《1．1质点参考系和坐标系》教学设计【教学目标】 （1）理解质点的概念； （2）知道参考系的概念及与运动的关系； （3）能正确的分析和建立参考系。【教学重点】 质点的概念、参考系的选取、坐标系的建立。【教学难点】 实际物体可以看作质点的条件。【教学过程】 第一节 质点参考系坐标系 引入：在我们周围，到处可以看到物体在运动：汽车在公路上飞驰，江水在咆哮着奔向远方，鸟儿在飞翔，树叶在摇动。。。就连我们脚下的地球，也在不停地自转、公转。我们把物体的空间位置随时间的变化，叫机械运动，它是自然界中最简单、最基本的运动形态。1、机械运动：物体的空间位置随时间的变化，叫做机械运动，简称运动。过渡：说到机械运动，怎样描述呢？诗人如何描述？画家如何描述？科学家又如何描述呢？如雄鹰拍打着翅膀在空中飞翔，雄鹰的身体在向前运动，但它的翅膀同时还在上下运动。又如：足球在操场上飞滚，足球在向前运动的同时还在滚动。这些司空见惯的现象，谁能准确的描述其上各点的位置随时间的变化呢？要准确描述物体的运动，可见不是一件容易的事。问题出在哪里？任何物体都有一定的大小和形状，物体的各部分的运动情况一般说来并不一样。怎么办呢？要是物体可以看着一个没有大小和形状的点行吗？ 2、质点：用来代替物体的有质量的点。过渡：什么情况下能把物体看着质点呢？如：地球在绕太阳公转，同时在自转，什么情况下能看成质点呢？研究地球公转时，由于日地间距离远大于地球大小，由地球大小引起的各部分运动差异可以忽略不计，可忽略地球的大小和形状，可把地球看成质点。研究地球自转时，就不能忽略各部分运动差异，也就不能忽略地球的大小和形状，就不能把地球看成质点。
如：火车在铁轨上行驶，他的发动机、传动机构及车轮的运动很复杂，能否看成质点呢？研究火车整体的运动时可认为列车上各点的运动情况完全相同，可以用一个点来表示列车这个庞然大物的运动，可把列车看成质点。研究车轮的转动时就不能把列车看成质点。（1）物体可以看成质点的条件：如果在研究的问题中，物体的形状、大小及物体上各部分运动的差异是次要或不起作用的因素，就可以把物体看做一个质点。另一种情况是：虽然物体的大小和形状不能忽略，但其上任一点的运动可代替整个物体的运动，可把物体看成质点。（2）质点的特点:第一、质点没有大小，没有体积，因而质点是不可能转动的。任何转动的物体在研究其自转时都不可简化为质点。 第二、质点是具有质量的，它的质量就是它所代替的物体的质量。 第三、质点不一定是很小的物体，很大的物体也可简化为质点。同一个物体有时可以看作质点，有时又不能看作质点，要具体问题具体分析。 （3）突出主要因素，忽略次要因素，将实际问题简化为物理模型，是研究物理学问题的基本思维方法之一，这种思维方法叫理想化方法。质点就是利用这种思维方法建立的一个理想化物理模型。问题与讨论 （1）能否把物体看作质点，与物体的大小、形状有关吗？（无关） （2）研究一辆汽车在平直公路上的运动，能否把汽车看作质点？（可以）要研究这辆汽车车轮的转动情况，能否把汽车看作质点？（不能） （3）原子核很小，可以把原子核看作质点吗？（作为整体研究时才可以） 例1下列情况中的物体，哪些可以看成质点（ACD） A．研究绕地球飞行时的航天飞机 B．研究汽车后轮上一点的运动情况的车轮 C．研究从北京开往上海的一列火车 D．研究在水平推力作用下沿水平地面运动的木箱 课堂训练： （1）下述情况中的物体，可视为质点的是（ACD） A．研究小孩沿滑梯下滑 B．研究地球自转运动的规律 C．研究手榴弹被抛出后的运动轨迹 D．研究人造地球卫星绕地球做圆周运动 （2）下列各种情况中，可以把研究对象看作质点的是（CD）
A．研究小木块的翻倒过程 B．研究从桥上通过的一列队伍 C．研究在水平推力作用下沿水平面运动的木箱 D．汽车后轮，在研究牵引力来源的时 3、参考系 过渡：说到运动，如何理解运动与静止呢？我们看到的房屋、树木是静止的，真的静止吗？地球以外的人看到的情况如何呢？如何理解运动和静止呢？（1）运动的绝对性和静止的相对性：宇宙中的一切物体都在不停地运动，无论是巨大的天体，还是微小的原子、分子，都处在永恒的运动之中。运动是绝对的，静止是相对的。过渡：你坐在火车里，你认为自己是静止的，而铁道边的人认为你是运动的如何描述一个物体的运动呢？（2）参考系：在描述一个物体的运动时，必须选择另外的一个物体作为标准，这个被选来作为标准的物体叫做参考系。一个物体一旦被选做参考系就必须认为它是静止的。 例：人坐在运动的火车中，以窗外树木为参考系，人是运动的。以车厢为参考系，人是静止的。（3）选择不同的参考系来观察同一个物体的运动，得到的结果可能是不同的。 例：在匀速飞行的飞机上落下物体，飞行员看到，重物沿直线下落，是以飞机作参考系的，地面上的人看到重物沿曲线下落，是以地面作参考系的。（4）参考系的选择：描述一个物体的运动时，参考系可以任意选取，选取参考系时要考虑研究问题的方便，使之对运动的描述尽可能的简单。在不说明参考系的情况下，通常应认为是以地面为参考系的。 例：对于参考系，下列说法正确的是（CD） A．参考系必须选择地面 B．研究物体的运动，参考系选择任意物体其运动情况是一样的 C．选择不同的参考系，物体的运动情况可能不同 D．研究物体的运动，必须选定参考系 课堂训练： （1）甲物体以乙物体为参考系是静止的，甲物体以丙物体为参考系是运动的，那么以乙物体为参考系，丙是（B） A．一定是静止的 B．一定是运动的 C．有可能是静止的或运动的 D．无法判断
（2）关于机械运动和参照物，以下说法正确的有（A） A．研究和描述一个物体的运动时，必须选定参照物 B．由于运动是绝对的，描述运动时，无需选定参照物 C．一定要选固定不动的物体为参照物 D．研究地面上物体的运动时，必须选地球为参照物4、坐标系为了定量描述物体的位置及位置变化，需要在参考系上建立坐标系。 （1）坐标系的建立：如果物体做直线运动，为了定量的描述物体的位置变化，可以以这条直线为X轴，在直线上规定原点、正方向和单位长度，建立直线坐标系。例：如图，03-2BOA某一物体运动到A点它的位置坐标为XA=3m，若运动B点它的位置坐标为XB=-2m。 5、科学漫步：全球卫星定位系统（GPS) 阅读材料:理想模型及其在科学研究中的作用 在自然科学的研究中，“理想模型”的建立，具有十分重要的意义。 第一，引入“理想模型”的概念，可以使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差。把现实世界中，有许多实际的事物与这种“理想模型”十分接近。在一定的场合、一定的条件下，作为一种近似，可以把实际事物当作“理想模型”来处理，即可以将“理想模型”的研究结果直接地应用于实际事物。例如，在研究地球绕太阳公转的运动的时候，由于地球与太阳的平均距离(约为14960万公里)比地球的半径(约为6370公里)大得多，地球上各点相对于太阳的运动可以看做是相同的，即地球的形状、大小可以忽略不计。在这种场合，就可以直接把地球当作一个“质点”来处理。在研究炮弹的飞行时，作为第一级近似，可以忽略其转动性能，把炮弹看成一个“质点”；作为第二级近似，可以忽略其弹性性能，把炮弹看成一个“刚体”。在研究一般的真实气体时，在通常的温度和压强范围内，可以把它近似地当作“理想气体”，从而直接地运用“理想气体”的状态方程来处理。
第二，对于复杂的对象和过程，可以先研究其理想模型，然后，将理想模型的研究结果加以种种的修正，使之与实际的对象相符合。这是自然科学中，经常采用的一种研究方法。例如：“理想气体”的状态方程，与实际的气体并不符合，但经过适当修正后的范德瓦尔斯方程，就能够与实际气体较好地符合了。 第三，由于在“理想模型”的抽象过程中，舍去了大量的具体材料，突出了事物的主要特性，这就更便于发挥逻辑思维的力量，从而使得“理想模型”的研究结果能够超越现有的条件，指示研究的方向，形成科学的预见。例如：在固体物理的理论研究中，常常以没有“缺陷”的“理想晶体”作为研究对象。但应用量子力学对这种“理想晶体”进行计算的结果，表明其强度竟比普通金属材料的强度大一千倍。由此，人们想到：既然“理想晶体”的强度应比实际晶体的强度大一千倍，那就说明常用金属材料的强度之所以减弱，就是因为材料中有许多“缺陷”的缘故。如果能设法减少这种“缺陷”，就可能大大提高金属材料的强度。后来，实践果然证实了这个预言。人们沿着这一思路制造出了若干极细的金属丝，其强度接近于“理想晶体”的强度，称之为“金胡须”。总之，由于客观事物具有质的多样性，它们的运动规律往往是非常复杂的，不可能一下子把它们认识清楚。而采用理想化的客体(即“理想模型”)来代替实在的客体，就可以使事物的规律具有比较简单的形式，从而便于人们去认识和掌握它们。
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