物理学与人类文明教案和学案内容

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。知道质点是一种科学

的抽象的理想模型，知道科学抽象是一种普遍的研究方法。

(2)理解参考系的选取在物理中的作用，会根据实际情况选定参考系。

(3)会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）

通过参考系的学习，知道从不同角度研究问题的方法，让学生从熟悉的常见现象和已有经验出发，体验不同参考系中运动的相对性，提示参考系在确定物体运动时客观存在的必要性和合理性。

（4）

通过数形结合的学习，认识数学工具在物理学中的作用。

3．情感态度与价值观：

(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方法——科学抽象，养成正确处理问题的方法，学会在研究问题中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、教学资源

1．演示器材：乒乓拍、乒乓球

2．课件：飞机空投，地月系、太阳系运行，地球公转和四季变化，火车运行的模拟动画

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3．音像文件：“神舟”５号发射、运行、返回过程；鸽子飞行；28届雅典奥运会上张怡宁发球

4. 图片资料：学校平面图，神州五号发射控制中心，GPS定位器，汽车、火车过桥、火箭等图片。

5．多媒体教学设备一套。

四．教学过程

引入新课

呈现“神舟”５号从发射到返回舱成功回收的主要阶段。

播放神州五号发射升空过程的录像。

讲述：飞船在茫茫太空遨游，如何描述它的运动呢？文学家、艺术家采用形象的手法。“凌云戏月游银汉,转瞬翔天过太空”，短短一两句话就勾勒出航天飞船的雄姿。

世界万物都在运动，对于不同物体的运动，不同的人（如文学家、艺术家等）有不同的描述，请举例说明。

那么科学家怎样描述物体的运动呢？

著名物理学家海森伯曾说过：“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。

讲授新课

（一）、物体与质点

（1）

质点

现实生活中的运动都是复杂的，想要把它们描述出来可不是一件简单的事。比如我们熟悉的火车，它在轨道上前行，我们该怎样来描述它呢？它的轮子在转动，车身在向前，发动机既在转动又在向前。太复杂了，困难在哪里呢？因为火车又有大小，还有形状。

播放鸽子飞行的录像。

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提问：

(1)要准确描述鸽子身上各点的位置随时间的变化不是容易事，困难和麻烦出在哪儿呢？

(2)如果我们研究它从家里出发到你亲戚家送信，需要了解它各部分运动的区别吗？

(3)如何才能较准确地描述它的运动呢？

讲述：有些时候为了便于分析，常常把物体简化为一个点。

再看下一种情形，我们说火车从重庆出发，经过5小时到达成都。如果这里是重庆，这里是成都，这是铁轨，我们怎样来表示刚才的过程啊？是不是刚开始火车在重庆这点，最后过了几个小时，火车就到达了成都这个点啊？

生：是

为什么我这样就把火车的运动描述清楚呢？我为什么没管火车的每个轮子是怎么动的呢？在这里我是不是忽略了火车的形状和大小，把它看作一个点来处理啊，这样就让我们把问题简化了。物理学中，用来代替物体的有质量的点叫质点。质点忽略了物体的大小和形状，突出了物体的质量，所以质点是一个点，没有大小，但有质量。虽然质点是假想的一种物理模型，在现实生活中找不到这样的点，但这种方法在物理中很常用，它能用来简化问题，而又不会对结果有太多影响。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。

那是不是什么情况下都可以把物体看作质点呢？比如我们在研究一列火车经过一个路口要用多少时间，还能把火车当作质点吗？

生：不能

为什么同是一列火车在不同的情况下却可以当作质点或不可以当作质点呢？接下来我给大家5分钟的时间，结合教材上的例子进行小组讨论：什么情况可以把物体当作质点。请总结出把物体当作质点的条件。好开始

生：……

好，大家都讨论得出了个自的结果。那下面我来考考大家看大家是不是真的明白了。

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）评价体操运动员的动作，可以把它当做一个质点吗？

（4）研究长跑运动员的运动，可以把它当做一个质点吗？

（5）物理中的“质点”与几何学中的点有什么相同和不同的地方？

（6）大的物体能不能看成质点？小的物体都能看成质点吗？

好，我们来总结一下质点的问题

（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）质点有质量，但没有大小和形状。

（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。

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呈现信息窗：

“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”2号火箭发射。

如科学家研究“神舟”5号飞船在空中的运动位置、高度、速度等问题时就把它简化为一个有质量的点。

播放“神舟”５号运行时在指挥部荧光屏上的显示为一个小小的光点。

教师小结：这样，在某些情况下，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。

（二）、参考系

1、师：大家再来思考一个问题：我们所处的这间教室是静止还是运动的？

生：我们所在的教室是静止的。（或运动的）

师：好！我听到有人说静止，有人说运动。说它静止是因为它相对于地面没有运动；而我们知道地球本身在高速自转，所以我们的教室也随着地地球在转动，所以我们说它是运动的。为什么对同一个物体，我们既说它是静止的，又说它是运动的呢？这不很矛盾吗？

生：……

师：对了，我们已经知道运动具有相对性。宇宙万物都在运动，因此运动是绝对的，而静止是相对的。要描述物体运动情况，就必须以另一个物体作为标准，初中我们把它叫什么？

生：参照物

师：而到了高中，我们要用一个更为专业的词叫参考系，它的本质和参照物一样。

板书：2、参考系

师：参考系的定义：被选做标准的物体叫做参考系。想一想我们描述地面上物体的运动一般是选什么作参考系？

生：地面

师：对，地面以及相对地面静止的物体是我们最常用的参考系。那么为了描述行星的运动，我们又把什么作为参考系？

生：太阳

一个物体一旦被选为参考系，就认为它是静止的。在选定参考系后要假定自己站在参照物中去观察物体的运动，即“参考系上长着观察者的眼睛”。

教师小结：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.

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2、提问：参考系的选择是任意的。但怎样选择比较好呢？

播放地月系、太阳系运行的模拟动画（几何画板制作），请同学观察思考研究月球的运动选什么参考系较好？由此你得出的结论如何？

教师小结：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、假设你在学校攀登楼前广场上，沿东西方向笔直地奔跑，如果要问你到了哪里，我们会怎样表示呢？（呈现学校平面图）

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？

教师小结：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。坐标系是在参考系的基础上抽象出来的概念，是抽象化的参考系。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，如果物体在一维空间运动，即沿一条直线运动，只需建立直线坐标系，就能准确表达物体的位置；如果物体在二维空间运动，即在同一平面运动，就需要建立平面直角坐标系来描述物体的位置；当物体在三维空间运动时，则需要建立三维坐标系。

①一维坐标：描述物体在一条直线上运动，即物体做一维运动时，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。

②二维坐标：平面直角坐标，描述物体在一平面内运动，即二维运动时，需采用两个坐标确定它的位置。

③三维坐标：立体坐标系，描述物体在空间的运动。

注意以下几点：

①坐标系相对参考系是静止的。

②坐标的三要素：原点、正方向、标度单位。

③用坐标表示质点的位置。

④用坐标的变化描述质点的位置改变。

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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？

布置作业

复习本节课本。

思考课本第13页“问题与练习”中各题，要求准确回答。

板书设计：

第一节

质点

参考系和坐标系

一、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题的影响可忽略不计。

理想模型:抓住主要特征，忽略次要因素

１、选来作为标准的另外的物体叫做参考系。

二、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：

系．

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