《质点、参考系和坐标系》
教学设计与反思
教师：
【教学内容分析】
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；最重要的是让学生们学会如何分析问题并且通过去除次要的条件与因素达到简化问题的目的；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.
【教学目标】
一．物理观念：质点
二．科学思维：科学地描述问题并进行简化
三．科学探究：物理建模中的问题分析并简化问题 四．科学态度与责任：
【学习者特征分析】
1. 知识层面：学生在初二就已经学过运动的相对性和参考物，因此只用在原来的基础
上丰富和拓展出参考系就好。因此对于学生唯一全新的概念就是一个高中物理中最重要的一个理想模型。
2. 能力层面：初中的教学让学生们对于物理的理解更多是停留在表层的现象，均是以
实物物体作为研究对象，而抽象能力和建模能力是比较欠缺的，因此这个时候学习质点这个理想模型有助于学生更好更快地进入高中的思维领域。
【教学方法与策略】
1. 教学方法：讲述法、启发法 2. 教学策略：
【教学重点及难点】
1. 教学重点：质点、质点系、参考系 2. 教学难点：质点
【教学过程】
教学内容 （一） 引入：如何描述机械运动？ 不同的人对机械运功的描述方法是不一样的，诗人用“气势磅礴”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；画家用弯曲的树干旁几个线条来表示“风”。 那么科学家应该是怎样去描述物体的机械运动的呢？（可量化、精确） （二） 新课教学 一、物体和质点 【教师演示1】教师将漂亮的竹蜻蜓双手一搓，竹蜻蜓便飞到同学们中间. 提出问题 竹蜻蜓的运动跟羽毛的运动一样吗？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. 类似的运动还有很多，雄鹰拍打着翅膀在空中翱翔，足球在绿茵场上飞滚……等等它们都在做机械运动。但是描述以上物体各点的位置及其随时间的变化是很困难的。（竹蜻蜓的身体在向前，但是它的旋翼在转动，足球在向前运动的同时还在滚动）。 由于任何物体都有一定的大小和形状，然而物体各部分的运动情况一般不一样。 【结论】因此在某些情况下，根据所要研究问题的性质，可以忽略某些物体的大小和形状，讲物体看做“点”。 质点：忽略物体的大小和形状，一个有质点的点。质点是一个理想模型，用于简化问题。 注意：物体的大小和形状在一些问题的描述过程中，起着重要的作用，不可忽略，如教练研究刘翔跨栏的动作要领；裁判根据田亮在空中翻滚的动作打分时，大小和形状就起了关键作用。（强调） 【讨论交流】我们研究的问题中，有哪些大小和形状都起关键作用而不可忽略呢？（对比辨析） 情景一：地球绕太阳公转一周的时间.（flash动画模拟）
教师活动 提出问题：如何用科学的语言描述运动。 通过实例向学生展示：物体的运动方式并不是单一的平动或者转动，运动是很复杂的。 但我们研究的问题并不需要将物体的运动完整的描述清楚，而是只需要选取重要信息即可。 板书 通过事例带领学生分析对于学生活动 思考问题 设计意图 建立物体运动很复杂的概念。 明白可以将问题进行简化。 充分理解在何种条件下能将物体视为质点。（大致了解各
情景二：研究地球的自转的速度 情景三：火车在从南京开往上海全程所用的时间 情景四：从斜面上滑下的木块的运动平均速度 情景六：轮船的螺旋桨的转动周期 情景七：指挥部要确定轮船在海洋中的位置 在以上四种情景中，物体的形状和大小究竟什么时候可以忽略？ 学生合作讨论后得到结论：当研究的问题中，物体的大小和形状对所研究的问题没有影响时，可以视为质点。 学生在教师的引导下尝试总结： 如情景四中物块的下滑属于物体的平动，平动时物体上各点的运动特征都是相同的,故有： 1.平动的物体可以看作质点. 在研究地球的公转周期时，虽然地球是转动的，但不影响周期时间，故有： 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次要因素，可以看作质点. 3.并不是很大的物体就不能当作质点，也不是很小的物体就一定能看作质点，关键看物体的形状和大小在研究物体的运动中是否为次要因素，或判断物体做怎样的运动，能否选一个点来代替. 【视野拓展】 (课件展示阅读材料) 课题：质点与理想化模型 内容：质点是一个理想化的物理模型，尽管不是实际存在的物体，但它是实际物体的一种近似，是为了研究问题的方便而进行的科学抽象，它突出了事物的主要特征，抓住了主要因素，忽略了次要因素，使所研究的复杂问题得到了简化. 在物理的研究中，“理想化模型”的建立，具有十分重要的意义.引入“理想化模型”可以使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差，在现实世界中，有许多实际的事物与这种“理想化模型”十分接近，在一定条件下，作为一种近似，可以把实际事物当作“理想化模型”来处理，即可以将研究“理想化模型”的结果直接应用于实际事物：例如在研究地球绕太阳公转的运动时，由于地球的直径（约1.3×104 km） 比地球和太阳之
同样的物体，在何种情况可以视为质点，而何种情况不可以。 强调：是否能将物体视为质点的关键是所研究的问题中形状和大小是不是决定性因素。 总结 板书 加深学生对于建立理想化模型的思想的理解。 种物理常见问题的关键因素） 具体上手分析 提炼结论 加深对于建立理想化模型的思想的理解。
间的距离(约1.5×108 km)小得多，可以把地球上各点相对于太阳的运动看作是相同的，即地球的形状、大小可以忽略不计，在这种情况下，就可以直接把地球当作一个“质点”来处理.特别地，高中阶段我们主要研究能够简化为质点的物体的运动. 方法指导：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”，将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法. 二、参考系 用简单的例子说明运动的相对性。 参考系：用于做参考的物体叫参考系。 【辨析】参照物与参考系的区别 ①参照物是一个物体，是一个点。参照物若是许多物体，或者不能看做点的物体时，则许多物体或者大物体的内部可以构成参考系。 ②参考系是为了描述任意时刻点在空间的位置而视为静止的一组轴。（参照物+坐标系）（可以引入坐标系） 【案例提供】 1. （相对静止）如图1-1-1所示，静坐在汽车里的乘客，司机说他静止没动，路旁的孩子赞叹他前进得真快.一个说他静止，一个说他运动，谁说的对呢？通过这节课的学习，我们就能解决这个问题了. 板书 带领学生辨析初中学习的“参照物”与高中学习的“参考系”的区别与联系 案例用于帮助学生在原有学习的”静止的相对性“的基础上，建立”运动是相对的“的概念。 相对于不同的 Figure 1：参考 2.（运动的相对性）在行车道上，对于车B、车C来说，车A的运动均是不一样的。 概念辨析
参考系，物体的运动方式是不同的。 所以运动具有相对性。 3.特技跳伞运动员在某次高空特技表演中的精彩 片断，那惊心动魄的场面让同学们激动不已.让学 生仔细观察，思考为什么其中的一名运动员看身 边的队员，好像没有下落；可当他俯视大地时， 看到大地迎面而来，这是为什么？学习了本节知 识，你就会知道其中的道理了. Figure 2：绝地求生跳伞（a封闭空间不区分） 可以做一个加速度的预告 4.第一次世界大战期间的一次空战中，一个法国 飞行员正在2 000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.请根据上述信息 讨论回答以下问题，并注意体会参考系的选取与 运动的相对性. （1）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？ （2）受类似现象的启发，人们实现了飞机在飞行 途中进行空中加油，在航天飞行中，宇宙飞船发 射到太空和正在绕地球运动的空间站实行空中对 接.实现“空中加油”和“空中对接”应满足的基 本条件是什么？ 参考答案：（1）因同一物体相对于不同的参 考系有不同的运动状态，相对于发射子弹的枪而 言，子弹的初速度虽然为几百米每秒，但相对于 其他以不同方向和速度运动着的物体，其运动速
度就会有明显不同.当子弹和飞机的速度大小方向相同，则子弹相对于飞机静止，即出现上述情况. （2）除了飞行员具有高超的飞行技术外，相对于同一参考系时两个“物体”的速度要相同，即二者相对速度为零，处于相对静止状态即可完成. 【拓展延伸】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？ 参考答案：跳伞运动员在下落过程中，看到身旁的直升机在向上运动，是以自己作参考系，即以跳伞运动员为标准，它们间的距离在不断增大.如果以地面为参考系，这种情况的出现有以下几种可能性：（1）直升机静止在空中不动；（2）直升机向上升;（3）直升机下落，但速度比跳伞运动员慢.以上三种情况都能使跳伞运动员与直升机间的距离不断增大.因此，跳伞运动员无法根据自己看到的现象来判断直升机相对于地面的运动情况. 三、坐标系 常用坐标系：一维、二维 坐标系的三要素：零点、方向、坐标轴标题 【练习】学习了参考系后，我们就能定性粗略地描述物体的运动状态，但是在实际的生产、生活、军事中对物体的位置及位置变化有更详细的要求. 坐标系可以表示物体的位置。 板书 图1-1-6 问题：如图1-1-6所示，某人从学校门口A处开始散步，先向南走了50 m到达B处，再向东走了100 m到达C处，最后又向北走了150 m到达D处，则A、B、C、D各点的位置如何表示？ 参考答案：可以A点为坐标原点，向东为x轴正向，向北为y轴正向，则各点坐标分别为：A（0，0）、B（0，-50 m）、C（100 m,-50 m）、D（100 m,100
m）. 【总结归纳】一般说来，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.在坐标轴上，刻度应均匀分布. （三） 本课小结 本节课主要学习了质点概念的建立，能够看作质点的条件判断；参考系及坐标系的建立.本节课不仅对运动的描述奠定了知识基础，而且确立了物理模型的思想.本节主要内容包括： 1.质点的概念； 2.物体可以看作质点的条件判断； 3.参考系； 4.坐标系. （四） 布置作业 板书 笔记，回顾 【板书设计】
质点、参考系和坐标系 一、质点 定义：不考虑物体的形状和大小，只具有质量的点。 何时能将物体视为质点：①平动的物体 ②物体有转动，但是转动并不影响问题的研究 ③具体问题决定是否能将物体视为质点 二、参考系 参考系和参照物的区别 三、坐标系 坐标系的三要素：原点、方向、坐标轴标题
【教学反思】
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