（教案）质点参考系和坐标系.doc

1.1 质点 参考系和坐标系
【教学目标】
1．认识质点的概念，知道把物体看作质点的条件。
2．知道质点是一个理想模型，体会质点模型在研究物体运动中的作用。
3．知道参考系的概念，通过实例的分析了解参考系的意义。在具体问题中选择参考系，利用坐标系描述物体的位置及其变化。
4．体会研究物理问题中建立参考系的重要性，体验数学工具在物理学中的应用。
5．认识运动是宇宙中的普遍现象，运动和静止的相对性，渗透辩证法思想。
【教学重难点】
教学重点：理解质点概念，知道如何选取参考系、用坐标确定物体的位置。
教学难点：物体看作质点的条件。
【课时安排】
一课时
【教学设计】
课前预学
１．下列关于质点的说法，正确的是 （ ）
A．质点就是体积很小的物体
B．只有做直线运动的物体才能看成质点
C．转动的物体不可以看成质点
D．任何物体在一定的条件下都可以看成质点
2．下列关于质点的说法中，正确的是（ ）
A．地球很大，一定不能看做质点
B．原子核很小，一定能看做质点
C．同一物体在不同的情况中，有时可看做质点，有时则不可看做质点 D．质点是一种理想化模型，无实际意义
3．在电视连续剧《西游记》中，常常有孙悟空“腾云驾雾”的镜头，这通常是采用“背景拍摄法”：让“孙悟空”站在平台上，做着飞行的动作，在他的背后展现出蓝天和急速飘动的白云，同时加上烟雾效果；摄影师把人物动作和飘动的白云及下面的烟雾等一起摄入镜头。放映时，观众就感觉到“孙悟空”在“腾云驾雾”。这时，观众所选的参考系是（ ）
A、“孙悟空” B、平台 C、飘动的白云 D、烟雾
4．两条平行的铁轨上匀速行驶着甲、乙两列火车。某时刻两列火车正好交汇，甲车上的一乘客从一侧车窗看到田野上树木向北运动，从另一侧窗口看到乙车向北运动，但比树木运动的慢，则（ ）
A．甲、乙两车同时向北运动
B．甲车向南运动、乙车向北运动
C．甲、乙两车同时向南运动，但乙车比甲车慢
D．甲车向南、乙车没动停止在铁轨上
5．某一深井它的深度为100 m，井口正上方的井架高为15 m，以井口为坐标原点，竖直向上为坐标轴正方向，则井底和井架的坐标分别为多少？

6．某人从A地沿笔直的公路向正南方向运动8m到达B地，在向正东运动10m到达C地，如何描述C地相对于A地的位置？请通过建立坐标系的方法来说明。

课内互动
一、情景导入
教师活动：播放不同的物体运动的视频。视频场景：三峡大坝导流孔泄洪的壮观场景、南非世界杯中比赛场面、《动物世界》中的雄鹰飞翔、飞机在天空中划过、动车组在飞驰、航天员翟志刚离开航天舱在太空中活动、体操比赛、拉丁舞表演等。
引入关于运动的话题：雄鹰在空中翱翔，足球在绿茵场上飞滚，连静静的山川也在“坐地日行八万里”，无论是巨大的天体，还是微小的原子、分子等，宇宙中的一切物体都在不停地运动。请大家根据刚才观看的视频，回顾初中学过的知识，说说什么是机械运动？
学生活动：描述什么是机械运动。
教师活动：总结学生发言，精讲机械运动：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。
二、自主学习
物体和质点
教师活动：要求学生描述刚才所看视频中的一些物体的运动。如运动员开出角球、雄鹰在展翅翱翔。
学生活动：讨论物体的具体运动。足球一边向前运动一边转动；雄鹰的翅膀一边向前运动一边上下振动。
教师活动：说明要准确描述物体的运动并不容易。因为物体本身都有一定的大小和形状，物体各部分的运动情况一般并不一样。引入情境，说明在一些情况下不需要考虑物体的大小和形状。
在刚才看过的视频中，我们见到了看到了“神舟”七号在太空中的英姿。据报道，“神舟”七号飞船载人舱长9.19 m，重达12吨，用长58.3 m的“长征”2号F火箭发射。升空后，显示在指挥部荧光屏上的仅是一个小小的光点。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?要调整飞船的飞行姿势时，需要考虑它本身的大小和形状吗?
学生活动：进行小组讨论。从指挥中心的科学家的角度，研究位置、速度等问题时，不需要了解物体各部分运动的区别，不需要本身的大小和形状，可以用荧光屏上的小光点代替这个“庞大”的飞船；研究飞行姿势时，需要考虑飞船的大小和形状。
教师活动：引入质点概念，说明质点是一个理想化的模型，让学生通过一些具体问题的讨论，体会质点这个理想模型在研究物体运动中的作用。
质点是用来代替物体的有质量的点。在物体的大小和形状对所研究的问题没有影响或影响可忽略时，可把物体看作质点。质点是一个理想模型，任何物体都有一定的大小，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。
讨论题：
1．乒乓球小而轻，直径仅4cm，质量约2.7g。运动员研究各种旋转球的打法时，能否将它看作质点？研究乒乓球自由下落快慢时，能否将它看作质点？（运动员要关注球的受力部位和受力方向对旋转的影响，必须考虑到球的大小和形状，不能把它简化为一个点；自由下落的乒乓球可看作质点）。
2．地球是一个庞然大物，直径约为1.28×l04km，与太阳相距1.5×l08 km。在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？（若研究地球绕太阳公转时，由于地球本身的大小比地球到太阳的距离小得多，则可以把地球看作质点；但若研究地面上各处季节变化时，则不能把其看作质点）。
3．在奥运会上，百米比赛运动员冲过终点，确定比赛成绩时，能把他看成质点吗？初略估算其运动速度时能把他看成质点吗？马拉松运动员到达终点，在计时时能把他看成质点吗？
学生活动：分组讨论交流：不同情况下物体否被看作质点，从中体会质点模型的建立过程。
教师活动：组织讨论物理中的“质点”跟几何中的点有什么相同和不同之处，加深对质点的理解。
学生活动：分组讨论并交流。相同之处为：都是没有形状和大小的点，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，具有物体的全部质量；几何学中的点没有质量，仅表示一个位置，而且应该是“绝对得小”。

参考系
教师活动：利用空中加油的图片或视频引入参考系的概念，引导学生分析：从地面和从受油机上看，加油机的运动情况是怎样的。说明要研究物体的运动，必须先取参考系，相对不同的参考系，同一物体运动的性质可能不同。

学生活动：复习初中学过的参照物的概念，讨论有关空中加油机的参考系问题。
教师活动：讲述参考系的概念。
平时我们说树木、房屋是静止的，行驶的汽车是运动的，这是以地面作标准来说的。坐在行驶的火车里的乘客，认为自己是静止的，而在车厢里走动的乘务员在运动，他还认为路旁的树木在向后倒退，这些都是以车厢作标准来说的。在描述一个物体的运动时，选来作为标准的另外的物体——参考系。任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个选来作标准的参照物称为参考系。
教师活动：通过一些具体案例让学生分析参考系的选取。
展示案例：
1．第一次世界大战期间的一次空战中，一个法国飞行员正在2000米高的空中飞行，忽然，他发现脸旁好像有一个小东西在飞舞，他以为是一只小昆虫，于是就伸手轻松地把它抓了过来，仔细一看，把他吓出一身冷汗来．他抓住的不是别的，是德国飞机射向他的一颗子弹。子弹飞得那么快(一般为几百米每秒)，为什么没有把他的手打穿?体会一下，同一物体相对于不同的参考系运动状态相同吗?（注意体会参考系的选取与运动的相对性）。
2．某部队进行远距离兵力投送演习，从水平匀速航行的飞机上，战士们纷纷跳伞，飞机上的人看到跳下去的战士在打开降落伞之前是沿什么路线下落的？地面上的人看到他们又是沿什么路线下落的？
3．2011年上半年，我国将发射“天宫一号”， 2011年下半年发射的“神舟八号”飞船，将实施我国首次空间飞行器无人交会对接飞行试验，与“天宫一号”进行空间交会对接。对接后，从地面和从“天宫一号”上看“神舟八号”各做什么运动？
4．电影歌词：“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”这其中分别描述了两种运动情景，那么它们分别是以什么为参考系的?
学生活动：学生思考并交流讨论上述问题，体会选择不同的参考系，观察的结果可能不同。
教师活动：通过案例分析，让学生知道选取参考系应本着方便简洁的原则。
案例“继美国宇航局的两台火星探险漫游者“勇气”号和“机遇”号之后，欧洲的火星快车飞船已顺利地将“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，若要研究探测器在发射和着陆的运动情况，各应选择什么为参考系？
坐标系
教师活动：通过奥运会开幕式上的画卷活字印刷表演引入坐标系概念。2008年8月8日北京奥运会开幕式表演中高潮迭起，模拟活字印刷术的“字模”上下起舞。在深沉悠远的吟诵声中，一个醒目的“和”字逐渐凸显出来，叹为观止的视觉冲击力让无数观众感到强烈的震撼。这些灵动的“字模”居然全部是由897名表演者的肢体动作变化而展现的。导演在设计节目时怎样确定字模的位置？必须要建立坐标系。

要准确地描述物体的位置及位置变化需要建立坐标系。
教师活动：指导学生阅读课本，自主学习怎样用坐标轴表示物体的位置和位置的变化。
学生活动：阅读课本自主学习，弄清坐标轴的几个要素：选择坐标轴原点、正方向和单位长度。
教师活动：精讲点拨：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。
教师活动：创设问题情境，引导学生分析要描述复杂运动需要建立相应的坐标。
田径场上，描述百米运动员在运动中的位置，需建立什么样的坐标系?描述800米赛跑运动员在运动中的位置需建立什么样的坐标系?足球场上，描述足球运动员的位置需建立什么样的坐标系?要描述足球的位置呢?
学生活动：讨论问题，建立相应的坐标。百米运动员是在一条直线上运动，所以应建立直线坐标系；800米赛跑运动员不是在一条直线上运动，而是在一个平面内运动，所以应建立平面直角坐标系；足球运动员也是在球场平面内运动，也要建立平面直角坐标系，而足球的运动可以在草坪上进行，也可以在空中飞行，所以要建立立体空间直角坐标系。
教师活动：精讲点拨：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。
教师活动：通过应用实例了解GPS卫星系统定位，组织学生阅读课本“科学漫步”，了解物理学在现代科技中的应用，激发学生对物理学的兴趣。
幻灯片投影：半岛都市报1月21日讯(记者 刘震 刘鑫 徐新东)今天凌晨5时许，张先生将自己的一辆大客车停在小区内，早上8时许，张先生一觉醒来，竟发现大客车不翼而飞，所幸车上装有GPS卫星定位系统，张先生急忙报警，110指挥中心随后根据GPS提供的客车方位，派遣5辆警车将被盗窃客车堵在了距离盗车地点约10公里远的路上，并将偷车贼抓获，整个过程还没超过3小时。
全球卫星定位系统(GPS) 能快速确定某个物体的准确位置（纬度、经度和高度），在交通运输、军事、大地测量等领域得到广泛的采用。
学生活动：阅读教材“科学漫步”栏目并思考书中提出的问题。从GPS定位器上显示屏中的信息可以知道：第1行的“西”和第2行的“航向267°”表示的是航向。“航速0．0km”说明定位器现在相对地面静止．第3行的“航程1．0 km是指从出发到现在的里程，“累计13：32”是指从开始启动定位器到现在的时间。第4行的“N39°55．451’”和“Ell6°23．504’”是指定位器所处位置在北纬39°55．451’、东经116°23．504’。第5行“时间：10：29：57”显示的是北京时间10点29分57秒。通过地理知识或查阅地图手册可以知道定位器此刻正处于北京市城区的西部。

三、课堂小结
质点
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.
参考系
1．运动和静止都是相对于参考系的。
2．选择不同的参考系，观察的结果可能不同。
3．选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便。
4．比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义。
坐标系
1．描述直线运动的物体的位置变化，可以建立一维直线坐标系．
2．描述平面上运动的物体的位置变化，可以建立二维平面直角坐标系．
3．描述立体空间内运动的物体的位置变化，可以建立三维立体空间坐标系．

四、有效检测
1．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作质点
2．下列说法中与人们的日常习惯相吻合的是（ ）
A．测量三楼室内日光灯的高度，选择三楼地板为参考系
B．测量井的深度，以井底为参考系，井深为0米
C．以卡车司机为参考系，卡车总是静止的
D．以路边的房屋为参考系判断自己是否运动
3. 下列有关质点的说法中，正确的是（ ）
A. 研究哈雷彗星公转时，哈雷彗星不可看作质点
B. 花样滑冰运动员正在表演冰上舞蹈动作，此时该运动员可看作质点
C. 用GPS定位系统确定正在南极冰盖考察的某科考队员位置时，该队员可看作质点
D. 因为子弹的质量、体积都很小，所以在研究子弹穿过一张薄纸所需的时间时，可以把子弹看作质点
4．火车停靠在站台上，乘客往往会发现这样的现象，对面的火车缓缓起动了，等到站台出现，才知道对面的火车没有动，而是自己乘坐的火车开动了，则前、后两次乘客采用的参考系是：（ ）
A．站台，对面火车 B．两次都是对面火车
C．两次都是站台 D．自己坐的火车，站台
5．在一艘匀速向南行驶的轮船的水平甲板上画一个圆，一位运动员站在圆心处做立定跳远，若想尽可能的跳出圆外（不计空气阻力），则（ ）
A．向南跳最容易跳出圆 B．向北跳最容易跳出圆
C．向东和向西跳效果一样 D．向南和向北跳效果一样
6．李白在《望天门山》中写到：“两岸青山相对出，孤帆一片日边来．”这两句诗中描写“青山”与“孤帆”运动选择的参照系分别是（ ）
A．帆船，河岸 B．河岸，帆船
C．青山，太阳 D．青山，划船的人
7．一质点在x轴上运动，各个时刻的位置坐标如下表：
t/s
0
1
2
3
4
5
x/m
0
5
-4
-1
-7
1

(1)请建立坐标轴，并标出质点在各时刻的位置。
(2)哪个时刻离坐标原点最远?有多远?

课后提升
1．下列关于质点的概念的说法中,正确的是 ( )
A．任何细小的物体都可以看做质点
B．任何静止的物体都可以看做质点
C．一个物体是否可以看做质点,要看研究问题的具体情况而定
D．一个物体在某种情况下可以看做质点,那么在另外的情况下也可以看做质点
2．下列说法正确的是 （ ）
A．研究列车在北京与上海之间的运行时间，可把列车当做质点
B．研究列车通过南京长江大桥所用的时间，不能把列车看成质点
C．研究自行车的车轮绕车轴的运动，可以把自行车的轮子当作质点
D．研究绕地球运行的航天飞机的轨道，可以把航天飞机看成质点
3．下列情形中的物体可以看作质点的是（ ）
A．跳水裁判观察在跳水比赛中运动员
B．一枚硬币用力上抛，猜测它落地时是正面朝上还是反面朝上
C．研究奥运会冠军在万米长跑中的平均速度
D．双人花样滑冰运动员在比赛中
4．下列说法中正确的是 （ ）
A．参考系就是绝对静止不动的物体
B．只有选择好参考系后，物体的运动才能确定
C．同一物体的运动，相对于不同的参考系，观察结果肯定不同
D．同一物体的运动，相对于不同的参考系，观察结果可能不同
5．关于参考系,下述说法中正确的是 ( )
A. 必须选择地面为参考系
B.参考系必须是和地面连在一起的物体
C.任何物体都可以被选做参考系
D.参考系就是被选做假想不动的物体
6．敦煌曲词中有这样的诗句“满眼风波多闪灼，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行。”其中“看山恰似走来迎”和“是船行”，所选的参考系分别是( )
A．船和山 B．山和船
C．地面和山 D．河岸和流水
7．平直公路上一汽车甲中的乘客看见窗外树木向东移动,恰好此时看见另一汽车乙从旁边匀速向西行驶,此时公路上两边站立的人观察的结果是 ( )
A．甲车向东运动,乙车向西运动
B．乙车向西运动,甲车不动
C．甲车向西运动,乙车向东运动
D．两车均向西运动,乙车速度大于甲车
8．在平直行驶的汽车内，一个乘客以自己为参照物向外观察，他看到的下述现象哪个肯定错了（ ）
A．前面的汽车静止不动
B．后面的汽车越来越近
C．同向行驶的自行车向后运动
D．路旁的树木静止不动
9．在研究下列问题时．可以把汽车看作质点的是( )
A．研究汽车通过某一路标所用的时间
B．研究人在汽车上所处的位置
C．研究汽车在斜坡上有无翻车的危险
D．计算汽车从上海开往南京的时间
10．甲、乙、丙三人各乘一个热气球，甲看到楼房匀速上升，乙看到甲匀速上升,甲看到丙匀速上升，丙看到乙匀速下降那么，从地面上看，甲、乙、丙的运动情况可能是( )
A．甲、乙匀速下降，，丙停在空中
B．甲、乙匀速下降，，丙匀速上升
C．甲、乙匀速下降．，丙匀速下降，且
D．以上说法均不正确
11．东汉《尚书纬·考灵曜》中这样描述地球的运动：“地恒动不止而人不知，如同人在大舟中，闭牖而坐，舟行不觉也”。这说明了什么物理道理？

12．有两列火车停在站台上，某乘客坐在其中的一列火车上，而且只能通过窗口观察对面的火车，当一列火车启动时，他通过窗口发现两列火车的相对位置发生了变化。请问他能通过观察到的现象判断是哪列火车在启动吗？为什么？

13．某博物馆遗失珍贵文物一件，文物上有标识。公安机关利用GPS全球卫星定位系统测得，该文物被藏在距市中心北偏东37度方向50km处的山洞内，试用坐标系描述此山洞的位置。

参考答案
课前预学
1．D 2．C 3．C 4.C 5．答案：—l00m，1.5m
6．以A地所在的位置为坐标原点，向南为x轴的正方向，以向东为y轴的正方向建立平面直角坐标系如图所示
有效检测
1．C 2．AD 3.C 4．D 5．CD 6．A 7.略
课后提升
1. C 2．ABD 3．C 4.BD 5. CD 6．A 7. D 8.D 9．D 10． AB
11．说明了运动与参考系的关系，要确定物体的运动必须有参考系。地球在不停地运动，而人却感觉不到，是选择了地面为参考系；如同坐在封闭的轮船里，选择船壁为参考系感觉不到轮船在运动一样。
12.不能，因为无法以地面为参考系（只能看到对面的火车），所以若以对面火车为参考系，则自己的火车运动；若以自己的火车为参考系，则对面火车在运动。到底谁动，无法判定。
13。如图所示