第一章 運(yùn)動(dòng)的描述 1.1 質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系 劉倩1.1 質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系【三維目標(biāo)】（一）知識(shí)技能：1、理解質(zhì)點(diǎn)的概念，知道它是一種科學(xué)的抽象，知道科學(xué)抽象是一種普遍的研究方法。2、理解參考系的選取在物理中的作用，會(huì)根據(jù)實(shí)際情況選定參考系。3、會(huì)用坐標(biāo)系描述物體的位置和位置的變化。（二）過(guò)程方法：1、體會(huì)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用，初步掌握科學(xué)抽象理想化模型的方法。2、通過(guò)參考系的學(xué)習(xí)，知道從不同角度研究問(wèn)題的方法。3、體會(huì)用坐標(biāo)方法描述物體位置的優(yōu)越性。（三）情感態(tài)度價(jià)值觀：1、認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)是宇宙中的普遍現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)自然、勇于探索的精神。2、滲透抓住主要因素，忽略次要因素的哲學(xué)思想。3、滲透具體問(wèn)題具體分析的辯證唯物主義思想?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1、理解質(zhì)點(diǎn)的概念2、從參考系中明確地抽象出了坐標(biāo)系的概念【教學(xué)難點(diǎn)】1、理解質(zhì)點(diǎn)的概念。2、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。【教學(xué)方法】聯(lián)系日常生活中的實(shí)例，老師引導(dǎo)學(xué)生得出有關(guān)物理概念。【教學(xué)設(shè)計(jì)】（一）新課導(dǎo)入在我們周圍，到處可以看到物體在運(yùn)動(dòng)：汽車在公路上飛馳，江水在咆哮著奔向遠(yuǎn)方，鳥兒在飛翔，樹葉在搖動(dòng) 就連我們腳下的地球，也在不停地自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)。我們把物體的空間位置隨時(shí)間的變化，叫機(jī)械運(yùn)動(dòng)，它是自然界中最簡(jiǎn)單、最基本的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。（二）新課教學(xué)一、機(jī)械運(yùn)動(dòng)1、定義：物體的空間位置隨時(shí)間發(fā)生變化叫機(jī)械運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱運(yùn)動(dòng)。2、運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性和靜止的相對(duì)性：宇宙中的一切物體都在不停地運(yùn)動(dòng)，無(wú)論是巨大的天體，還是微小的原子、分子，都處在永恒的運(yùn)動(dòng)之中。運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，靜止是相對(duì)的。二、物體和質(zhì)點(diǎn)1、定義：在某些情況下，我們可以忽略物體的形狀和大小，把它簡(jiǎn)化為一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)。（用來(lái)代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)）質(zhì)點(diǎn)是用來(lái)代替物體的具有質(zhì)量的點(diǎn)，因而其突出特點(diǎn)是“具有質(zhì)量”和“占有位置”，但沒(méi)有大小，它的質(zhì)量就是它所代替的物體的質(zhì)量。質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有大小、沒(méi)有體積，因而質(zhì)點(diǎn)是不可能轉(zhuǎn)動(dòng)的。任何轉(zhuǎn)動(dòng)的物體在研究其自轉(zhuǎn)時(shí)都不可簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn)不一定是很小的物體，很大的物體也可簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)。同一個(gè)物體有時(shí)可以看作質(zhì)點(diǎn)，有時(shí)又不能看作質(zhì)點(diǎn)，要具體問(wèn)題具體分析?！纠浚?）地球在繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，同時(shí)在自轉(zhuǎn)，什么情況下能看成質(zhì)點(diǎn)呢？研究地球公轉(zhuǎn)時(shí)，由于日地間距離遠(yuǎn)大于地球大小，由地球大小引起的各部分運(yùn)動(dòng)差異可以忽略不計(jì)，可忽略地球的大小和形狀，可把地球看成質(zhì)點(diǎn)。研究地球自轉(zhuǎn)時(shí)，就不能忽略各部分運(yùn)動(dòng)差異，也就不能忽略地球的大小和形狀，就不能把地球看成質(zhì)點(diǎn)。（2）火車在鐵軌上行駛，他的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及車輪的運(yùn)動(dòng)很復(fù)雜，能否看成質(zhì)點(diǎn)呢？研究火車整體的運(yùn)動(dòng)時(shí)可認(rèn)為列車上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況完全相同，可以用一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示列車這個(gè)龐然大物的運(yùn)動(dòng)，可把列車看成質(zhì)點(diǎn)。如研究列車的運(yùn)行速度時(shí)，可將列車視為質(zhì)點(diǎn)。再有，研究火車從北京到上海的運(yùn)行時(shí)間時(shí)可將列車看成質(zhì)點(diǎn)。研究車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就不能把列車看成質(zhì)點(diǎn)。再有，研究火車過(guò)橋時(shí)間時(shí)也不可將列車看成質(zhì)點(diǎn)。2、把物體看成質(zhì)點(diǎn)的條件如果在研究的問(wèn)題中，物體的形狀、大小及物體上各部分運(yùn)動(dòng)的差異是次要或不起作用的因素，就可以把物體看做一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。另一種情況是：雖然物體的大小和形狀不能忽略，但其上任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可代替整個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，可把物體看成質(zhì)點(diǎn)?！揪毩?xí)】1、下列情況中的物體，哪些可以看成質(zhì)點(diǎn)研究在水平推力作用下沿水平地面運(yùn)動(dòng)的木箱 粗糙地面上放一只木箱，在上面的箱角處用力推它，使木箱翻轉(zhuǎn)時(shí) ×研究手榴彈被拋出后的運(yùn)動(dòng)軌跡 研究人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng) 跳水運(yùn)動(dòng)員在跳水比賽中 ×花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員在比賽中 ×奧運(yùn)冠軍邢慧娜在萬(wàn)米長(zhǎng)跑中 2、下列關(guān)于質(zhì)點(diǎn)的說(shuō)法中，正確的是（ ）A、體積很小的物體都可看成質(zhì)點(diǎn)（研究原子核的構(gòu)造時(shí)）B、轉(zhuǎn)動(dòng)著的物體不可以看成質(zhì)點(diǎn)（地球公轉(zhuǎn)）C、任何物體在一定條件下都可以看成質(zhì)點(diǎn)D、只有做直線運(yùn)動(dòng)的物體才能看成質(zhì)點(diǎn)答案：C3、下列各種情況中，可以所研究對(duì)象（加點(diǎn)者）看作質(zhì)點(diǎn)的是（ ）A、研究小木塊的翻倒過(guò)程。B、研究從橋上通過(guò)的一列隊(duì)伍。C、研究在水平推力作用下沿水平面運(yùn)動(dòng)的木箱。D汽車后輪，在研究牽引力的來(lái)源時(shí)。質(zhì)點(diǎn)和幾何中的點(diǎn)是一回事嗎？1、相同點(diǎn)：都是沒(méi)有形狀和大小的點(diǎn)。2、不同點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)是實(shí)際物體的抽象，它具有一定的物理內(nèi)涵，不僅具有物體的全部質(zhì)量，而且是一相對(duì)的物理概念；幾何中的點(diǎn)沒(méi)有質(zhì)量，僅表示位置，而且應(yīng)該絕對(duì)的小。答案：C3、“物理模型” 在物理學(xué)中，突出問(wèn)題的主要因素，忽略次要因素，建立理想化的“物理模型”，并將其作為研究對(duì)象，是經(jīng)常采用的一種科學(xué)研究方法。質(zhì)點(diǎn)就是這種物理模型之一。三、參考系【例】：人坐在運(yùn)動(dòng)的火車中，以窗外樹木為參考系，人是運(yùn)動(dòng)的。以車廂為參考系，人是靜止的?！纠浚旱谝淮问澜绱髴?zhàn)期間，一飛行員駕機(jī)飛行時(shí)，發(fā)現(xiàn)座艙外有一黑色小物體，他伸手抓過(guò)來(lái)一看，竟是顆子彈頭！飛行員為何沒(méi)被子彈擊傷？如果飛行員站在地面上，他還敢抓飛行中的子彈嗎？1、定義：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(lái)作標(biāo)準(zhǔn)（假定為不動(dòng)）的參照物稱為參考系。2、物體一旦被選做參照系，則認(rèn)為此物體是靜止的。3、參考系的選取是任意的，選取得當(dāng)，會(huì)使問(wèn)題的研究變得簡(jiǎn)潔、方便。一般選取地面或相對(duì)地面靜止的物體為參考系。4、同一運(yùn)動(dòng)，如果選擇的參考系不同，運(yùn)動(dòng)情況一般不同。5、比較兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況，必須選擇同一個(gè)參考系才有意義?！揪毩?xí)】1、對(duì)于參考系，下列說(shuō)法正確的是（ ）A參考系必須選擇地面。B研究物體的運(yùn)動(dòng)，參考系選擇任意物體其運(yùn)動(dòng)情況是一樣的。C選擇不同的參考系，物體的運(yùn)動(dòng)情況可能不同。D研究物體的運(yùn)動(dòng)，必須選定參考系。 答案：CD2關(guān)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)和參照物，以下說(shuō)法正確的有（ ） A. 研究和描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須選定參照物。 B. 由于運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，描述運(yùn)動(dòng)時(shí)，無(wú)需選定參照物。 C. 一定要選固定不動(dòng)的物體為參照物。 D. 研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須選地球?yàn)閰⒄瘴铩?答案：A 四、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(lái)確定某個(gè)地點(diǎn)在軍事、大地測(cè)量等領(lǐng)域常采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)來(lái)確定方位1、定義：為了定量地描述物體的位置及位置的變化，需要在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。2、坐標(biāo)系的種類 一維坐標(biāo)：描述物體在一條直線上運(yùn)動(dòng)，即物體做一維運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以以這條直線為x軸，在直線上規(guī)定原點(diǎn)、正方向和單位長(zhǎng)度，建立直線坐標(biāo)系。 二維坐標(biāo)：平面直角坐標(biāo)，描述物體在一平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，即二維運(yùn)動(dòng)時(shí)，需采用兩個(gè)坐標(biāo)確定它的位置。 三維坐標(biāo)：立體坐標(biāo)系，描述物體在空間的運(yùn)動(dòng)?！纠恳毁|(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)谙旅娴膠軸上標(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)? 答案：在第4 s末的位置坐標(biāo)是7m，說(shuō)明這一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為7 m，在x軸的負(fù)向上，為最遠(yuǎn)，而其他幾個(gè)都不是最遠(yuǎn)的資料袋300多年前，堂·吉訶德的作者塞萬(wàn)提斯在描寫騎士和他的侍從騎著木馬旅行時(shí)，有這樣一段故事：人們對(duì)堂·吉訶德說(shuō)：“請(qǐng)騎在馬背上，只要你把馬脖子上的套管一扭動(dòng)，木馬就會(huì)騰空而起，平平穩(wěn)穩(wěn)地把你送到瑪朗布魯諾等待你的地方。不過(guò)，為了不使你因高速奔馳而頭暈，一定要蒙上你的眼睛才乘坐?！碧?#183;吉訶德和他的侍從上了馬，他們的眼睛也蒙了起來(lái)。堂·吉訶德摸到了那個(gè)套管，用力一扭。堂·吉訶德對(duì)侍從說(shuō)：“我們的旅行開(kāi)始了！我詛咒，我一生從來(lái)沒(méi)有騎過(guò)這樣快、這樣平穩(wěn)的馬?！笔虖恼f(shuō)：“是的，我覺(jué)得迎面而來(lái)的大風(fēng)，就好像有許多風(fēng)箱朝我們鼓風(fēng)一樣?！笔聦?shí)上，真的是人們正在用幾個(gè)巨大的風(fēng)箱朝著他們鼓風(fēng)，木馬卻還呆在原地，一步也沒(méi)動(dòng)。塞萬(wàn)提斯是根據(jù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理來(lái)編寫這段故事的。由運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理可知：一個(gè)人相對(duì)于周圍的物體向前運(yùn)動(dòng)，和他自己靜止不動(dòng)，周圍的物體向后運(yùn)動(dòng)，其感覺(jué)完全一樣。運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)上有著廣泛的應(yīng)用，研制飛機(jī)時(shí)，使用的風(fēng)洞就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。飛機(jī)在高空飛行時(shí)，氣流對(duì)飛機(jī)的阻力和升力起著重要的作用。要取得氣流與飛機(jī)飛行之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)，本應(yīng)駕飛機(jī)飛行，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但是，這樣做既危險(xiǎn)又浪費(fèi)。于是人們根據(jù)相對(duì)性原理，把飛機(jī)懸吊在大型管道風(fēng)洞中不動(dòng)，然后讓空氣從風(fēng)洞中向后高速流去，以此代替飛機(jī)在高空的飛行。這種試驗(yàn)方法，大大方便了實(shí)驗(yàn)工作的順利進(jìn)行，也大大促進(jìn)了飛機(jī)制造工業(yè)的發(fā)展。5