【連載】物理：人教版-高中-必修1-質點 參考系和坐標系 教學設計 教案

一、物體和質點

1.基本知識

（1）機械運動

物體的空間位置隨時間的變化．

（2）質點

①定義：忽略物體的大小和形狀，突出“物體具有質量”這個要素，把它簡化為一個有質量的物質點．

②物體視為質點的條件：物體的大小和形狀可以忽略或物體上任意一點的運動可代替整個物體的運動．

2．思考判斷

（1）質點就是質量小，體積小的物體．(×)

（2）一個物體能否看做質點，關鍵是其大小和形狀對所研究問題的影響可否忽略．(√)

（3）做直線運動的物體一定能看成質點．(×)

探究交流

我國于2011年9月29日21時16分3秒在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征二號FT1”火箭將“天宮一號”目標飛行器順利發(fā)射升空．FT1火箭全長52m，起飛質量493t，科學家研究它在發(fā)射升空后的空中位置、離地高度、飛行速度、運動軌道等問題時，可否將火箭看成質點？

【提示】　火箭發(fā)射升空后，研究其位置、離地高度、飛行速度、運動軌跡等問題時，火箭雖較大，具有一定的形狀，但對研究問題的影響很小，可以忽略不計，因此，火箭可看做質點.

二、參考系

1.基本知識

（1）運動與靜止的關系

自然界中一切物體都處于永恒的運動中，絕對靜止的物體是不存在的——運動是絕對的．

（2）參考系

①定義：在描述物體的運動時，被選定做參考、假定為不動的其他物體．

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．

③參考系對觀察結果的影響：選擇不同的參考系觀察同一個物體的運動，觀察結果可能不同．

2．思考判斷

（1）研究同一物體的運動時，不論選取怎樣的參考系，其結論是相同的．(×)

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

（3）自然界中沒有絕對靜止的物體．(√)

探究交流

宇宙飛船是目前重要的航天載人工具，當宇宙飛船繞地飛行時，以地球為參考系，坐在宇宙飛船中的宇航員如何運動？以宇航艙為參考系呢？

【提示】　以地球為參考系，宇航員在繞地球做近似圓周的運動．以宇航艙為參考系，宇航員則處于靜止狀態(tài).

三、坐標系

1.基本知識

（1）建立目的

定量描述物體的位置及位置的變化．

（2）直線運動的描述

建立直線坐標系，在直線上規(guī)定原點、正方向和單位長度．

2．思考判斷

（1）描述直線運動，一般建立直線坐標系．(√)

（2）物體在某平面內(nèi)做曲線運動時，應當用平面直角坐標系描述．(√)

（3）描述花樣滑冰運動員的位置，應用直線坐標系．(×)

四、質點的理解

【問題導思】　

1．一列火車，從北京到南京的運動過程中，能否視為質點？

2．一列火車，在分析通過黃河大橋時，能否視為質點？

1．質點的理解

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

（2）是實際物體的一種高度抽象，實際中并不存在，是一種“理想化模型”．

2．實際物體視為質點的常見情況

誤區(qū)警示

1．物體的大小并不是判斷物體能否看做質點的依據(jù)．

2．對同一物體能否將其看做質點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，所涉及到的對象可看作質點的是(　　)

【答案】　A

規(guī)律總結

一個物體是否可以看做質點的判斷方法

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

2．一般情況下，平動的物體可以看做質點，轉動的物體不能看做質點．

3．當物體的大小遠小于所研究的范圍時，該物體可以看做質點．

五、參考系的理解

【問題導思】　

1．研究物體的運動時，為什么一定要選參考系？

2．研究物體的運動時，一定選靜止的物體作為參考系嗎？

3．研究物體的運動時，常選什么物體作為參考系？

1．選擇參考系的原因

要描述一個物體的運動，必須首先選好參考系，對于同一個運動，如果選不同的物體作參考系，觀察到的運動情況可能不相同．

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，在實際問題中，參考系的選擇原則應以觀測方便和使運動的描述盡可能簡單為基本原則．

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

（3）要比較不同物體的運動情況時，必須選擇同一個參考系．

誤區(qū)警示

1．分析具體問題時，選擇合適的參考系，可使問題變得簡單．

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動，乙中乘客看甲在向下運動，丙中乘客看甲、乙都在向上運動．這三架電梯相對地面的運動情況可能是(　　)

A．甲向上、乙向下、丙不動

B．甲向上、乙向上、丙不動

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

1．選擇不同的參考系，同一物體運動情況可能不同．

2．比較幾個物體的運動快慢，必須選擇同一參考系．

3．復雜問題中轉換參考系，利用相對運動關系確定實際運動情況．

六、對坐標系的拓展認識

【問題導思】　

1．在數(shù)學中同學們認識了哪些坐標系？

2．坐標系有哪些要素？

3．坐標系能任意建立嗎？

1．建立坐標系的意義和原則

（1）意義：借助適當?shù)淖鴺讼悼梢远康孛枋鑫矬w的位置及位置變化．

（2）原則：建立坐標系的原則是確定物體的位置方便、簡捷．

2．坐標系的種類

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

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

位置坐標的“相對性”和位置變化的“絕對性”

1．物體的位置坐標與坐標系原點的選取、坐標軸正方向的規(guī)定有關．同一位置，建立某種坐標系時所選原點不同，或選定的正方向不同，物體的位置坐標不同．

2．物體位置的實際變化與坐標系原點的選取、坐標軸正方向的規(guī)定無關．

七、質點模型的理解

例：下列情況中的運動物體，不能被看成質點的是(　　)

A．研究“嫦娥三號”繞月球飛行的軌跡

B．研究飛行中直升機上的螺旋槳的轉動情況

C．計算從北京開往廣州的一列火車的運行時間

D．計算在傳送帶上輸送的工件質量

【答案】　B

規(guī)律總結：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)常采用的一種科學研究方法，質點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實際問題的科學抽象，實際中并不存在．

3．質點模型突出的特點是具有質量但沒有大小和形狀，同一物體在某個問題中可視為質點，而在另一個問題中就不一定能視為質點．

一、質點：用來代替物體的有質量的點．

（1）質點是一種科學抽象，是一種理想化的模型．

（2）質點是對實際物體的近似，這也是物理學中常用的一種重要的研究方法．

（3）一個物體能否看成質點，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，而跟自身體積的大小、質量的多少和運動速度的大小無關．

二、參考系：任何運動都是相對于某個參照物而言的，這個選來作標準的參照物稱為參考系．

（1）運動和靜止都是相對于參考系的．

（2）參考系的選取是任意的。

（3）選擇不同的參考系，觀察的結果可能不一樣，也可能一樣．

（4）選擇參考系時，應使物體運動的描述盡可能簡單、方便．

（5）比較兩個物體的運動情況，必須選擇同一參考系才有意義．

三、坐標系

（1）描述直線運動的物體的位置變化，可以建立一維直線坐標系．

（2）描述平面上運動的物體的位置變化，可以建立二維平面直角坐標系．

（3）描述立體空間內(nèi)運動的物體的位置變化，可以建立三維立體空間坐標系．