高中物理人教版第一章運(yùn)動(dòng)的描述1質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系

§質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系★教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：☆重點(diǎn)：1．理解質(zhì)點(diǎn)概念以及初步建立質(zhì)點(diǎn)概念所采用的抽象思維方法．2．在研究具體問題時(shí)，如何選取參考系．3．如何用數(shù)學(xué)上的坐標(biāo)軸與實(shí)際的物理情景結(jié)合起來建立坐標(biāo)系．☆難點(diǎn)：在什么情況下可以把物體看作質(zhì)點(diǎn)，即將一個(gè)實(shí)際的物體抽象為質(zhì)點(diǎn)的條件．[新課教學(xué)]一、物體和質(zhì)點(diǎn)※要準(zhǔn)確描述物體的運(yùn)動(dòng)，特別是物體各部分的詳細(xì)運(yùn)動(dòng)情況，并不是一件很容易的事．因?yàn)槲矬w本身都有一定的大小和形狀，物體各部分的運(yùn)動(dòng)情況一般并不一樣．※引入質(zhì)點(diǎn)：用來代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)．（板）根據(jù)所研究問題的性質(zhì)和需要，抓住問題中的主要因素，忽略次要因素，建立一種理想化的模型，使復(fù)雜問題得到簡化，這是一種重要的科學(xué)研究方法．引子；乒乓球小而輕，直徑僅4cm，質(zhì)量約2．7[討論與交流]1．地球是一個(gè)龐然大物，直徑約為12800km，與太陽相距1．5Xl08參考答案：若研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)，由于地球本身的大小比地球到太陽的距離小得多，則可以把地球看作質(zhì)點(diǎn)；但若研究地面上各處季節(jié)變化時(shí)，則不能把其看作質(zhì)點(diǎn)．2．撐桿跳高是一項(xiàng)非常刺激的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，一般來說可以把撐桿跳運(yùn)動(dòng)分為如下幾個(gè)階段：助跑、撐桿起跳、越過橫桿．討論并思考后回答，在下列幾種情況下運(yùn)動(dòng)員能否被看作質(zhì)點(diǎn)，從中體會(huì)質(zhì)點(diǎn)模型的建立過程．(1)教練員針對(duì)訓(xùn)練錄像糾正運(yùn)動(dòng)員的錯(cuò)誤時(shí)，能否將運(yùn)動(dòng)員看成質(zhì)點(diǎn)?(2)分析運(yùn)動(dòng)員的助跑速度時(shí)，能否將其看成質(zhì)點(diǎn)?(3)測量其所跳高度(判斷其是否打破紀(jì)錄)時(shí)，能否將其看成質(zhì)點(diǎn)?參考答案：(1)不能，糾正錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)不能忽略運(yùn)動(dòng)員的姿勢及動(dòng)作，也就是說不能忽略運(yùn)動(dòng)員的形狀和大小．(2)能，分析助跑速度時(shí)，可以忽略運(yùn)動(dòng)員的姿勢及動(dòng)作．(3)能．☆對(duì)質(zhì)點(diǎn)小結(jié)：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)．4．一個(gè)物體能否被看作質(zhì)點(diǎn)，取決于所研究問題的性質(zhì)．即使是同個(gè)物體，在研究的問題不同時(shí)，有的情況下可以看作質(zhì)點(diǎn)，而有的情況可能不可以看作質(zhì)點(diǎn).※親自做一做、試一試，書本在下列情景中能否被看成質(zhì)點(diǎn)．1．沿一個(gè)方向推動(dòng)桌面上的書本，如果測量書本移動(dòng)的距離，是否可以將書本視為質(zhì)點(diǎn)，為什么?2．如果測定書本經(jīng)過桌面上方某一定點(diǎn)所需要的時(shí)間，是否可以將書本視為質(zhì)點(diǎn)，為什么?3．還有什么情況下書本可以被視為質(zhì)點(diǎn)?什么情況下書本不能被視為質(zhì)點(diǎn)?參考答案：1．沿同一個(gè)方向移動(dòng)書本時(shí)，書本各部分的運(yùn)動(dòng)情況完全相同，可以將它視為質(zhì)點(diǎn)．2．相對(duì)桌面上方的某一定點(diǎn)來說，書本本身的長度(或?qū)挾?不能忽略，并對(duì)經(jīng)過該定點(diǎn)位置所需要的時(shí)間起決定作用，所以這種情況下不能將書視為質(zhì)點(diǎn)。3．答案視學(xué)生提出的問題而定(根據(jù)學(xué)生提出的各種情景，老師進(jìn)行準(zhǔn)確恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)撥)．☆將物體看作質(zhì)點(diǎn)的條件：(1)平動(dòng)的物體可以看作質(zhì)點(diǎn)，一般研究物體的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不能把物體看作質(zhì)點(diǎn)．(2)物體有轉(zhuǎn)動(dòng)，但物體的轉(zhuǎn)動(dòng)不是我們所要研究的主要問題時(shí)，物體本身的形狀和大小已變成了次要因素．(3)物體本身的大小對(duì)所研究的問題不能忽略時(shí)，不能把物體看作質(zhì)點(diǎn)，如研究火車過橋的時(shí)間時(shí)就不能把火車看作質(zhì)點(diǎn)．[課堂訓(xùn)練)1．下列關(guān)于質(zhì)點(diǎn)的說法中，正確的是A．體積很小的物體都可看成質(zhì)點(diǎn)B．質(zhì)量很小的物體都可看成質(zhì)點(diǎn)C.不論物體的質(zhì)量多大，只要物體的尺寸跟物體間距相比甚小時(shí)，就可以看成質(zhì)點(diǎn)D．只有低速運(yùn)動(dòng)的物體才可看成質(zhì)點(diǎn)，高速運(yùn)動(dòng)的物體不可看作質(zhì)點(diǎn)答案：C2．在以下的哪些情況中可將物體看成質(zhì)點(diǎn)?(1)研究某學(xué)生騎車回校的速度．(2)對(duì)這位學(xué)生騎車姿勢進(jìn)行生理學(xué)分析．(3)研究火星探測器從地球到火星的飛行軌跡．(4)研究火星探測器降落火星后如何探測火星的表面．答案：(1)(3)3．下列情形中的物體可以看作質(zhì)點(diǎn)的是………（）A.跳水冠軍郭晶晶在跳水比賽中B.一枚硬幣用力上拋，猜測它落地時(shí)是正面朝上還是反面朝上C.奧運(yùn)會(huì)冠軍邢慧娜在萬米長跑中D．花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員在比賽中答案：C二、參考系※平時(shí)我們說樹木、房屋是靜止的，行駛的汽車是運(yùn)動(dòng)的，這是以地面作標(biāo)準(zhǔn)來說的．坐在行駛的火車?yán)锏某丝?，認(rèn)為自己是靜止的，而在車廂里走動(dòng)的乘務(wù)員在運(yùn)動(dòng)，他還認(rèn)為路旁的樹木在向后倒退，這些都是以車廂作標(biāo)準(zhǔn)來說的．在描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，選來作為標(biāo)準(zhǔn)的另外的物體——參考系．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．[討論與交流]與同桌和前排(或后排)同學(xué)組成四人一組，思考并交流討論下列描述中隱含的參考系．展示問題：1．電影《閃閃的紅星》中有兩句歌詞：“小小竹排江中游，巍巍青山兩岸走”這其中分別描述了兩種運(yùn)動(dòng)情景，那么它們分別是以什么為參考系的?2．“月亮在蓮花般的云朵里穿行．”3．坐在美麗的校園內(nèi)學(xué)習(xí)毛澤東的詩句“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”時(shí)，我們感覺是靜止不動(dòng)的．這與詩句里的描述是否矛盾?說明理由．4．敦煌曲子詞中有這樣的詩句：“滿眼風(fēng)波多閃爍，看山恰似走來迎，仔細(xì)看山山不動(dòng)，是船行．”其中“看山恰似走來迎”和“是船行”所選的參考系分別是什么?※[課堂交流]下述物理過程中選擇什么為參考系較恰當(dāng)?1．2023年，所有的目光都集中在火星．繼美國宇航局的兩臺(tái)火星探險(xiǎn)漫游者“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)之后，歐洲的火星快車飛船已順利地將“獵兔犬”2號(hào)火星登陸車投放至火星表面．從地球表面向火星發(fā)射火星探測器的過程中，若要研究探測器的運(yùn)動(dòng)情況，各應(yīng)選擇什么為參考系?2．在印度洋海嘯救災(zāi)中，從水平勻速航行的飛機(jī)上向受災(zāi)的地區(qū)空投救災(zāi)物資．在不考慮空氣阻力的情況下，飛機(jī)上的人以飛機(jī)作參考系，他看到投下的物體是沿什么路線下落的?地面上的人以地面作參考系，觀察被投下的物體又是沿著什么路線下落的?3．第一次世界大戰(zhàn)期間的一次空戰(zhàn)中，一個(gè)法國飛行員正在2000米高的空中飛行，忽然，他發(fā)現(xiàn)臉旁好像有一個(gè)小東西在飛舞，他以為是一只小昆蟲，于是就伸手輕松地把它抓了過來，仔細(xì)一看，把他嚇出一身冷汗來．他抓住的不是別的，是德國飛機(jī)射向他的一顆子彈。請(qǐng)根據(jù)上述信息討論回答以下問題，并注意體會(huì)參考系的選取與運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性．(1)子彈飛得那么快(一般為幾百米每秒)，為什么沒有把他的手打穿?體會(huì)一下，同一物體相對(duì)于不同的參考系運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同嗎?(2)受類似現(xiàn)象的啟發(fā)，人們實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)在飛行途中進(jìn)行空中加油，在航天飛行中，宇宙飛船發(fā)射到太空和正在繞地球運(yùn)動(dòng)的空間站實(shí)行空中對(duì)接．實(shí)現(xiàn)“空中加油”和“空中對(duì)接”應(yīng)滿足的基本條件是什么?4．1997年6月10日，在我國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征一號(hào)”運(yùn)載火箭成功發(fā)射的“風(fēng)云二號(hào)A”氣象衛(wèi)星，是我國研制成功的第一顆靜止氣象衛(wèi)星，設(shè)計(jì)工作歷時(shí)三年．2000年6月25日，“長征三號(hào)”運(yùn)載火箭又將我國自行研制的第二顆“風(fēng)云二號(hào)B”氣象衛(wèi)星成功發(fā)射上天，在太空中順利完成與A星的“新老交替”，最終定點(diǎn)在東經(jīng)105°赤道上空，向地面?zhèn)骰刂袊爸苓叺貐^(qū)的高質(zhì)量的氣象資料．(1)上述材料中的“靜止氣象衛(wèi)星”最終定點(diǎn)在東經(jīng)105°赤道上空，是以誰為參考系來描述衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)的?(2)具有上述特點(diǎn)的衛(wèi)星稱為“同步衛(wèi)星”．除了“氣象衛(wèi)星”外，“同步衛(wèi)星”還有什么用途?5．一跳傘運(yùn)動(dòng)員在下落過程中，看到身旁的直升機(jī)在向上運(yùn)動(dòng)，則直升機(jī)相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)情況是怎樣的?參考答案：跳傘運(yùn)動(dòng)員在下落過程中，看到身旁的直升機(jī)在向上運(yùn)動(dòng)，是以自己作參考系，即以跳傘運(yùn)動(dòng)員為標(biāo)準(zhǔn)，它們間的距離在不斷增大．如果以地面為參考系，這種情況的出現(xiàn)有以下幾種可能性：(1)直升機(jī)靜止在空中不動(dòng)；(2)直升機(jī)向上升；(3)直升機(jī)下落，但速度比跳說明：為了確定物體的位置和描述物體的運(yùn)動(dòng)而被選作參考的物體或物體系叫做參考系．如果物體相對(duì)于參考系的位置在變化，則表明物體相對(duì)于該參考系在運(yùn)動(dòng)；如果物體相對(duì)于參考系的位置不變，則表明物體相對(duì)于該參考系是靜止的．同一物體相對(duì)于不同的參考系，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以不同．在運(yùn)動(dòng)學(xué)中，參考系的選擇可以是任意的．研究和描述物體運(yùn)動(dòng)，只有在選定參考系后才能進(jìn)行．如何選擇參考系，必須從具體情況來考慮．例如，一個(gè)星際火箭在岡0發(fā)射時(shí)，主要研究它相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)，所以把地球選作參考系．但是，當(dāng)火箭進(jìn)入繞太陽運(yùn)行的軌道時(shí)，為研究方便，便將太陽選作參考系．為研究物體在地面上的運(yùn)動(dòng)，選地球作參考系最方便，例如，觀察坐在飛機(jī)里的乘客，若以飛機(jī)為參考系來看，乘客是靜止的；若以地面為參考系來看，乘客是在運(yùn)動(dòng)．因此，選擇參考系是研究問題的關(guān)鍵之一．總結(jié)：(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※有時(shí)需要準(zhǔn)確地描述某個(gè)物體所在的位置，如地理上用緯度和經(jīng)度來確定某個(gè)地點(diǎn)在軍事、大地測量等領(lǐng)域常采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)來確定方位．要準(zhǔn)確地描述物體的位置及位置變化需要建立坐標(biāo)系．如果物體在一維空間運(yùn)動(dòng)，即沿一條直線運(yùn)動(dòng)，只需建立直線坐標(biāo)系，就能準(zhǔn)確表達(dá)物體的位置；如果物體在二維空間運(yùn)動(dòng)，即在同一平面運(yùn)動(dòng)，就需要建立平面直角坐標(biāo)系來描述物體的位置；當(dāng)物體在三維空間運(yùn)動(dòng)時(shí)，則需要建立三維直角坐標(biāo)系來描述．[課堂探究]創(chuàng)設(shè)一個(gè)實(shí)例讓學(xué)生思考，可以結(jié)合本地實(shí)際選取相應(yīng)的例子．參考示例：如圖1—1—1所示，一輛汽車從天安門沿長安街駛向西單、南菜園方向，思考汽車的位置隨時(shí)間怎樣變化?問題：1．如何選擇坐標(biāo)軸和正方向?2．如何選擇坐標(biāo)原點(diǎn)?3．如何確定坐標(biāo)軸上的刻度值?※對(duì)質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)，一般選質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為坐標(biāo)軸，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向，選取質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過坐標(biāo)軸原點(diǎn)的時(shí)刻為時(shí)間的起點(diǎn)．※畫坐標(biāo)系時(shí)，必須標(biāo)上原點(diǎn)、正方向和單位長度．[課堂訓(xùn)練]一質(zhì)點(diǎn)在x軸上運(yùn)動(dòng)，各個(gè)時(shí)刻的位置坐標(biāo)如下表：(1)請(qǐng)?jiān)谙旅娴膞軸上標(biāo)出質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位置．(2)哪個(gè)時(shí)刻離坐標(biāo)原點(diǎn)最遠(yuǎn)?有多遠(yuǎn)?參考答案：（1)如圖標(biāo)注：(2)在第4s末的位置坐標(biāo)是一7m，說明這一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)離開坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為7m，在[本節(jié)小結(jié)]::本節(jié)學(xué)習(xí)的參考系和質(zhì)點(diǎn)的概念是運(yùn)動(dòng)學(xué)甚至整個(gè)力學(xué)的最基本、最重要的概念，并且還提供了重要的科學(xué)思維方法．了解參考系的概念，對(duì)于觀察、比較、研究物體的運(yùn)動(dòng)有實(shí)際的意義．同學(xué)們要明白，嚴(yán)格意義上的“有質(zhì)量的點(diǎn)”實(shí)際上是不存在的，是一種理想化模型，是對(duì)實(shí)際物體的近似，是一種科學(xué)抽象．自然界中任何一種事物及其運(yùn)動(dòng)變化，都是比較復(fù)雜的，研究問題，要暫時(shí)撇開起作用很小的因素，抓住主要因素．如果在我們研究的問題中，物體的形狀、大小，以及物體上各部分運(yùn)動(dòng)的差異是次要的或不起作用的，就可以把它看成質(zhì)點(diǎn)．作業(yè)：教材第13頁問題與練習(xí)板書設(shè)計(jì):§運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)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