【連載】物理：人教版-高中-必修1-質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系 教學(xué)設(shè)計(jì) 教案

一、物體和質(zhì)點(diǎn)

1.基本知識(shí)

（1）機(jī)械運(yùn)動(dòng)

物體的空間位置隨時(shí)間的變化．

（2）質(zhì)點(diǎn)

①定義：忽略物體的大小和形狀，突出“物體具有質(zhì)量”這個(gè)要素，把它簡(jiǎn)化為一個(gè)有質(zhì)量的物質(zhì)點(diǎn)．

②物體視為質(zhì)點(diǎn)的條件：物體的大小和形狀可以忽略或物體上任意一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可代替整個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)．

2．思考判斷

（1）質(zhì)點(diǎn)就是質(zhì)量小，體積小的物體．(×)

（2）一個(gè)物體能否看做質(zhì)點(diǎn)，關(guān)鍵是其大小和形狀對(duì)所研究問題的影響可否忽略．(√)

（3）做直線運(yùn)動(dòng)的物體一定能看成質(zhì)點(diǎn)．(×)

探究交流

我國(guó)于2011年9月29日21時(shí)16分3秒在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征二號(hào)FT1”火箭將“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器順利發(fā)射升空．FT1火箭全長(zhǎng)52m，起飛質(zhì)量493t，科學(xué)家研究它在發(fā)射升空后的空中位置、離地高度、飛行速度、運(yùn)動(dòng)軌道等問題時(shí)，可否將火箭看成質(zhì)點(diǎn)？

【提示】　火箭發(fā)射升空后，研究其位置、離地高度、飛行速度、運(yùn)動(dòng)軌跡等問題時(shí)，火箭雖較大，具有一定的形狀，但對(duì)研究問題的影響很小，可以忽略不計(jì)，因此，火箭可看做質(zhì)點(diǎn).

二、參考系

1.基本知識(shí)

（1）運(yùn)動(dòng)與靜止的關(guān)系

自然界中一切物體都處于永恒的運(yùn)動(dòng)中，絕對(duì)靜止的物體是不存在的——運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的．

（2）參考系

①定義：在描述物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，被選定做參考、假定為不動(dòng)的其他物體．

②選取原則：參考系可以任意選取，一般以地面為參考系．但在具體問題中，要考慮研究問題的方便性．

③參考系對(duì)觀察結(jié)果的影響：選擇不同的參考系觀察同一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，觀察結(jié)果可能不同．

2．思考判斷

（1）研究同一物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，不論選取怎樣的參考系，其結(jié)論是相同的．(×)

（2）參考系可任意選取，而研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)(如汽車加速)通常以地面為參考系．(√)

（3）自然界中沒有絕對(duì)靜止的物體．(√)

探究交流

宇宙飛船是目前重要的航天載人工具，當(dāng)宇宙飛船繞地飛行時(shí)，以地球?yàn)閰⒖枷?，坐在宇宙飛船中的宇航員如何運(yùn)動(dòng)？以宇航艙為參考系呢？

【提示】　以地球?yàn)閰⒖枷?，宇航員在繞地球做近似圓周的運(yùn)動(dòng)．以宇航艙為參考系，宇航員則處于靜止?fàn)顟B(tài).

三、坐標(biāo)系

1.基本知識(shí)

（1）建立目的

定量描述物體的位置及位置的變化．

（2）直線運(yùn)動(dòng)的描述

建立直線坐標(biāo)系，在直線上規(guī)定原點(diǎn)、正方向和單位長(zhǎng)度．

2．思考判斷

（1）描述直線運(yùn)動(dòng)，一般建立直線坐標(biāo)系．(√)

（2）物體在某平面內(nèi)做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)用平面直角坐標(biāo)系描述．(√)

（3）描述花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員的位置，應(yīng)用直線坐標(biāo)系．(×)

四、質(zhì)點(diǎn)的理解

【問題導(dǎo)思】　

1．一列火車，從北京到南京的運(yùn)動(dòng)過程中，能否視為質(zhì)點(diǎn)？

2．一列火車，在分析通過黃河大橋時(shí)，能否視為質(zhì)點(diǎn)？

1．質(zhì)點(diǎn)的理解

（1）質(zhì)點(diǎn)是用來代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)，其突出的特點(diǎn)是“具有質(zhì)量”和“占有位置”，但沒有大小、形狀、體積，與幾何中的“點(diǎn)”有本質(zhì)的區(qū)別．

（2）是實(shí)際物體的一種高度抽象，實(shí)際中并不存在，是一種“理想化模型”．

2．實(shí)際物體視為質(zhì)點(diǎn)的常見情況

誤區(qū)警示

1．物體的大小并不是判斷物體能否看做質(zhì)點(diǎn)的依據(jù)．

2．對(duì)同一物體能否將其看做質(zhì)點(diǎn)要視所研究的問題而定．

例：在研究以下四種情況中提出的問題時(shí)，所涉及到的對(duì)象可看作質(zhì)點(diǎn)的是(　　)

【答案】　A

規(guī)律總結(jié)

一個(gè)物體是否可以看做質(zhì)點(diǎn)的判斷方法

1．看物體的大小和形狀對(duì)所研究的問題有無影響，如果無影響或影響不大，該物體可以視為質(zhì)點(diǎn)，否則不能視為質(zhì)點(diǎn)．

2．一般情況下，平動(dòng)的物體可以看做質(zhì)點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)的物體不能看做質(zhì)點(diǎn)．

3．當(dāng)物體的大小遠(yuǎn)小于所研究的范圍時(shí)，該物體可以看做質(zhì)點(diǎn)．

五、參考系的理解

【問題導(dǎo)思】　

1．研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，為什么一定要選參考系？

2．研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定選靜止的物體作為參考系嗎？

3．研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，常選什么物體作為參考系？

1．選擇參考系的原因

要描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，必須首先選好參考系，對(duì)于同一個(gè)運(yùn)動(dòng)，如果選不同的物體作參考系，觀察到的運(yùn)動(dòng)情況可能不相同．

例如：甲、乙兩輛汽車由西向東沿同一直線均以15 m/s的速度行駛．若以路邊的樹木或地面為參考系，則甲車是以15 m/s的速度向東行駛；若以乙車作為參考系，則甲車是靜止的．

2．參考系的選取原則

（1）參考系的選取是任意的，在實(shí)際問題中，參考系的選擇原則應(yīng)以觀測(cè)方便和使運(yùn)動(dòng)的描述盡可能簡(jiǎn)單為基本原則．

（2）研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般情況下選擇地面或地面上靜止不動(dòng)的物體為參考系，此時(shí)參考系可以省略不寫．

（3）要比較不同物體的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，必須選擇同一個(gè)參考系．

誤區(qū)警示

1．分析具體問題時(shí)，選擇合適的參考系，可使問題變得簡(jiǎn)單．

2．解題過程中，如果選地面作為參考系可以不指明，但選其他物體作為參考系時(shí)必須指明．

例：甲、乙、丙三架觀光電梯，甲中乘客看一高樓在向下運(yùn)動(dòng)，乙中乘客看甲在向下運(yùn)動(dòng)，丙中乘客看甲、乙都在向上運(yùn)動(dòng)．這三架電梯相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)情況可能是(　　)

A．甲向上、乙向下、丙不動(dòng)

B．甲向上、乙向上、丙不動(dòng)

C．甲向上、乙向上、丙向下

D．甲向上、乙向上、丙也向上，但比甲、乙都慢

【答案】　BCD

規(guī)律總結(jié)

1．選擇不同的參考系，同一物體運(yùn)動(dòng)情況可能不同．

2．比較幾個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)快慢，必須選擇同一參考系．

3．復(fù)雜問題中轉(zhuǎn)換參考系，利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系確定實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況．

六、對(duì)坐標(biāo)系的拓展認(rèn)識(shí)

【問題導(dǎo)思】　

1．在數(shù)學(xué)中同學(xué)們認(rèn)識(shí)了哪些坐標(biāo)系？

2．坐標(biāo)系有哪些要素？

3．坐標(biāo)系能任意建立嗎？

1．建立坐標(biāo)系的意義和原則

（1）意義：借助適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系可以定量地描述物體的位置及位置變化．

（2）原則：建立坐標(biāo)系的原則是確定物體的位置方便、簡(jiǎn)捷．

2．坐標(biāo)系的種類

例：在60周年國(guó)慶盛典上，游行的隊(duì)伍和彩車依次從天安門前經(jīng)過，以北京長(zhǎng)安街為坐標(biāo)軸x，向西為正方向，以天安門中心所對(duì)的長(zhǎng)安街中心為坐標(biāo)原點(diǎn)O，建立一維坐標(biāo)系.   一輛彩車最初在原點(diǎn)以東3 km處，一段時(shí)間后行駛到原點(diǎn)以   西2 km處．這輛彩車最初位置坐標(biāo)和最終位置坐標(biāo)分別是(　　)

A．3 km,2 km

B．－3 km,2 km

C．3 km，－2 km

D．－3 km，－2 km

【答案】　B

規(guī)律總結(jié)

位置坐標(biāo)的“相對(duì)性”和位置變化的“絕對(duì)性”

1．物體的位置坐標(biāo)與坐標(biāo)系原點(diǎn)的選取、坐標(biāo)軸正方向的規(guī)定有關(guān)．同一位置，建立某種坐標(biāo)系時(shí)所選原點(diǎn)不同，或選定的正方向不同，物體的位置坐標(biāo)不同．

2．物體位置的實(shí)際變化與坐標(biāo)系原點(diǎn)的選取、坐標(biāo)軸正方向的規(guī)定無關(guān)．

七、質(zhì)點(diǎn)模型的理解

例：下列情況中的運(yùn)動(dòng)物體，不能被看成質(zhì)點(diǎn)的是(　　)

A．研究“嫦娥三號(hào)”繞月球飛行的軌跡

B．研究飛行中直升機(jī)上的螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)情況

C．計(jì)算從北京開往廣州的一列火車的運(yùn)行時(shí)間

D．計(jì)算在傳送帶上輸送的工件質(zhì)量

【答案】　B

規(guī)律總結(jié)：物理模型的理解

1．物理模型是在物理研究中，突出問題的主要方面，忽略次要因素而建立的．是經(jīng)常采用的一種科學(xué)研究方法，質(zhì)點(diǎn)就是典型的物理模型之一．

2．物理模型作為一種理想模型，是為了研究問題方便而對(duì)實(shí)際問題的科學(xué)抽象，實(shí)際中并不存在．

3．質(zhì)點(diǎn)模型突出的特點(diǎn)是具有質(zhì)量但沒有大小和形狀，同一物體在某個(gè)問題中可視為質(zhì)點(diǎn)，而在另一個(gè)問題中就不一定能視為質(zhì)點(diǎn)．

一、質(zhì)點(diǎn)：用來代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)．

（1）質(zhì)點(diǎn)是一種科學(xué)抽象，是一種理想化的模型．

（2）質(zhì)點(diǎn)是對(duì)實(shí)際物體的近似，這也是物理學(xué)中常用的一種重要的研究方法．

（3）一個(gè)物體能否看成質(zhì)點(diǎn)，取決于它的形狀和大小在所研究問題中是否可以忽略不計(jì)，而跟自身體積的大小、質(zhì)量的多少和運(yùn)動(dòng)速度的大小無關(guān)．

二、參考系：任何運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)于某個(gè)參照物而言的，這個(gè)選來作標(biāo)準(zhǔn)的參照物稱為參考系．

（1）運(yùn)動(dòng)和靜止都是相對(duì)于參考系的．

（2）參考系的選取是任意的。

（3）選擇不同的參考系，觀察的結(jié)果可能不一樣，也可能一樣．

（4）選擇參考系時(shí)，應(yīng)使物體運(yùn)動(dòng)的描述盡可能簡(jiǎn)單、方便．

（5）比較兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況，必須選擇同一參考系才有意義．

三、坐標(biāo)系

（1）描述直線運(yùn)動(dòng)的物體的位置變化，可以建立一維直線坐標(biāo)系．

（2）描述平面上運(yùn)動(dòng)的物體的位置變化，可以建立二維平面直角坐標(biāo)系．

（3）描述立體空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的物體的位置變化，可以建立三維立體空間坐標(biāo)系．