质点参考系和坐标系教学设计.doc

质点、参考系和坐标系教学设计
襄阳四中高一物理组 沈冬
整体设计
质点模型是高中物理提出的第一个物理模型，也是最简单的模型，对质点概念的形成以及质点模型的建立过程，教学要求是初步的.由于运动的相对性，描述质点的运动时必须明确所选择的参考系，为了准确、定量地描述质点的运动，又要建立坐标系.质点、参考系和坐标系是描述物体运动的基础知识，所以本教学设计是逐步展开的. 
本课程的教学设计要解决两个问题：一是通过在教学中创设多样的问题情景，引导学生讨论并总结质点的概念；二是合作探究引入参考系和坐标系的意义，以及如何建立合适的参考系和坐标系，然后介绍全球卫星定位系统，让学生了解信息，拓展视野.
一、教学目标
1．知识与技能：
(1)理解质点的概念．能明确物体在什么情况下可以看作质点．
(2)知道参考系的概念．知道选取参考系时，要考虑到使运动的描述尽可能简单．
(3)知道坐标系的概念．能够用坐标系描述物体的位置和位置的变化．
2．过程与方法：
(1)领悟质点概念的提出和分析、建立的过程
(2)了解物理学研究中物理模型的特点，初步掌握科学抽象这种研究方法
(3)通过数形结合的学习，认识数学工具在物理学中的作用
3．情感态度与价值观：
(1)通过学生的观察、探究体验，使学生保持对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常
生活中的物理学道理
(2)通过小组讨论，培养学生相互合作、共同探索的团队精神，并使学生学会合作与交流，逐步形成严谨求实的科学态度
(3)体验物理学研究问题的方法——科学抽象，养成正确处理问题的方法，学会在研究问
题中突出主要矛盾的哲学价值观
二、教学重点、难点
1．教学重点及其教学策略：
重点：质点概念的理解、参考系的选取、坐标系的建立
教学策略：通过观察、思考、讨论和实例分析来加深理解。
2．教学难点及其教学策略：
难点：理想化模型——质点的建立，及相应的思想方法
教学策略：通过问题的讨论，在原有认知水平上进一步深化拓宽，达到认知的螺旋上升，攻克难点
三、教学资源
1．演示器材：铁环,竹蜻蜓，纸飞机
2．课件：PPT
3. 图片资料
4．多媒体教学设备一套。
四、课时安排               
1课时
五、教学过程
［新课导入］
动画图片展示, 生活中有各式各样的运动.
老师:转动的地球，飞翔的小鸟，奔驰的火车……诗中有“坐地日行八万里”， 宇宙中的一切物体都在不停地运动，无论是巨大的天体，还是微小的原子、分子等.请大家回顾初中学过的机械运动，想想生活中的运动
学生:一切物体都在运动
运动是绝对的，静止是相对的
怎么感觉不到自己的运动
教师总结学生发言，讲述机械运动.
机械运动：简称“运动”.指物体与物体间或是物体的一部分和另一部分间相对位置随时间发生改变的过程，是最基本、最简单、最普遍的运动形式.机械运动是空间位置随时间变化的体现.这里涉及到空间和时间的问题.
老师：古希腊杰出的哲学家、科学家、圣贤——亚里士多德曾说过“不了解运动，就不了解自然”，而对自然的认识和探索是人类的本能愿望,伴随着人类的发展.现在,我们每个人都可以把自己想象成科学的开路者,去探索运动的秘密吧.
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，提问：怎样认识运动？
谁的运动？——研究对象 怎么运动？——运动描述 为什么？——揭示规律
文学家、艺术家采用形象的手法。“凌云戏月游银汉,转瞬翔天过太空”，短短一两句话就勾勒出航天飞船的雄姿。画家几个线条就给我们运动的感觉。科学家怎样描述物体的运动呢？
著名物理学家海森伯曾说过：“为了理解现象，首要条件就是引入适当的概念。只有借助于正确的概念，我们才能真正知道观察到了什么。”本节学习描述运动的一些基本概念.
学生通过阅读、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动而引入的，要研究物体的运动首先从学好这些基本概念入手.
教师演示1将课前准备好的铁环向前滚出.提问:铁环在滚动的过程中有什么特点？
学生:一边转动,一边前进.
教师演示2教师将漂亮的竹蜻蜓双手一搓，竹蜻蜓便飞到学生中间. 
竹蜻蜓的运动跟铁环的运动一样吗？它又有什么特点？
学生合作讨论得到结果：既有向前的飞行，又有自身的转动. 
教师演示3将纸飞机向前仍出.
学生:向前飞,无转动.
教师提出问题: 自然界物体的运动是多种多样的，要想详细而准确地描述物体上各部分的运动，并不是一件容易的事.
根据刚才的演示实验和生活经验思考，描述物体运动的困难和麻烦出在哪里？
展示图片,学生思考后指出:物体的大小和形状给研究带来了困难.
教师:能不能克服这些麻烦呢？
列举:有些有车载GPS系统的车辆被盗,警方定位时,需要考虑汽车的大小和形状吗?
据报道，“神舟”十号飞船长23m，最大直径2.9m.升空后，显示在指挥部荧光屏上的是什么样子?科学家研究它在空中的位置、离开地面的高度、飞行的速度、运动轨道等问题时，需要考虑它本身的大小和形状吗？
学生:没必要考虑.
教师:实际上,我们有时已经是忽略了一些影响小的因素而只考虑主要因素.(次要:大小,形状. 主要:质量---本质属性)
引入质点：用来代替物体的有质量的点.根据所研究问题的性质和需要，抓住问题中的主要因素，忽略次要因素，建立一种理想化的模型，使复杂问题得到简化，这是一种重要的科学研究方法.
学生讨论
1.地球是一个庞然大物，直径约为12 800 km，与太阳相距1.5×108 km.研究地球绕太阳的公转时，能不能把它看成质点?研究地面上各处季节变化时，能不能把它看成质点?
2.火车从襄阳到武汉,讨论火车运行时间,火车可以看作质点吗?还是这列火车,讨论它出站时间,可以当作质点吗?
3.撑杆跳高是一项非常刺激的体育运动项目，一般来说可以把撑杆跳运动分为如下几个阶段：助跑、撑杆起跳、越过横杆.讨论并思考后回答，在下列几种情况下运动员能否被看作质点，从中体会质点模型的建立过程.
（1）教练员针对训练录像纠正运动员的错误时，能否将运动员看成质点？
（2）分析运动员的助跑速度时，能否将其看成质点？
（3）测量其所跳高度（判断其是否打破纪录）时，能否将其看成质点？
教师提问后,引导学生对质点进行小结：1.质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型.
2.质点是对实际物体的近似，这也是物理学中常用的一种重要的研究方法.
3.一个物体能否看成质点，取决于它的形状和大小在所研究问题中是否可以忽略不计，而跟自身体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关.
4.一个物体能否被看作质点，取决于所研究问题的性质.即使是同一个物体，在研究的问题不同时，有的情况下可以看作质点，而有的情况可能不可以看作质点.
将物体看作质点的条件：
阅读课本火车及地球两段,引导学生总结
（1）平动的物体往往可以看作质点，一般研究物体的转动时不能把物体看作质点.
（2）物体有转动，但物体的转动不是我们所要研究的主要问题时，物体本身的形状和大小已变成了次要因素.
（3）物体本身的大小对所研究的问题不能忽略时，不能把物体看作质点，如研究火车过桥的时间时就不能把火车看作质点.
师生活动：找一位同学站到讲台前面，站好不动.教师从讲台一侧走向另一侧，同时问该同学：“我是静止的还是运动的？”
第二次与该同学并排同速走动，再次询问：“我是运动的吗？”
再问坐在教室里的其他同学。
教师设疑：为什么对于同一物体的同一状态，关于运动和静止的说法不一样呢？
学生合作讨论后回答：是因为观察的角度即所选参考系不同. 
教师: 自然界的一切物体都处于永恒的运动中，绝对静止的物体是不存在的；运动是绝对的.运动又具有相对性.因此，要描述一个物体的运动，首先要选定某个其他物体作参考，观察物体相对于这个物体的位置是否随时间变化，以及怎样变化. 描述物体的运动时，另外选来作为标准的物体，称为参考系. 
课堂讨论：下述物理过程中选择什么为参考系较恰当？
2004年，欧洲的火星快车飞船顺利地将“猎兔犬”2号火星登陆车投放至火星表面.从地球表面向火星发射火星探测器的过程中，若要研究探测器的运动情况，各应选择什么为参考系？
一跳伞运动员在下落过程中，看到身旁的直升机在向上运动，则直升机相对于地面的运动情况是怎样的？
匀速飞行的飞机空投物资，地面上的人看它的轨迹什么样？飞机上的人呢？为什么？
教师平抛一物体作演示
教师小结：
（1）运动和静止都是相对于参考系的.
（2）参考系的选取是任意的.
（3）选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样.
（4）选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便.
（5）比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义.
教师提问:假设你在学校的樱花大道上，沿南北方向笔直地奔跑，如果要问你到了哪里，我们会怎样表示呢？
我们可以选择大家所熟悉的标志（比如篮球框）作为参考，说明你的位置。那么能否借助数学方法呢？
学生:数轴
教师:一般说来，为了定量地描述物体的位置变化,需要在参考系上建立适当的坐标系（coordinate system）。用坐标值来表示物体的位置。
提问：如何选择坐标轴和正方向？如何选坐标原点？如何确定坐标轴上的刻度值？
对质点的直线运动，一般选质点的运动轨迹为坐标轴，质点运动的方向为坐标轴的正方向，选取质点经过坐标轴原点的时刻为时间的起点.
如果物体在一维空间运动，即沿一条直线运动，只需建立直线坐标系，就能准确表达物体的位置；如果物体在二维空间运动，即在同一平面运动，就需要建立平面直角坐标系来描述物体的位置；当物体在三维空间运动时，则需要建立三维直角坐标系来描述. 如地理上用纬度和经度来确定某个地点.在军事、大地测量等领域常采用全球卫星定位系统（GPS）来确定方位.
板书设计：
第一节 质点参考系和坐标系
一、质点
１、定义：用来代替物体的有质量的点叫质点。
２、实物简化为质点的条件：
物体的大小和形状对研究的问题的影响可忽略不计。
理想模型:抓住主要特征，忽略次要因素
说明：质点就是一个理想模型。
二、参考系
１、选来作为标准的另外的物体叫做参考系。
２、选择不同的参考系来观察同一运动，观察的结果会有不同。
３、选择的原则：观测方便和使运动的描述尽可能简单
三、坐标系：
为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系．