整体，也可以看成一个点)。(根据学生的喜好，还可以列举众多的例子)问题3：我们观察姚明的运动情况，能否将姚明身体各个部位的位置及其变化情况都描述清楚呢？质点的教学：播放录像：姚明在比赛中运球投篮的动作和教练指导运动员战略战术的画面，提问学生，你观察到了什么？(观众关注的是姚明运球投篮时肢体的优美动作及细节，但在教练的指挥板上，运动员们都用点来代替运动员的，提示学生不同的观察者，不同的观察角度，人可以看成整体，也可以看成一个点)。(根据学生的喜好，还可以列举众多的例子)学生讨论：姚明跑步时整体有移动，胳膊、腿有转动，脑袋、眼睛都有不同的运动，有些点的运动情况相同，且运动情况简单，有些点的运动状况复杂。教师说明：我们在研究物体的具体运动情况时，物体上每一点的运动情况往往是不完全相同的，有时甚至每一点的运动都不相同，运动情况也很复杂，所以当我们要想详细地描述物体的位置及其变化时，就会遇到很多的困难。为了研究问题的方便，在物理学的研究中我们常常需要对实际问题进行简化，这也叫科学抽象，这样使我们在研究问题时能从简单的基本问题入手。
问题4:我们能不能简化对姚明的运动情况的研究呢？怎样描述他的运动情况呢？启发探讨：在描述姚明从一个位置运动到另一个位置变化情况时我们可以以姚明身体上的任一点为标志，量出这一点从出发点到终止点运动的距离就是姚明运动的距离。通过测量这个距离和时间我们可以近似知道他运动的快慢。教师说明：从这个我们常用的测量方法可以看出，因为姚明身体的各部分运动情况完全相同，所以我们在研究他的运动情况时就可以忽略他的大小和形状，忽略他的摆臂、摇头、转眼珠等其他部位的运动，把他当作一个有质量的点进行研究，这样做就使我们研究问题简化。用一个有质量的点来代替整个物体，也就是把物体看成一个质点来进行研究是我们今后常用的一种方法。用来代替有质量的点叫做质点。质点是我们引入的第一个理想化的模型，以后我们经常用这种方法研究物理问题。问题5：你认为在什么情况下我们就不能把姚明当作质点来进行研究呢？学生讨论：如若研究他的手臂摆动、他的脑袋的转动、眼珠的转动等。进一步拓展：请学生观察在研究下列运动时能否把物体看成质点进行研究。动画：小孩从滑梯上滑下、抽屉从桌内拉出、钢球从高空中落下、用板擦擦黑板、用布擦玻璃、飞机飞行时机身的运动等。开门时门的运动、走路时胳膊的运动、抛出去的手榴弹的旋转、飞机飞行时螺旋桨的旋转、地球的自传、原子内部电子绕原子核的旋转、足球的滚动等。提出平动和转动的概念。教师说明：因为质点是没有形状、大小而具有物体的全部质量的一个点，所以能够看成质点的物体是有条件的。一般情况下，如果在我们研究的问题中，物体的形状、大小、各部分的差异是不起作用的或是次要的因素，就可以把物体看成一个质点。有两种情况：1)物体各部分运动情况相同，即物体作平动；2)物体有转动，但因转动引起的物体各部分运动的差异，对我们研究的问题不起主要作用。如研究地球公转时可以把地球看成质点；研究地球上昼夜交替时要考虑地球自转，不能把地球看成质点。教师给出明确定义：质点(masspoint)：如果物体的大小和形状在所研究的问题中可以忽略不计，则把它简化为一个有质量的点，称为质点。学生讨论：请你用实例说明如果我们用质点来表示物体时，我们在运动方面应忽略些什么？动画：
当把地球看成质点时，我们忽略了地球的自传；当把行走的人看成质点时，我们忽略了人走路时双臂的摆动；当把抛出的手榴弹看成质点时，我们忽略了手榴弹在空中的旋转；当把原子看成质点时，我们忽略了原子内自由电子绕原子核的高速旋转；当把行驶的汽车看成质点时，我们忽略了汽车轮胎的转动。教师说明：我们所说的质点概念的准确内容是：没有形状、大小，而具有物体全部质量的点。而严格意义上的有质量的点实际是不存在的，它是一种科学抽象，是对实际物体的近似，是一个理想化的模型。科学抽象是指抓主要矛盾，忽略次要因素，要对具体问题具体分析，这种研究方法在我们今后的研究中还常常出现。三、空间和时间的教学：问题6、当你从家到学校时，你怎样描述你的位置的变化呢？从空间或时间上描述：空间所走的每一个位置连成的路径，可以用二维坐标进行描述，或在空间的物体可以用三维坐标进行描述；时间上可以用几点时你走到了那里和多长时间到校的等等来进行描述。学生讨论：以上对时间描述的说法中有什么不同？教师说明：其实在这些对时间的说法中，不自觉地包含了两个概念：时间间隔和时刻。以后我们不经常用“时间间隔”，而直接用“时间”这个词。如我们说上午8时开始上课，到8时45分下课，这里的“8时”和“8时45分”时这节课开始和结束的时刻；而这两个时刻之间的相隔45分，这个”45分“则是两个时刻之间的时间间隔。进一步拓展：我国运动员王军霞在1996年第26届奥运会上创造了女子5000米的奥运会纪录14分59.88秒，并获得冠军。你认为这个成绩的数据是时间还是时刻？还有火车站服务处都有《旅客列车时刻表》出售，它为什么不叫做《时间表》呢？
教师给出明确定义：时刻：指的是某一瞬时。在时间轴上用一个点来表示．对应的是位置、速度、动量、动能等状态量．时间：是指物体在摸出存在或变动过程的长短。两时刻间的间隔、在时间轴上用一段长度来表示．对应的是位移、路程、冲量、功等过程量．教师说明：注意时刻和时间的区别，在课本和资料中常见到一些关于时间和时刻的表述，对这些表述要能正确理解，如：第4s末、4s时(即第4s末)、第5s初(也为第4s末)等均为时刻。4s内(0s至第4s末)、第4s(第3s末至4s末)、第2s至第4s内(第2s末至4s末)等均为时间．时间和时刻均可以在一维坐标轴上描述出来。问题8：你知道有哪些测量时间的工具？除了学生提出的测量工具外，教师提出实验室中常用的计时仪器——打点计时器。四、课后小结：1)通过这节课的学习，你有哪些体会和收获呢？教师点评：这一节我们把实际物体抽象化为质点，这种方法是我们物理学研究中常用的一种建立理想化模型的方法，它主要是对实际物体进行一种近似，抓住问题中物体的主要特征，以简化对物体的研究，所以研究质点模型有两方面意义：在物体形状、大小不起主要作用时把物体看成一个质点；在物体形状、大小起主要作用时，把物体看成由无数多个质点所组成。研究质点的运动，是研究实际物体运动的近似和基础。今后，我们用这种思想建立模型的方法还要常常用到，希望你能深刻体会这种科学的研究问题的方法。2)做一做：第2页图1—1—1(c)所示的实验，说说你对这个实验的理解……练习与评价：请举出几个在研究物体运动时由于参照系的选取的不同，使得结论不同的实例。请举出几个在研究具体问题时可以当作质点和不可以当作质点进行研究的实例。3、请举出几个日常生活中常说的时间和时刻。
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