高中物理人教版必修第一册第一章 运动的描述 第一节 质点、参考系和坐标 教案

第一节   质点、参考系和坐标系一、教学目标1、 知识与技能（1）理解质点的概念，能明确物体在什么情况下可以看作质点。（2）知道参考系的概念。知道选取参考系时，要考虑到使运动的描述尽可能简单。（3）知道坐标系的概念，能够用坐标系描述物体的位置和位置的变化。2、 过程与方法（1）领悟质点概念的提出和分析、建立的过程。（2）了解物理学研究中物理模型的特点，初步掌握科学抽象这种研究方法。（3）通过数形结合的学习，认识数学工具杂物理学中的作用。3、 情感、态度和价值观（1）通过学生的观察、探究体验，使学生保持对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理。（2）通过小组讨论，培养学生相互合作、共同探索的团队精神，并使学生学会合作与交流，逐步形成严谨求实的科学态度。（3）体验物理学研究问题的一种方法——科学抽象，养成正确处理问题的方法，学会在研究问题总突出主要矛盾的哲学价值观。二、教学重点、难点1、教学重点及其教学策略重点：质点概念的理解、参考系的选取、坐标系的建立。教学策略：通过观察、思考、讨论和实例分析来加深理解。2、教学难点及其教学策略难点：理想化模型——质点的建立，及其相应的思想方法。教学策略：通过问题的讨论，在原有认知水平上进一步深化拓宽，达到认知的螺旋上升，攻克难点。三、设计思路本节课以“创设情景，提出问题—观察思考，自主探索—讨论交流，总结归纳”为教学结构，采用“交流—互动”的探究模式进行教学。充分开发和利用新课程资源，创设大量贴近学生实际生活的问题情景，激发出学生学习物理的兴趣和强烈的求知欲望，产生思维的积极活动与共鸣。同时，体现物理与社会、物理与技术、物理与生活等方面的密切联系。充分运用并发挥多媒体的教学功能，用音乐、图片、视频素材为学生提供一个更具趣味性和启发性的学习情境。营造宽松、自主、合作的课堂氛围，帮助学生形成健康的人格。除了让学生关注概念的静态结果，更关注学生对概念的主动建构，强调在问题中实现知识的意义建构。四、教学设计（一） 引入新课我们知道宇宙中的一切物体都在不停地运动着，无论是巨大的天体还是微小的原子、分子等。运动是宇宙间永恒的主题，也是日常生活中常见的现象。现在就请请大家列举几个运动物体的例子。生：小鸟在空中飞翔、汽车在公路上飞驰、江水在咆哮……师：很好，关于运动的例子举不胜举。一切物体都在运动。机械运动是最基本、最普遍的运动形式，那么什么是机械运动呢？机械运动简称运动，指物体与物体间或物体的一部分和另一部分间相对位置随时间发生改变的过程。它是自然界最简单最基本的运动形式。机械运动是空间位置随时间变化的体现。 古希腊杰出的哲学家、科学家——亚里士多德曾说过“不了解运动，就不了解自然”，这句话向我们提出了严峻的挑战。就让我满怀信心迎接这一挑战，开始学习第一章《运动的描述》。新课教学我们人类对运动的认知规律是怎么样的呢？首先我们要说明是谁在运动，即确定研究对象，然后说明物体如何运动，就是要用文字、物理量或图像等等方法对运动进行描述，接着探究物体为什么会运动，如此层层深入对运动进行研究。这是一个由浅入深、由表及里的过程。世界万物都在运动，对于不同物体的运动，不同人有不同的描述，刚才我们就阐述了诗人的描述。同样，画家画笔也可以来描述物体的运动。那么，科学家怎么描述物体的运动呢？著名物理学家海森伯曾经说过：“为了理解现象，首要条件就是引入适当的概念。只有借助于正确的概念，我们才能真正知道观察到了什么。”本章我们首先引入描述运动的一些基本概念，进而研究最简单最基本的运动形式：直线运动。（二）进行新课一、物体与质点a、实例讨论：大家看过鸟儿在空中飞翔的景象吗？——看过提问，并请同学们思考、讨论后回答：1、 要准确描述鸟儿身上各点位置随时间的变化不是件容易事，困难和麻烦出在哪里呢？答：主要由于它的身体在向前运动的同时，它的翅膀还在上下运动，也就是鸟儿有一定的大小和形状，各部分的运动情况不一样。2、 如果我们研究它从金沙飞到南通，需要了解它各部分运动的区别吗？答：如果我们研究它飞行长度就不需要了解它各部分运动的区别了。3、 如何才能较准确地描述它的运动呢？答：忽略它的形状和大小就可以了。是的，有些时候为了便于分析，常常把物体简化为一个点。例如：“神舟”5号飞船载人舱长7.4m，直径2.8m，用长58m，重达480t的“长征”二号火箭发射。科学家在研究“神舟”5号在太空中的运动位置、高度、速度等问题时就把它简化为一个有质量的点，（为什么这么讲？“神舟”5号在运行时在指挥部荧光屏上的显示为一个小小的光点。）小结：这样，在某些情况情况下，我们可以把物体简化为一个有质量的点。物理学中，用来代替物体的有质量的点叫质点。信息反馈：在物理学中，突出问题的主要方面，忽略次要因素，经过科学抽象而建立理想化的“物理模型”，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学方法，质点就是这种物理模型。b、提问：（1）研究地球绕太阳的公转能否把地球视为一个质点呢？（2）研究地球上各处的季节变化时，能否把它视为质点呢？（3）一列沿京沪铁路运动的火车，若研究它从上海到北京的运动能否把它简化为一个质点？（4）研究火车通过南京长江大桥的运动时，能否把它简化为一个质点呢？学生思考、讨论后作出回答：（1）研究地球绕太阳的公转能把地球视为质点，因为日地距离远大于地球的直径。（2）研究地球上各处的季节变化时，不能把它视为质点，因为它的大小不能忽略。（3）研究火车从上海到北京的运动能把它简化为一个质点，因为上海到北京的距离远大于火车的长度。（4）研究火车通过南京长江大桥的运动时，也不能把它视为一个质点，因为火车的长度可以与大桥相比拟。c、通过以上问题请同学们进一步讨论：（1）物体是否在所有的情况下都能看作质点？（2）物体看作质点的条件是什么？ （3）物理中的“质点”与几何学中的点有什么相同和不同的地方？（4）大的物体能不能看成质点？小的物体都能看成质点吗？引导学生讨论交流、归纳总结：（1）同一物体能否看作质点，要依据问题的具体情况决定。（2）物体看作质点的条件是：物体的形状和大小对所研究的问题影响很小时（3）相同点是都无大小和形状，不同点是质点有质量，几何学中的点无质量。（4） 物体能否看成质点，与物体本身的大小无关。大的物体，也可以看成质点；小的物体在某些时候却不能看成质点。二、参考系1、设想一下，你和杨利伟正在“神舟”5号里边喝咖啡边聊天，在地球上的人看来，你们随飞船以很大的速度绕地球运动。提问：你和杨利伟能感觉到自己在高速运动吗？为什么？答：虽然我们没有到过太空，但生活经验告诉我们我和杨利伟都会认为自己是静静坐着的。小结：物体的运动和静止是相对的。为描述物体的运动，需要另外选取一个物体作为标准，否则无法判断。这个作为标准的物体叫做参考系。提问：我们应该都听过这首歌：“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走。。。。。”作者为什么会有“竹排江中游”“青山两岸走”这样两种不同的感觉？答：“竹排江中游”是因为选两岸的青山作为参考系，“青山两岸走”是选竹排作为参考系。2、我们来看书本12页的两幅漫画图，思考后回答书上提出的问题。答：对于图1.1-3：如果选择列车作为参考系的话，车上的小孩是静止的；如果选择车外的树木作为参考系的话，车上的小孩就是运动的。对于图1.1-4：以飞机上的人作为参考系，跳伞运动是竖直下落的；以地面上的人作为参考系，跳伞运动员是曲线下落的。有良种不同的结果是因为参考系的选取不一样。3、对于参考系的选取是任意的，但怎样选择比较好呢？在黑板上画出地月系、太阳系运行的模拟图，请同学们仔细观察思考研究月球的运动选什么参考系比较好？由此你得出的结论如何？学生观察思考后回答：以地球为参考系比较好，因为此时研究月球的运动比较简单。而以太阳为参考系研究月球的运动比较复杂。因此我们认为：参考系的选择应以对运动的描述越简单越好。小结：参考系的选择应以对运动的描述简单、方便为原则。要注意的是，若无特别说明，通常是以地面或相对地面静止的物体为参考系。三、坐标系1、假设你在学校教学楼前的操场上沿南北方向笔直地奔跑，如果要问你到了哪里，我们会怎么表示呢？答：可以说你在操场上的旗杆南面或是背面几米处。对，我们可以选择大家所熟悉的标志作为参考，说明你的位置。那么能否借助数学方法呢？学生思考、讨论后回答：可以建立坐标系来描述物体的位置。小结：一般来说，为了定量地描述物体的位置变化，需要在参考系上建立适当的坐标系。用坐标值来表示物体的位置。提问：如何选择坐标轴和正方向？如何选坐标原点？如何确定坐标轴上的刻度值引导学生回答：对质点的直线运动，一般选质点运动轨迹为坐标轴，质点运动的方向为坐标轴正方向，选取质点经过坐标轴原点的时刻为时间的起点。如果我们以操场上的旗杆作为坐标原点，x=5m，x=-10m表示什么意思？正负号表示什么意思？答：x=5m，表示在操场上旗杆南面5m处，x=-10m表示在操场上旗杆背面10m处。正负号表示方向。2、如果你在学校里的教学楼走到校门口，对于这种平面运动，要描述你的位置或位置的变化，应该建立怎样的坐标系？如果我们要研究“神舟”5号这种三维运行呢？ 答：对于平面运动，我们可以建立平面直角坐标系描述位置或位置变化；对于“神舟”5号可以建立三维坐标系研究它的运动。3、请同学们阅读教材第13页“科学漫步”，并回答：此GPS定位器处于我国哪个城市？从显示屏中你还能获得哪些信息？答：显示屏上的北纬39°55.451ˊ、东经116°23.504ˊ是北京所处的经度和纬度。还可以知道时间、航向、航速、航程。请同学们举例说明它还有哪些用途？答：GPS应用领域有交通管理、测量、实时导航、精确定位、资源开发等。本课小结：这节课我们学习了质点、参考系和坐标系等概念，它们是运动学乃至整个力学的最基本最重要的概念。要描述物体的运动，首先要对实际物体建立一个物理模型，最简单的是质点模型。由于运动的相对性，描述质点的运动时必须明确所选择的参考系。为了准确地、定量地描述质点的运动，还要建立坐标系。除了以上知识，你还学到了什么方法？答：物理学研究问题的基本方法之一——建立物理模型布置作业 板书设计第一节              质点 参考系和坐标系机械运动一、物体和质点1、定义：用来代替物体的有质量的点叫质点。2、实物简化为质点的条件：物体的大小和形状对研究的问一、质点        题的影响可以忽略不计3、理想模型：抓住主要特征，忽略次要因素二、参考系 1、选来作为标准的另外的物体叫做参考系  2、选择不同的参考系来观察同一运动，观察的结果会有不同  3、选择的原则：观测方便和使运动的描述尽可能简单三、坐标系：为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系。