高中物理备课资料卡-质点-参考系和坐标系素材.doc

高中物理备课资料卡 质点 参考系和坐标系素材课程标准的要求*（沪科J）通过对质点的认识，了解物理学研究中物理模型的特点，体会物理模型在探索自然规律中的作用。【知识与能力】(鲁科J)知道机械运动是物质运动的一种基本形式，理解参考系的意义，知道运动的绝对性和描述运动的相对性掌握机械运动的空间位置和时间的描述方法。 (鲁科J)理解质点的概念，能判断一个物体在特定的情况下能否看成质点。(鲁科J)1知道运动有多种类型，机械运动是物体最简单的一种运动形式。(鲁科J)2知道参考系的概念。知道对同一物体选择不同的参考系时，观察和描述到的结果会有所不同，通常选择参考系时，要视研究问题的方便而定。(鲁科J)3知道物体在空间的位置可以用坐标系来描述，学会用坐标系来描述物体的空间位置。(鲁科J)5关注科学技术的新进展，关注物理学与其他学科的联系，培养爱国主义情感。【过程与方法】(鲁科J)通过质点的认识，了解物理学研究中物理模型的特点，体会物理模型在探索自然规律中的作用。【情感态度与价值观】(鲁科J)领略自然界运动世界的奇妙与和谐，发展认识物质运动的好奇心与求知欲。(鲁科J)通过“神舟”5号和上海“磁悬浮列车”等介绍，让学生关心科技发展现状与趋势，培养爱国主义的情感和振兴中华的使命感和责任感。【内容结构概述】(鲁科J)通过认识运动，了解自然界小到微观的基本粒子，大到巨大的天体和浩瀚无边的天空的运动世界，激发学生对运动认识和描述的兴趣和求知欲，开始导入本章的主题运动的描述。 (鲁科J)进入主题后，从最基本和最简单的机械运动说起。机械运动是指一个物体相对于其他物体的位置发生了改变，从而自然地引出了三个问题：用来描述物体运动的参照物参考系，如何确定物体的空间位置空间位置的描述，以及机械运动过程中时间的描述。这些问题就构成了本章的第1节内容二运动、空间和时间。为了使学生进一步理解用坐标系来描述物体空间位置，了解科技发展的趋势，教材设置了信息窗“全球定位系统”。教材以“神舟”5号飞船为载体，讲解了时间和时刻两个概念及其两者的区别和联系。为了让学生对空间和时间有一定的感性认识，教材中设置了信息窗“空间和时间的尺度”，同时进行爱国主义的情感教育，拓展学生的视野，体现了突破学科本位、加强物理学科与其他学科的联系的课程基本理念。(鲁科J)需要说明的是，运动是自然界最常见、也最直观的现象，因此，高中物理教材从物体运动的描述开始，既体现了物理来源于生活的基本理念，又加强了与初中知识的联系。(鲁科J)从初中物理到高中物理有一个大的台阶，在教学中，能否让学生成功地跨越这一台阶，对学生学习高中物理起着关键的作用。除绪论外，本章是高中物理的启蒙课，要注意初中物理和高中物理两者之间的梯度，既要在初中基础上有所提升，又要特别注意学习的难度和深度，不能让学生萌发高中物理特别难学的感慨，挫伤学生学习物理的积极性。提高学生的学习兴趣，保持学生高度的学习热情，这是高中物理教师所必须做到的。(人教J)强调力学是物理学的基础，也是物理学及其他科学研究的典范。 对物体运动的研究是物理学产生和发展的源头之一。正如古希腊圣贤亚里士多德所说的那样：“不了解运动，就不了解自然”。物体的空间位置随时问的变化，是自然界中最简单、最基本的运动形态，人们称之为机械运动。在物理学中，研究物体做机械运动规律的分支就是力学。人们在力学的研究中，不仅了解了物体做机械运动的规律，而且还创造了科学研究的基本方法。所以，著名物理教育家和科学史家霍尔顿说：“无论从逻辑上还是从历史上讲，力学都是物理学的基础，也是物理学及其他科学研究的典范力学之于物理学如同骨骼之于人体”。这就是普通高中物理课程标准把“力学”的内容作为必修模块的主要原因。 科学的发展过程和人的科学素质的提高过程具有一致性，是科学教育有效性的基础之一，因而也是科学教育应遵循的一个原则。 力学是物理学及其他科学研究的典范，其表现是多方面的。在这一章中最为突出的是质点模型的建立。物体运动的复杂性向人类渴求描述运动的愿望和智力提出了挑战。认识到科学地描述自然，包括描述物体的运动，不是一种简单的模写，不是拍照，而是突出研究对象和问题的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的“物理模型”，并将其作为研究对象。这样不仅使描述和研究成为可能，而且更深刻地把握了事物的本质。理想化模型源于具体事物又高于具体事物，是感知、思维的产物。就此而言，它的建立既是一种典范，又具有普遍意义。 许多著名物理学家都曾谈及过理想模型。例如，美籍奥裔物理学家韦斯科夫曾风趣的说：“什么叫模型?模型就是奥地利的火车时刻表。奥地利的火车经常晚点，乘客问列车员：你们干吗还要时刻表?列车员回答说：有了时刻表你才知道火车晚点呀!”如果真的没有列车时刻表，铁路交通将会怎样?由此，我们就能感悟到理想化物理模型在科学中的地位和作用了。 关于质点的概念，教科书是从如何处理实际物体运动的复杂性而提出问题，应该说，它是以引导学生进行科学探究的思路展开的。如教科书在展示实际物体运动的复杂性的同时，用极度虚化后飞鸟的图片引发学生思考：如果物体都是一个个只有质量、没有大小的“点”，问题就简单了。那么，什么情况下可以把物体看做这样的“点”呢这样处理的目的不是要求学生记住“质点”的概念，而是要通过这一过程渗透和培养这种科学的思维方法。【教学建议】(鲁科J)1在导入本章和引入第1节时，建议运用幻灯片或多媒体手段进行丰富的图片展示。除了教材上图21、图22、图23外。还应补充更多的图片。图片的种类要多，给学生的感官刺激，要涉及多种运动类型，以避免学生把物体的运动与常见的机械运动混为一谈。对图片中所涉及的其他运动形式，只要让学生知道即可。建议先展示各种各样的运动形式，再就其中的有关机械运动的图片(如教材中图23)引入机械运动的概念。引入机械运动时，最好用有动画效果的多媒体课件，要突出“位置”和“变化”两个关键词，以加深对机械运动的理解，如果没有多媒体课件，可以就地取材，如用手推动着粉笔盒，使其在桌面上运动。在引入了机械运动后才展示章名和第1节的节名，并强调现在学习的只是机械运动的描述方法。 (鲁科J)可以以在平直的公路上同向行驶的两辆汽车为例，采取讨论的方式，让学生体会到选择不同的参考对象，对于同一物体的观察与描述的结果会有所不同，从而让学生知道：什么是参考系，为什么在描述物体的运动之前必须指定参考系；参考系可以任意选取，但一个基本的原则是要使问题的研究简单而又方便；在没有指明参考系时，通常是选地面或相对于地面静止的物体为参考系。实际上，自然界中的一切物体都在不停地运动，相对于地面静止的楼房等也随着地球的运动而运动，要让学生体会到运动是绝对的、静止是相对的这一辩证的观点。 (鲁科J)建议先提出问题，如“某汽车此时位于市中心向东4 km处”、“某汽车此时位于市中心向西5 km处”、“某汽车此时位于市中心向西3 km、向北4 km处”、“某汽车位于向东5 km、向南4 km处”，如何用一维或二维坐标来描述汽车的此时位置?让学生分组讨论不同问题的答案，然后在教师的引导下得出：已知物体的位置如何用坐标来描述它，以及已知物体的坐标如何描述物体的位置。要强调规范：用三角板作图，坐标中的东、南、西、北通常有一定的规定，物理单位最好用符号。 (鲁科J)2时间和时刻有区别也有联系。在时间轴上，时间表示一段，时刻表示一个点。对时间和时刻，学生可能有一定的混淆，如“8时15分”和“8小时15分”所表述的意思是不同的。“神舟”5号是很好的爱国主义教育素材，教师要很好地利用它，建议有条件的学校，可以放映“神舟”5号发射的全过程的剪辑片，介绍“神舟”5号发射成功的意义，如果时间有限，也可以放在课后放映。建议简单介绍科学研究中的“飞秒”和“阿秒”技术，让学生了解科学技术的新成就和新进展，培养热爱科学的情操。 (鲁科J)3教材中的两个“信息窗”“全球定位系统”和“空间和时间的尺度”，可以指导学生课堂阅读，如果时间有限，也可以让学生课后阅读。(鲁科J)1质点是运动学也是动力学中的重要概念。不能把质点的概念“灌输”给学生，可以像教材那样，让学生了解到质点的优越性(使问题的研究简单而又方便)后，才能给出质点的概念。要让学生知道：为什么要引入质点；质点的准确内容没有形状、大小而具有物体全部质量的点；质点是一种理想化的模型，在实际生活中是不存在的；同一个物体能否看成质点，要视具体情况而定。(鲁科J)教学不能只传授知识，更重要的是要使学生了解科学研究的方法，培养学生的思维能力。教师要有意识地向学生介绍什么是理想化模型，理想化模型在物理研究中的作用。为了进一步认识理想化模型，可以适当引申。让学生交流与讨论：除了质点外，物理学中还有哪些理想化模型? (鲁科J)对于物体在什么时候才能看成质点，有的学生可能会产生误解。他们认为小物体(如小球、基本粒子)一定可以看成质点，大物体(如天体)就不能看成质点。要通过实例，采取交流与讨论的方式，让学生真正体会到：把物体看成质点后，对物体的运动或对物体的研究所产生的误差完全可以忽略，物体的形状、大小、各部分运动的差异是不起作用的或是次要的因素时才能看成质点。【课型安排】【课时安排】1S【相关知识准备】(人教版K) 在我们周围，到处可以看到物体在运动：汽车在公路上飞驰，江水在咆哮地奔向远方，鸟儿在飞翔，树叶在摇动连我们脚下的地球，也在不停地自转、公转。物体的空间位置随时间的变化，是自然界中最简单、最基本的运动形态，称为机械运动(mechanical motion)。在物理学中，研究物体做机械运动规律的分支叫做力学(mechanics)。人们在力学的研究中，不仅了解了物体做机械运动的规律，而且还创造了科学研究的基本方法。所以霍尔顿(GHolton)说：“无论从逻辑上还是从历史上讲，力学都是物理学的基础，也是物理学及其他科学研究的典范力学之于物理学如同骨骼之于人体。”在这一章，我们研究怎样描述物体的运动。【教学建议】【学习方法】【导语引入】(鲁科K)我们生活在一个运动的世界之中。 从浩瀚的宇宙到微小的粒子，自然界的一切，都在不停地运动。飞逝的流星、飘浮的白云、飞翔的鸽子、散落的花絮、潺潺的流水、遨游的鱼群这是一个绚丽多彩、变化万千的运动世界。 为了生活与梦想，我们的祖先从远古就开始探索自然界运动的奥秘。经过长期的探索，人们逐步建立了描述运动的概念，并不断寻找探究运动问题的方法，一步步将问题引向深入，揭开了一个又一个与运动有关的奥秘。本章，我们从简单的运动问题人手，逐步建立位移、速度和加速度的概念，学习运用理想模型探究复杂问题的科学研究方法。(人教K)对于机械运动，你一定十分熟悉了。怎样描述机械运动呢?不同的人有不同的视角。诗人可以用“气势磅礴”这样的词语描述大河中的水流，用“矫捷如燕”描述滑冰运动员轻盈的舞姿；画家可以用汽车后面的几个线条表示“风”，来描述车辆的飞驰。科学家应该怎样描述物体的机械运动?(人教J)(1)教材分析 要描述物体的运动，首先要对实际物体建立一个物理模型，最简单的是质点模型。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。为了准确地、定量地描述质点的运动，还要建立坐标系。质点、参考系和坐标系是描述物体运动的基础知识，教材逐步展开这些内容，最后介绍全球卫星定位系统。 本节知识是学习后面内容的基础，也是整个力学的基础。（沪科K）2003年10月15日，一个令人骄傲的口子，一个彪炳史册的日子，我国第一艘载人飞船满载着全国人民的希望成功升空。 飞船在茫茫太空中遨游，如何描述它的运动呢? 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”（注：作者欧阳中石，原诗载光明日报2003年10月17日第1版），短短的一两句话，就勾勒出了航天飞船的雄姿。 科学家需要先建立一些基本概念。20世纪的著名物理学家、量子力学的创立者之一海森伯(WKHeisenberrg)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些什么。”（沪科J）引言展示了我国第一艘载人飞船从发射到返回的全过程，生动地反映了不同的运动形式。引用描写飞船雄姿的诗句，赋予教材以浓郁的人文气息。还以物理学家海森伯语录说明建立物理概念的重要性，自然地引入描述物体运动的课题。 （沪科J）建议：引导学生讨论载人飞船经历了什么样的运动，如加速上升、绕地球运转、减速下降、匀速下落等，使学生对丰富多彩的运动形式有初步的了解，不要求学生使用严谨的物理术语。 （沪科J）组织学生分析诗人欧阳中石的诗句，“凌云”、“戏月”、“游银汉”表示飞船的位置在变化，“转瞬”、“过太空”表示飞船在短时间内通过了很长路程，运动得很快，它以文学语言描述了飞船的运动，与物理学家对物体运动的描述有异曲同工之妙。 （沪科K）在本章中我们将首先引入描述运动的一些基本概念进而通过对直线运动的初步研究，学会如何描述物体运动的快慢、运动变化的快慢，为进一步学习更复杂的运动打下基础。【知识点讲解】质点 (鲁科K)在自然界中，影响物体运动的因素通常都十分复杂，要同时研究一个运动涉及的所有方面往往很困难，甚至是不可能的。为了寻找解决问题的突破口，物理学常用建立理想化模型的方法，抓住影响问题的主要因素，忽略次要因素，从而将问题简化。 (鲁科K)以篮球运动中的投篮为例(图212)，如果需要探究投出去的篮球的运动路径，怎么着手呢? 我们知道，篮球出手后会受到重力、空气的浮力和阻力的作用。在这些力的作用下，篮球的质量、大小、出手时是否旋转等，都会影响其运动的路径。但考虑到篮球运动的速度不大，与重力的影响相比，其他的因素可以忽略。我们就可以将篮球抽象为一个具有一定质量，但不考虑大小、形状的点(图 213)。 (鲁科K)虽然采用这种方法研究篮球的运动，得到的结果并不是篮球的真实运动，但是由于抓住了影响篮球运动的主要因素，忽略的只是一些无关的或者次要的因素，这个结果还是能够比较准确地描述篮球的运动情况的。 (鲁科K)就像上面研究篮球的运动一样，在探究物理问题时，为了研究问题的需要，有时可以忽略物体的大小、形状等因素，把物体简化成为一个具有质量的点，或者说用一个有质量的点来代替整个物体。物理学上把这种用来代替物体的有质量的点叫做质点(mass point)。显然，质点不是真实的物体，它是一种理想化的物理模型。 (鲁科K)一个物体能不能视为质点，需要根据具体问题判定。判定的基本依据是物体的大小和形状等因素对所研究问题的影响是否可以忽略。对同一个物体，在研究某个问题时可以视为质点，而在研究另外的问题时却不能视为质点。(鲁科K)例如，研究地球绕太阳的公转时，尽管地球直径约为1.3 104km，而且本身在自转，但由于地球和太阳之间的距离约为 1.5108km，是地球直径的104倍，因而就地球相对太阳公转来说，地球的大小和自转可以忽略不计，这时我们就可以把地球视为一个质点(图214)。如果研究地球自转，地球的大小和形状等是影响研究问题的重要因素，这时就不能将地球视为质点。(人教K)物体和质点 雄鹰拍打着翅膀在空中翱翔，足球在绿茵场上飞滚在这些司空见惯的现象中，雄鹰、足球都在做机械运动。但是，谁又能准确地描述其上各点的位置及其随时间的变化呢?雄鹰的身体在向前运动，但它的翅膀在向前运动的同时还在上下运动，足球在向前运动的同时还在滚动可见要准确地描述物体的运动，并不是一件容易的事。 困难和麻烦出在哪里?稍加分析就可以知道，这是因为任何物体都有一定的大小和形状，物体各部分的运动情况一般说来并不一样。 你可能会想，要是物体都是一个个没有大小和形状的“点”的话，这些困难和麻烦不就自然地消失了吗?然而，如果自然界中的物体，包括我们每一个人，都是一些没有大小和形状的“点”，这样的世界岂不过于单调乏味了吗? 尽管这种想法与真实的自然界并不相符，但也不要因此而折断想像的翅膀。我们可以转换一下角度，提出这样一个问题：在现实的自然界中，在某些情况下，根据所要研究问题的性质，是否可以忽略某些物体的大小和形状，而把它们看做“点”呢?让我们考察以下几种情况。 人类居住的地球在绕太阳公转，同时又在自转。因此，地球的各部分离太阳的远近在不断变化。但是，如果考虑到地球到太阳的距离约为1510km，而地球本身的直径只有1310km左右，还不到它与太阳距离的万分之一，因此，在研究地球的公转时，由地球的大小而引起的地球上各部分的运动差异就可以忽略不计了。也就是说，可以忽略地球的大小和形状而把它视为“点”。一列火车在铁轨上行驶，它的发动机、传动机构及车轮的运动是很复杂的。但是当我们只关心列车整体的运动情况时，则上述运动均可不予考虑，而用一个“点”的运动代替列车这个庞然大物的运动。 看来，在某些情况下，真的可以不考虑物体的大小和形状。这时，我们突出“物体具有质量”这一要素，把它简化为一个有质量的点，称为质点(mass point)。于是，对实际物体运动的描述，就转化成对质点运动的描述。 一个物体能否看做质点是有条件的。例如，在研究地球的公转时，地球的大小可以忽略；研究宇宙飞船在轨道上的运动时，飞船的大小也可以忽略。这时可以把地球、飞船看做质点。又如，在研究列车沿平直轨道运动的速度变化时，车厢各点的运动完全一样。可以用车上一点的运动代表火车的运动。这时也能把火车看做质点。 从这些例子可以看出，一个物体能否看成质点是由问题的性质决定的。在研究地球的自转和调整飞船的飞行姿态时，或是研究火车车轮的运动时，如果再把地球、飞船和火车当做质点，那就荒唐可笑了。你能说出这是为什么吗?注：在物理学中，突出问题的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的“物理模型”，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法。质点就是这种物理模型之一。 在高中物理共同必修课中，我们只研究那些能够简化为质点的物体的运动。因此今后对于“物体”和“质点”两个词往往不力口区分。（沪科K）怎样对物体进行简化 在研究物体的运动时，为了便于分析，常常需要对具体的物体进行简化。据报道，“神舟”5号飞船载人舱长74m，直径28m，用长 58m、重达480t的“长征”2号火箭发射；升空后，显示在指挥郎荧光屏上的仅是一个小小的光点(图1-3)：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，都不需要考虑它本身的大小和形状，可以把它简化成一个有质量的点。 乒乓球小而轻，直径仅4cm，质量约27g。运动员研究各种旋转球的打法时，要关注球的受力部位和受力方向对旋转的影响 (图1-4)。这种情况下，必须考虑到球的大小和形状，不能把它简化为一个点。 即使是同一个物体，能否简化为一个点，也得依据问题的具体情况决定。列沿京沪铁路运动的火车，若研究它从上海到北京的运动，由于火车的长度远小于上海到北京的距离，就可以把它简化为一个点；若研究它经过南京长江大桥的运动，由于火车的长度可以跟大桥长度相比拟，这时不能把火车科化为一个点。 在物理学中，用来代替物体的有质量的点叫做质点(masspoint)。一个物体能不能看成质点，完全税具体问题而定。（沪科J）质点的概念以学生倍感亲切的“神舟”5号飞船和乒乓球引入，实例的选择很具有代表性。质点是经过科学抽象而建立起来的理想模型。科学抽象的含义是突出主要因素，忽略次要因素。对于什么样的物体可简化成质点，应该具体问题具体分析。如物体的形状、大小以及物体上各部分运动的差异是次要的，就可把它看成是质点。 例如，“神舟”5号飞船的发射升空可分为两个阶段：竖直上升时，飞船上各点的运动情况相同；“神舟”5号飞船变轨后飞行的圆形轨道距地球343km，飞船的大小与轨道半径相比可以忽略，综上所述，可把飞船简化为质点。乒乓球尽管很小，在考察它的旋转时，球上不同部分的运动情况不同，不可以把它简化为质点。（沪科J） 建议：引导学生对教材中的几个实例进行分析、讨论，逐步领会科学抽象的方法，也可让学生自己提出生活中的实例，学会独立分析，切忌罗列实例，机械记忆。1（沪科J）研究地球绕太阳的公转时，由于地球的直径与它到太阳的距离相比可以忽略，可以把它看成质点。研究地面上各处季节变化时，由于地球自转轴与地球公转轨道平面成一定夹角(6634)，地球表面各点接受太阳辐射的情况不相同，故不能把地球看成质点。 建议：请学生联系在地理中学习过的相关内容。 2（沪科J）物理中的“质点”跟几何学中的点的相同之处为：都是没有形状和大小；不同之处为：质点是实际物体的抽象，它具有一定的物理内涵，不仅具有物体的全部质量，而且是一个相对的概念；几何学中的点没有质量，仅表示一个位置，而且应该是“绝对的小”。（沪科J）在具体问题中把物体看成质点的条件是：物体的形状、大小以及物体上各部分运动的差异可以忽略。（沪科J）11节提出了描述物体运动的几个基本概念，通过质点的教学，展示建立物理模型的方法，位移则从大小、方向两方面深化了对物体位置变化的描述。 （沪科J） 建议：引导学生回顾在初中阶段所学机械运动、参考系、路程等概念，结合实例对路程和位移进行对比、分析。通过质点的学习，使他们初步了解建立理想模型的方法和作用。教学中可播放宇航员在太空站中生活的录像，“地球人”以地球为参考系，认为“你和同伴”在高速运动，“你和同伴”以太空站里的物体为参考系，认为自己是静静地坐着。说明物体的运动和静止是对于所选参考系而言的。(人教J)(2)质点的教学 质点模型是高中物理提出的第一个理想模型。我们对质点概念的形成，以及质点模型的建立过程，其教学要求是初步的。学生对科学思维方法也只能是有所认识，要求不能太高。教科书对质点模型建立的思维过程有以下考虑： 物理概念、规律是对一定的物理模型来说的，物理模型的建立过程体现了科学思维方法。 质点概念固然重要，但更重要的是引导学生领悟质点概念的提出和分析、建立质点模型的过程。为此，教材通过实例说明要准确描述物体的运动是十分困难的，分析困难的原因，并逐步指出建立质点概念的必要性，充分展示了物理学研究的科学思维过程，让学生体验什么是科学思维的方法。 教学中要进一步为学生创设问题情景。如放映录相：鸟的飞行，流水、瀑布，羽毛下落 详细描述物体运动有什么困难? 我们需要了解物体各部分运动的区别吗? 演示羽毛下落。 教师引导同学讨论并总结质点概念。 要明确质点概念的确切内容和在什么情况下可把物体看做质点。同时，要明确建立物理模型是物理学研究问题的基本方法。(鲁科K) 参考系（机械运动） 为了更好地研究运动，人们根据物质运动的特点，将其分为机械运动、热运动、电磁运动等多种类型。其中，机械运动 (mechanicalmotion)是指一个物体相对于其他物体的位置变化，简称运动，是物质运动的一种基本形式。 (鲁科K)物体运动的描述是相对的。如图2-3所示，站在行驶的电梯里的人和电梯外的人，同时观察电梯内的物体，对其动与静，所得的结论是不同的；为了便于交流，人们必须确定一个参照物来描述物体的运动。这种用来描述物体运动的参照物称为参考系(reference frame)。 (鲁科K)有了参考系，人们就能准确而方便地描述物体的运动了。例如：说电梯上的物体是运动的，那是以电梯以外的物体为参考系；而说此物体是静止的，那就是以电梯为参考系了。(鲁科K)显然，对于同一个运动，选择的参考系不同，观察和描述的结果会是不同的。(人教K)参考系 我们说房屋、树木是静止的，这大概是不会错的，但是，地球以外的人看到房屋、树木在随着地球一起运动。铁路边的人看到火车中的乘客在飞快离去，而乘客自己却认为自己是静止的，他甚至可以靠在坐椅上睡觉!为什么人们的看法会不一样? 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。就此意义而言，我们说运动是绝对的。但是，描述某一个物体的位置及其随时间的变化，却又总是相对于其他物体而言的。这便是运动的相对性。 可见，要描述一个物体的运动，首先要选定某个其他物体做参考，观察物体相对于这个“其他物体”的位置是否随时间变化，以及怎样变化。这种用来做参考的物体称为参考系(reference frame)。 描述一个物体的运动时，参考系可以任意选择。但是，选择不同的参考系来观察同一物体的运动，其结果会有所不同。例如，在匀速飞行的飞机上，人们以飞机做参考系，看到从飞机上落下的重物几乎是沿直线竖直下落的，而地面上的人以地面做参考系，看到物体是沿着曲线下落的(图11-4)。由于运动描述的相对性，凡是提到运动，都应该弄清楚它是相对哪个参考系而言的。参考系的选择是个重要的问题，选取得当，会使问题的研究变得简洁、方便。（沪科K）怎样判断动与静 为了描述物体的运动，必须知道怎样判断物体是运动的，还是静止的。 一个物体相对于其他物体的位置变化，叫做机械运动（简称运动）。机械运动是自然界最普遍、最基本妁运动形式。请设想一下，你和一位同伴正坐在太空站里一边喝咖啡一边聊天。在“地球人”看来，你们随太空站以很大的速度绕地球运动。那么，你和同伴能感觉到自己在高速运动吗? 虽然我们没有到过太空站，但地球上的生活经验告诉我们，你和同伴都会认为自己是静静地坐着!可见物体的运动和静止是相对的。所以，描述物体运动时，需要另外选取一个物体作为标准否则就无法判断。这个作为标准的物体，叫做参考系（reference frame）。（沪科K）参考系的选择是任意的。在具体问题上，应该以对运动的描述简单、方便作为选择的基本原则。(鲁科K) 坐标系（空间位置的描述） (鲁科K)研究运动的第一步是描述物体在空间中的位置。 (鲁科K)在生活中，我们怎样描述一个物体的位置呢?假设一辆汽车在东西方向笔直的公路上行驶(图2-4)，如果要问汽车开到哪里了，通常我们会选择大家所熟悉的标志作为参考，说明汽车离该标志有多远，在该标志的哪一侧。例如，我们可以说“汽车目前在市中心东面5km处”。只说汽车距离市中心5km是不够的，因为这样的信息不明确，人们不知道汽车在市中心东面5km处，还是在西面5km处。(鲁科K)在物理学中，通常需要借助数学方法，建立坐标系来描述物体的位置。(鲁科K)例如，仍然是描述上述汽车的位置，我们可以建立一个一维坐标系。如图25所示，假定坐标的原点选在市中心，由西向东为坐标的正方向，汽车的位置可记为x=5km如果汽车在市中心西面5km处，在上述坐标系中，汽车的位置则记为x=-5km (鲁科K)通过以上的讨论可以看出，位置是一个有方向的量。在生活中，人们用东、南、西、北、上、下、左、右等词汇描述一个物体所在位置的方向。在物理学中，通常要建立一个坐标系，用正、负号表示物体所处位置的方向。 (鲁科K)对于一个在平面上运动的物体，要描述其位置，仅用一维坐标系就不行了。 假如一辆汽车在城市中行驶，纵横穿越了许多街道(图26)，仍然以市中心O为参考点，在生活中我们可以用“汽车在市中心东面5km、北面10km处”来准确描述该汽车的位置。这里，东、北是用来确定汽车方位的两个互相垂直的方向。 (鲁科K)与采用一维坐标系描述物体的位置相似，我们可以用二维直角坐标系来描述物体在个平面上的位置。 (鲁科K)仍以上述在城市中行驶的汽车为例。如果取市中心为坐标原点O，东方为父轴的正方向，北方为少轴的正方向，坐标的单位为km(图27)，则该汽车在此直角坐标系的位置可以记为 (5，10)，或者记为 x=5km；y=10km（人教J）(3)参考系和坐标系的教学 学生在初中已学过参照物，教师可让学生举例说明同一物体对不同的参照物运动情况不同，对学生列举的典型例子教师应充分肯定，同时结合教科书中的图114加以分析。然后教师说明“参照物”的科学名称是“参考系”即可。(人教K)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。如图11-5所示，若某一物体运动到A点，此时它的位置坐标=3m，若它运动到B点，则此刻它的坐标2m。（人教J）(3)参考系和坐标系的教学 坐标系的建立是教学重点，我们可创设一个实例让学生思考。 如图1-1所示，一辆汽车从天安门沿长安街驶向西单、南菜园方向，我们怎样描述汽车的位置随时间的变化? 让学生思考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? 教师最后总结：对质点的直线运动，一般选质点运动轨迹为坐标轴，质点运动的方向为坐标轴正方向诜取质点经过坐标轴原点的时刻为时间的起点。(人教K)坐标与坐标的变化量 一辆汽车在沿平直公路运动，设想我们以公路为轴建立直线坐标系，时刻汽车处于A点，坐标是=10m，一段时间之后，时刻到达B点，坐标是=30m(图13-1)。就是这辆汽车位置坐标的变化量，可以用符号“”表示。 =30m-10m=20m 我们在本章只讨论物体沿着直线的运动，并以这条直线为 x坐标轴，这样，物体的位移就可以通过坐标的变化量来表示。的大小表示位移的大小，的正负表示位移的方向。同样，可以用表示时间的变化量=（人教J） (2)用坐标的变化量表示位移 平均速度和瞬时速度都用位移与时间的比来定义，直线运动中质点的位移用坐标的变化量来表示的方法是重要的。教材以一辆汽车沿平直公路行驶为例，让学生通过思考与讨论理解用表示位移大小和方向的方法。 教师在组织学生讨论和总结时要注意引导学生理清思考问题的思路，如先选定质点运动的直线为一维直线坐标系，确定坐标轴的原点和坐标轴的正方向，并确定坐标轴的标度。 质点在t1时刻位于A点，坐标x1=10 m 质点在t2时刻位于B点，坐标x2=30 m 质点的位移是有向线段AB，线段的长度20 m表示位移的大小，有向线段的方向表示位移的方向。，的绝对值表示位移AB的大小，为正值表示位移AB的方向与x轴正方向相同。 根据学生思考、讨论的情况，我们还可考虑设置下列问题把讨论引向深入： 质点 t1时刻在 C点，x3=80 m 质点t2时刻在D点，x4=60 m = x4-x3=-20 m，的绝对值表示位移CD的大小，为负值表示位移CD的方向与x轴正方向相反。 质点 t1时刻在E点，x5=-30 m 质点 t2时刻在F点，x6=-10 m = x6 x5=20 m，的绝对值表示位移EF的大小，为正值表示位移EF的方向与x轴正方向相同。 质点 t1时刻在G点，x7=-40 m 质点 t2时刻在H点，x8=-70 m = x8- x7=-30 m，的绝对值表示位移GH的大小，为负值表示位移GH的方向与x轴正方向相反。（沪科K）多学一点 用坐标表示位移（沪科K）物体做直线运动(一维运动)时，只需用一个坐标就可以确定物体的位置。例如，一辆汽车从车站出发沿平直公路行驶，我们只要以车站为起点沿公路作一根直线坐标轴，就可以把汽车的运动转化为坐标轴上的点的移动(图1-9)。 规定正方向后，汽车的位置可以用相应的坐标表示。 汽车在某段时间内的位移，可以用末位置的坐标(x)和初位置的坐标(x0)表示出来，即 例如，汽车在t2到t3时间内的位移可表示为 s23=x3-x2当物体做平面运动，即二维运动时(如轮船在大海中的航行)，霄采用两个坐标确定它的位置；当物体做空间运动，即三维运动时(如飞机的飞行)，需要用三个坐标确定它的位置。二维运动和三维运动中物体的位移同样可用位置坐标表示出来。(鲁科K)时间与时刻（时间的描述） (鲁科K)运动都要经历一定的时间。在描述物体的运动时，需要用到时间和时刻两个概念。例如，我国在2003年10月成功地进行了首次载人航天飞行，图210给出了“神舟”5号飞船飞行中的部分重要时刻。 (鲁科K)这里的“15日09时0分”、“15日18时40分50秒”和“16日06时23分”，分别是指这次航天飞行点火、展示国旗和着陆的时刻；而“15日09时0分”和“15日18时40分50秒”这两个时刻之间相隔9小时40分50秒。这个“9小时40分50秒”则是由点火到展示国旗所经历的时间。在这里，时刻是指某一瞬时，时间是指两个时刻之间的间隔。在表示时间的数轴上，时刻用点来表示，时间用线段来表示。图2-10所示的时间数轴上标出了飞行中点火、展示国旗和着陆3个重要时刻及其相隔的时间。时间的单位有秒、分、时等，它们的符号分别是s、min、h。研究物体的运动需要测量和记录时间，在精确研究时，还需要测量和记录很短的时间。近20年来，人们创建了飞秒科学和阿秒科学。飞秒(fs)和阿秒(as)都是很小的时间单位， 1fs=10-l5s，las=10-18s。利用飞秒技术能够拍摄到短暂的一次原子振荡中不同时刻的图像，可以深入研究单个原子的运动过程。寻找在更短的时间中隐藏的秘密，已经成为科学家们为之奋斗的目标之一。10用心 爱心 专心