质点参考系和坐标系教案
第一章运动的描述
质点参考系和坐标系
★新课标要求
（一）知识与技能
1、知道质点的概念及条件。
2、知道参考系概念及作用。
3、掌握坐标系的简单应用。
（二）过程与方法
1、体验质点的条件及意义，初步掌握科学抽象这种研究方法。
2、体验不同参考系中运动的相对性，促使学生形成勤于观察、勤于思考的习惯，提高学生自主获取知识的能力。
3、体会用坐标方法，描述物体位置的优越性，可用不同的方法设计实验并体会比较。增强学生发现问题并力求解决问题的意识和能力。
（三）情感、态度与价值观
1、认识运动是宇宙中的普遍现象，运动和静止的相对性。培养学生热爱自然、关心科技发展、勇于探索的精神。
2、不同的参考系中现象不同，帮助学生建立辨证唯物主义的世界观。
★教学重点
理解质点概念以及初步建立质点概念所采用的抽象思维方法。
★教学难点
将一个实际的物体抽象为质点的条件。
★教学方法
教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。
★教学过程
（一）引入新课
教师活动：指导学生快速阅读教材第一段，并粗看这节课的黑体字标题，提出问题：要描述物体的机械运动，本节课将从哪几个方面去描述？
学生活动：通过阅读、思考，对本节涉及的概念有个总体印象，知道这些概念都是为了进一步描述物体的运而引入的，要研究物体的运动首先从学好这些基本概念入手。
（二）进行新课
1、对质点概念的学习
教师活动：指导学生仔细阅读“物体和质点”一部分，同时提出问题：
1、为什么在某些情况下要把物体转化为质点？
2、什么情况下才可以把物体转化为质点？
3、把物体转化为质点是一种怎样的研究方法？
学生活动：首先留出时间让学生阅读教材，然后每四人一组展开讨论，每组选出代表发表见解，提出疑问；
教师活动：教师帮助学生总结，回答学生可能提出的问题，进行点评。
学生活动：思考P13“问题与练习”第1小题，讨论后作出解答。
教师活动：针对学生的回答进行点评。
2、对参考系和坐标系概念的学习
教师活动：指导学生认真阅读教材，仔细观察插图1.1-3和图1.1-4，并思考图中所提出的问题，想一想为什么要选参考系？应怎样选择参考系？
学生活动：学生阅读教材，思考问题，在阅读中自己寻求答案。就“说一说”栏目所提问题展开讨论，并发表见解，
教师活动：针对学生的见解作点评，对学生可能提出的问题进行解答。
学生活动：思考P13“问题与练习”第2、3小题，讨论后作出解答。
教师活动：针对学生的回答进行点评。
（三）课堂总结、点评
1、质点――理想模型
质点是一种科学抽象，是在研究物体运动时，抓住主要因素，忽略次要因素，对实际物体的近似，是一个理想化模型。
一个物体能否视为质点，要具体情况具体分析。例如：一列火车从北京开往上海，在计算运行时间时，可以忽略列车的长短，把它视为质点；但是，同样这列火车，要计算它通过黄河铁路大桥所需时间时，必须考虑列车的长度，不可把列车视为质点。
一个物体能否看作质点，主要取决于物体的大小和形状在所研究的问题中是否属于次要的、可以忽略的因素，而不是仅仅取决于物体的大小。地球虽然很大，但在研究地球绕太阳的公转时，地球的大小相对它到太阳的距离可以忽略，故可视为质点；乒乓球虽然小，在研究它的旋转对运动的影响时，却不能看成质点。
2、实际物体在下列三种情况下都可简化为质点：
（1）物体的大小和形状对研究问题的影响可忽略不计。
（2）物体上的各点的运动情况都是相同的，所以研究它上面某“点”的运动规律就可以代表它的整体运动情况了，故此物体也可当质点处理。
（3）有转动、但相对平动而言可以忽略时，也可以把物体视为质点。
如汽车在运行时，虽然车轮有转动，但我们关心的是车辆整体运动的快慢，故汽车可以看成质点。
2、（1）参考系：为了描述一个物体的运动，选来作为标准的物体，叫参考系。
（2）选择不同的参考系观察同一个运动，观察的结果会有不同。
（3）参考系是可任意选取，但选择的原则要使运动和描述尽可能简单。比如，研究地面上物体的运动，选择地面或相对地面动的物体作参考系要比选太阳作参考系简单。
3、坐标系
如果物体沿直线运动，为了定量描述物体的位置变化，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。
一般来说，为了定量地描述物体的位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系。
教学中注意以下几点：
（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。
（四）实例探究
☆关于机械运动的认识
［例1］下列哪些现象是机械运动
A．神舟5号飞船绕着地球运转
B．西昌卫星中心发射的运载火箭在上升过程中
C．钟表各指针的运动
D．煤燃烧的过程
解析：A、B、C三种现象中物体都有机械位置的变化，所以是机械运动；D煤的机械位置没有变化，所以不是机械运动。故ABC正确
☆关于质点的应用
［例2］在研究下列哪些运动时，指定的物体可以看作质点（）
A．从广州到北京运行中的火车B．研究车轮自转情况时的车轮．C．研究地球绕太阳运动时的地球D．研究地球自转运动时的地球
解析：物体可简化为质点的条件是：物体的大小和形状在所研究的问题中应属于无关或次要的因素。一般说来，物体平动时或所研究的距离远大于物体自身的某些几何尺寸时，便可简化为质点。
答案：AC
［例3］下列关于质点的说法中正确的是（）
A．体积很小的物体都可看成质点
B．质量很小的物体都可看成质点
C．不论物体的质量多大，只要物体的尺寸跟物体间距离相比甚小时，就可以看成质点D．只有低速运动的物体才可看成质点，高速运动的物体不可看做质点
解析：一个实际物体能否看成质点，跟它体积的绝对大小、质量的多少以及运动速度的快慢无关，主要决定于这个物体的尺寸和它与周围物体间距离相比是否能忽略，同时还跟所要研究的问题的性质有关。例如，地球可称得上是个庞然大物，其直径约1.28×107m，质量达6×1024kg，，在太空中绕太阳运动的速度达几百米每秒。但由于其直径与地球离太阳的距离（约1.5×1011m）相比甚小，因此在研究地球公转运动时，完全可忽略地球的形状、大小及地球自身的运动，把它看成一个质点。而同样的这个地球，在研究其昼夜交替及一年四季的成因时，就不能把它看成质点，本题的答案选C。
答案：C
☆关于参考系选择的应用
［例4］第一次世界大战期间，一名法国飞行员在2000 m高空飞行时，发现脸旁有一个小东西，他以为是一只小昆虫，敏捷地把它一把抓过来，令他吃惊的是，抓到的竟是一颗子弹。飞行员能抓到子弹，是因为（）
A．飞行员的反应快B．子弹相对于飞行员是静止
的
C．子弹已经飞得没有劲了，快要落在地上了D．飞行员的手有劲
解析：在日常生活中，我们经常去拾起掉在地上的物品，或者去拿放在桌子上的物品，其实，地面上静止的物体（包括人）都在永不停息地随地球自转而运动，在地球赤道处，其速度大约为465m/s。正因为相对地面静止的物体都具有相同的速度，相互间保持相对静止状态，才使人们没有觉察到这一速度的存在。当飞行员的飞行速度与子弹飞行的速度相同时，子弹相对于飞行员是静止的，因此飞行员去抓子弹，就和我们去拿放在桌上的物品的感觉和道理一样。
答案B
点评：从题中可体会出静止的相对性，其实地面上静止的物体（包括人）都在永不停地随地球自转而运动。
☆用坐标描述质点位置及位置变化
［例5］质点由西向东运动，从A点出发到达C点再返回B点静止。如图，若AC=100m，BC=30m，以B点为原点，向东为正方向建立直线坐标，则：出发点的位置为m，B点位置是m，C点位置为m，A到B位置变化是m，方向。C 到B位置变化为m，方向.
解析：以B为原点、建立坐标系，如图
A（-70m）B（0m）C（+30m）
A到B的变化＋70向东；C到B变化为- 30向西
答案见上
★课余作业
书面完成P13“问题与练习”第4题。
★教学体会
本节学习的质点等概念是运动学乃至整个力学的最基本、最重要的概念。一方面，这些概念的运用贯穿于力学中的各个章节，另一方面还提供了重要的科学思维方法：解决问题时，首先把实际问题抽象成物理模型，然后用数学方法描述这个模型，并寻求解决的办法。
学习质点的概念时，重在让学生理解体会质点是一种理想化的模型，是对实际物体的近似，是一种科学抽象，其含义：自然界中任何一种事物及其运动变化，都是比较复杂的，研究问题，要突出问题的主要方面，忽略次要因素。让学生在自主学习中，通过对多个实例的讨论分析，逐渐领会这种科学思维方法，学会独立分析，切忌机械记忆。
★资料袋
骑马旅行和风洞
300多年前，《堂·吉诃德》的作者塞万提斯在描写骑士和他的侍从骑着木马旅行时，有这样一段故事：
人们对堂·吉诃德说：“请骑在马背上，只要你把马脖子上的套管一扭动，木马就会腾空而起，平平稳稳地把你送到玛朗布鲁诺等待你的地方。不过，为了不使你因高速奔驰而头晕，一定要蒙上你的眼睛才乘坐。”堂·吉诃德和他的侍从上了马，他们的眼睛也蒙了起来。堂·吉诃德摸到了那个套管，用力一扭。堂·吉诃德对侍从说：“我们的旅行开始了！我诅咒，我一生从来没有骑过这样快、这样平稳的马。”侍从说：“是的，我觉得迎面而来的大风，就好像有许多风箱朝我们鼓风一样。”事实上，真的是人们正在用几个巨大的风箱朝着他们鼓风，木马却还呆在原地，一步也没动。
塞万提斯是根据运动的相对性原理来编写这段故事的。由运动的相对性原理可知：一个人相对于周围的物体向前运动，和他自己静止不动，周围的物体向后运动，其感觉完全一样。
运动的相对性原理，在现代科学技术上有着广泛的应用，研制飞机时，使用的风洞就是根据这个原理设计的。
飞机在高空飞行时，气流对飞机的阻力和升力起着重要的作用。要取得气流与飞机飞行之间联系的数据，本应驾飞机飞行，进行实验。但是，这样做既危险又浪费。于是人们根据相对性原理，把飞机悬吊在大型管道——风洞中不动，然后让空气从风洞中向后高速流去，以此代替飞机在高空的飞行。这种试验方法，大大方便了实验工作的顺利进行，也大大促进了飞机制造工业的发展。
一一摘自《物理世界》