2019-2020年高中物理 1.1《質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系》教案3 新人教版必修1.doc

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2019-2020年高中物理 1.1《質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系》教案3 新人教版必修1 從容說(shuō)課 本節(jié)首先讓學(xué)生閱讀一段有關(guān)運(yùn)動(dòng)和靜止的描述，讓學(xué)生了解更寬泛意義上的運(yùn)動(dòng)和靜止.在回顧了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的根本特征后，讓學(xué)生知道如何確定物體的運(yùn)動(dòng)和怎樣看待運(yùn)動(dòng)的物體的問(wèn)題.通過(guò)對(duì)質(zhì)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，了解物理學(xué)研究中物理模型的特點(diǎn)，體會(huì)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用.用多個(gè)討論與交流的目的在于讓學(xué)生從生活中的實(shí)際聯(lián)系物理中的概念.通過(guò)討論與交流將生活中的經(jīng)驗(yàn)升華為物理概念.本節(jié)是高中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的起始章節(jié)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是教師在教學(xué)中應(yīng)該注意的主要問(wèn)題.教學(xué)內(nèi)容看起來(lái)似乎淺顯，但其中蘊(yùn)涵著許多學(xué)生在初中學(xué)習(xí)時(shí)很少接觸過(guò)的方法，教師在教學(xué)中要?jiǎng)?chuàng)設(shè)豐富多彩的情景，要使學(xué)生在愉悅的心境中開(kāi)始高中階段的物理學(xué)習(xí).教師的教學(xué)手段要多樣化，教學(xué)氣氛要熱烈，在教學(xué)中建立融洽、和諧、平等的師生關(guān)系，使學(xué)生感受到物理的魅力.通過(guò)課堂教學(xué)讓學(xué)生學(xué)會(huì)歸納，學(xué)會(huì)表達(dá)，學(xué)會(huì)設(shè)想，學(xué)會(huì)討論，學(xué)會(huì)交流，學(xué)會(huì)比較，學(xué)會(huì)換位思考，學(xué)會(huì)建立物理模型，學(xué)會(huì)小結(jié). 三維目標(biāo) 知識(shí)與技能 1.認(rèn)識(shí)建立質(zhì)點(diǎn)模型的意義和方法，能根據(jù)具體情況將物體簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn).知道它是一種科學(xué)的抽象，知道科學(xué)抽象是一種普遍的研究方法. 2.理解參考系的選取在物理中的作用，會(huì)根據(jù)實(shí)際情況選定參考系. 3.認(rèn)識(shí)一維直線坐標(biāo)系，掌握坐標(biāo)系的簡(jiǎn)單應(yīng)用. 過(guò)程與方法 1.體會(huì)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用，初步掌握科學(xué)抽象理想化模型的方法.讓學(xué)生將生活實(shí)際與物理概念相聯(lián)系，通過(guò)具體事例引出質(zhì)點(diǎn)的這個(gè)理想化的模型.通過(guò)幾個(gè)具體的例子讓學(xué)生自主討論，在討論與交流中自主升華為物理中的概念. 2.通過(guò)參考系的學(xué)習(xí)，知道從不同角度研究問(wèn)題的方法.讓學(xué)生從熟悉的常見(jiàn)現(xiàn)象和已有的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，體驗(yàn)不同參考系中運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性，揭示參考系在確定物體運(yùn)動(dòng)時(shí)客觀存在的必要性和合理性，促使學(xué)生形成勤于觀察、勤于思考的習(xí)慣，提高學(xué)生自主獲取知識(shí)的能力. 3.體會(huì)用坐標(biāo)方法描述物體位置的優(yōu)越性，可用不同的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并體會(huì)比較，增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并力求解決問(wèn)題的意識(shí)和能力. 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1.認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)是宇宙中的普遍現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性.培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)自然、關(guān)心科技發(fā)展、勇于探索的精神. 2.通過(guò)質(zhì)點(diǎn)概念和參考系的學(xué)習(xí)，體會(huì)物理規(guī)律與生活的聯(lián)系. 3.滲透抓住主要因素，忽略次要因素的哲學(xué)思想. 4.滲透具體問(wèn)題具體分析的辯證唯物主義思想，幫助學(xué)生建立辯證唯物主義的世界觀. 5.通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理課程的興趣. 教學(xué)重點(diǎn) 1.理解質(zhì)點(diǎn)概念以及初步建立質(zhì)點(diǎn)概念所采用的抽象思維方法. 2.在研究具體問(wèn)題時(shí)，如何選取參考系. 3.如何用數(shù)學(xué)上的坐標(biāo)軸與實(shí)際的物理情景結(jié)合起來(lái)建立坐標(biāo)系. 教學(xué)難點(diǎn) 在什么情況下可以把物體看作質(zhì)點(diǎn)，即將一個(gè)實(shí)際的物體抽象為質(zhì)點(diǎn)的條件. 教具準(zhǔn)備 錄像資料、多媒體課件 課時(shí)安排 1課時(shí) 教學(xué)過(guò)程 ［新課導(dǎo)入］ 師：請(qǐng)同學(xué)們觀看一段錄像后思考問(wèn)題（有關(guān)運(yùn)動(dòng)的話題）. （放映錄像）選擇有關(guān)反映物體運(yùn)動(dòng)的畫面播放給學(xué)生看（可搜集整理電視片《科技之光》和《動(dòng)物世界》中的圖像）.如：雄鷹、小鳥在空中飛翔，飛機(jī)在天空中劃過(guò)，行星、衛(wèi)星在宇宙中運(yùn)行，航天員楊利偉在宇航艙中給地球拍照，汽車在公路飛馳，輪船在海水中搏擊海浪?！? 師：雄鷹在空中翱翔，足球在綠茵場(chǎng)上飛滾，連靜靜的山川也在“坐地日行八萬(wàn)里”……宇宙中的一切物體都在不停地運(yùn)動(dòng)，無(wú)論是巨大的天體，還是微小的原子、分子等.請(qǐng)大家根據(jù)剛才觀看的錄像片，回顧初中學(xué)過(guò)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，提出一些關(guān)于運(yùn)動(dòng)的話題. 生1：宇宙中一切物體都處在永恒的運(yùn)動(dòng)中. 生2：運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，靜止是相對(duì)的. 生3：物體空間位置隨時(shí)間的變化就是機(jī)械運(yùn)動(dòng)，片中記錄了大量物體的運(yùn)動(dòng)情景. 生4：描述物體的運(yùn)動(dòng)要選擇參照物. 生5：“坐地日行八萬(wàn)里”，我怎么沒(méi)感覺(jué)到呢？…… 教師總結(jié)學(xué)生發(fā)言，講述機(jī)械運(yùn)動(dòng). 機(jī)械運(yùn)動(dòng)：簡(jiǎn)稱“運(yùn)動(dòng)”.指物體與物體間或是物體的一部分和另一部分間相對(duì)位置隨時(shí)間發(fā)生改變的過(guò)程，是最基本、最簡(jiǎn)單、最普遍的運(yùn)動(dòng)形式.機(jī)械運(yùn)動(dòng)是空間位置隨時(shí)間變化的體現(xiàn).這里涉及到空間和時(shí)間的問(wèn)題. 師：古希臘杰出的哲學(xué)家、科學(xué)家、圣賢——亞里士多德曾說(shuō)過(guò)“不了解運(yùn)動(dòng)，就不了解自然”，這句話向我們提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn).我們要充滿信心，迎接這一挑戰(zhàn). 指導(dǎo)學(xué)生快速閱讀教材第一段，并粗看這節(jié)課的黑體字標(biāo)題，提出問(wèn)題：要描述物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，本節(jié)課將從哪幾個(gè)方面去描述？ 學(xué)生通過(guò)閱讀、思考，對(duì)本節(jié)涉及的概念有個(gè)總體印象，知道這些概念都是為了進(jìn)一步描述物體的運(yùn)動(dòng)而引入的，要研究物體的運(yùn)動(dòng)首先從學(xué)好這些基本概念入手. 師：我們?cè)趧偛诺匿浵衿锌吹剑浩囋诠飞巷w馳，江水在咆哮著奔向遠(yuǎn)方，鳥兒在飛翔，樹(shù)葉在搖動(dòng)，高山上流水，瀑布直瀉千尺，雪花在空中飛舞…… （放映錄像）（播放“神舟”五號(hào)升空的錄像片）“xx年10月15日，一個(gè)令人驕傲的日子，一個(gè)彪炳史冊(cè)的日子，我國(guó)第一艘載人飛船滿載著全國(guó)人民的希望成功升空.” 師：飛船在茫茫太空中遨游，假如你是文學(xué)家，你如何描述它的運(yùn)動(dòng)呢？ 參考：文學(xué)家的描述：《光明日?qǐng)?bào)》xx年10月17日第一版，作者歐陽(yáng)中石：“凌云戲月游銀漢，轉(zhuǎn)瞬翔天過(guò)太空.” 師：如果你是科學(xué)家，你又將如何描述呢？這就是我們今天要研究的課題——認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng). ［新課教學(xué)］ 一、物體和質(zhì)點(diǎn) 針對(duì)上面看過(guò)的錄像，老師提出問(wèn)題： 詳細(xì)描述物體的運(yùn)動(dòng)有什么困難？ 我們需要了解物體各部分運(yùn)動(dòng)的區(qū)別嗎？ 學(xué)生討論： 要準(zhǔn)確描述物體的運(yùn)動(dòng)，特別是物體各部分的詳細(xì)運(yùn)動(dòng)情況，并不是一件很容易的事. 因?yàn)槲矬w本身都有一定的大小和形狀，物體各部分的運(yùn)動(dòng)情況一般并不一樣. 師：在剛才看過(guò)的錄像片中，我們見(jiàn)到了楊利偉，看到了“神舟”五號(hào).據(jù)報(bào)道，“神舟”五號(hào)飛船載人艙長(zhǎng)7.4 m，直徑2.8 m，用長(zhǎng)58 m、重達(dá)480 t的“長(zhǎng)征”2號(hào)火箭發(fā)射.升空后，顯示在指揮部熒光屏上的僅是一個(gè)小小的光點(diǎn).科學(xué)家研究它在空中的位置、離開(kāi)地面的高度、飛行的速度、運(yùn)動(dòng)軌道等問(wèn)題時(shí)，需要考慮它本身的大小和形狀嗎？ 生：不需要，我們可以用熒光屏上的小光點(diǎn)代替這個(gè)“龐大”的飛船呀！ 引入質(zhì)點(diǎn)：用來(lái)代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn).根據(jù)所研究問(wèn)題的性質(zhì)和需要，抓住問(wèn)題中的主要因素，忽略次要因素，建立一種理想化的模型，使復(fù)雜問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，這是一種重要的科學(xué)研究方法. 引子：乒乓球小而輕，直徑僅4 cm，質(zhì)量約2.7 g.運(yùn)動(dòng)員研究各種旋轉(zhuǎn)球的打法時(shí)，要關(guān)注球的受力部位和受力方向?qū)πD(zhuǎn)的影響.這種情況下，必須考慮到球的大小和形狀，不能把它簡(jiǎn)化為一個(gè)點(diǎn). 【討論與交流】（供參考） 1.地球是一個(gè)龐然大物，直徑約為12 800 km，與太陽(yáng)相距1.5108 km.研究地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)時(shí)，能不能把它看成質(zhì)點(diǎn)?研究地面上各處季節(jié)變化時(shí)，能不能把它看成質(zhì)點(diǎn)? 參考答案：若研究地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，由于地球本身的大小比地球到太陽(yáng)的距離小得多，則可以把地球看作質(zhì)點(diǎn)；但若研究地面上各處季節(jié)變化時(shí)，則不能把其看作質(zhì)點(diǎn). 2.撐桿跳高是一項(xiàng)非常刺激的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，一般來(lái)說(shuō)可以把撐桿跳運(yùn)動(dòng)分為如下幾個(gè)階段：助跑、撐桿起跳、越過(guò)橫桿.討論并思考后回答，在下列幾種情況下運(yùn)動(dòng)員能否被看作質(zhì)點(diǎn)，從中體會(huì)質(zhì)點(diǎn)模型的建立過(guò)程. （1）教練員針對(duì)訓(xùn)練錄像糾正運(yùn)動(dòng)員的錯(cuò)誤時(shí)，能否將運(yùn)動(dòng)員看成質(zhì)點(diǎn)？ （2）分析運(yùn)動(dòng)員的助跑速度時(shí)，能否將其看成質(zhì)點(diǎn)？ （3）測(cè)量其所跳高度（判斷其是否打破紀(jì)錄）時(shí)，能否將其看成質(zhì)點(diǎn)？ 參考答案：（1）不能，糾正錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)不能忽略運(yùn)動(dòng)員的姿勢(shì)及動(dòng)作，也就是說(shuō)不能忽略運(yùn)動(dòng)員的形狀和大小.（2）能，分析助跑速度時(shí)，可以忽略運(yùn)動(dòng)員的姿勢(shì)及動(dòng)作.（3）能. 3.物理中的“質(zhì)點(diǎn)”跟幾何中的點(diǎn)有什么相同和不同之處？ 參考答案：相同之處為：都是沒(méi)有形狀和大小的點(diǎn).不同之處為：質(zhì)點(diǎn)是實(shí)際物體的抽象，它具有一定的物理內(nèi)涵，不僅具有物體的全部質(zhì)量，而且是一個(gè)相對(duì)的概念；幾何學(xué)中的點(diǎn)沒(méi)有質(zhì)量，僅表示一個(gè)位置，而且應(yīng)該是“絕對(duì)得小”. 師：請(qǐng)同學(xué)們對(duì)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行小結(jié)： 生：對(duì)質(zhì)點(diǎn)小結(jié)： 1.質(zhì)點(diǎn)是一種科學(xué)抽象，是一種理想化的模型. 2.質(zhì)點(diǎn)是對(duì)實(shí)際物體的近似，這也是物理學(xué)中常用的一種重要的研究方法. 3.一個(gè)物體能否看成質(zhì)點(diǎn)，取決于它的形狀和大小在所研究問(wèn)題中是否可以忽略不計(jì)，而跟自身體積的大小、質(zhì)量的多少和運(yùn)動(dòng)速度的大小無(wú)關(guān). 4.一個(gè)物體能否被看作質(zhì)點(diǎn)，取決于所研究問(wèn)題的性質(zhì).即使是同一個(gè)物體，在研究的問(wèn)題不同時(shí)，有的情況下可以看作質(zhì)點(diǎn)，而有的情況可能不可以看作質(zhì)點(diǎn). 【課堂探究】 親自做一做、試一試，書本在下列情景中能否被看成質(zhì)點(diǎn). 1.沿一個(gè)方向推動(dòng)桌面上的書本，如果測(cè)量書本移動(dòng)的距離，是否可以將書本視為質(zhì)點(diǎn)，為什么？ 2.如果測(cè)定書本經(jīng)過(guò)桌面上方某一定點(diǎn)所需要的時(shí)間，是否可以將書本視為質(zhì)點(diǎn)，為什么？ 3.還有什么情況下書本可以被視為質(zhì)點(diǎn)？什么情況下書本不能被視為質(zhì)點(diǎn)？ 參考答案： 1.沿同一個(gè)方向移動(dòng)書本時(shí)，書本各部分的運(yùn)動(dòng)情況完全相同，可以將它視為質(zhì)點(diǎn). 2.相對(duì)桌面上方的某一定點(diǎn)來(lái)說(shuō)，書本本身的長(zhǎng)度（或?qū)挾龋┎荒芎雎?，并?duì)經(jīng)過(guò)該定點(diǎn)位置所需要的時(shí)間起決定作用，所以這種情況下不能將書視為質(zhì)點(diǎn). 3.答案視學(xué)生提出的問(wèn)題而定（根據(jù)學(xué)生提出的各種情景，老師進(jìn)行準(zhǔn)確恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)撥）. 說(shuō)明： 將物體看作質(zhì)點(diǎn)的條件： （1）平動(dòng)的物體可以看作質(zhì)點(diǎn)，一般研究物體的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不能把物體看作質(zhì)點(diǎn). （2）物體有轉(zhuǎn)動(dòng)，但物體的轉(zhuǎn)動(dòng)不是我們所要研究的主要問(wèn)題時(shí)，物體本身的形狀和大小已變成了次要因素. （3）物體本身的大小對(duì)所研究的問(wèn)題不能忽略時(shí)，不能把物體看作質(zhì)點(diǎn)，如研究火車過(guò)橋的時(shí)間時(shí)就不能把火車看作質(zhì)點(diǎn). 【課堂訓(xùn)練】 1.下列關(guān)于質(zhì)點(diǎn)的說(shuō)法中，正確的是 A.體積很小的物體都可看成質(zhì)點(diǎn) B.質(zhì)量很小的物體都可看成質(zhì)點(diǎn) C.不論物體的質(zhì)量多大，只要物體的尺寸跟物體間距相比甚小時(shí)，就可以看成質(zhì)點(diǎn) D.只有低速運(yùn)動(dòng)的物體才可看成質(zhì)點(diǎn)，高速運(yùn)動(dòng)的物體不可看作質(zhì)點(diǎn) 答案：C 解析：一個(gè)實(shí)際物體能否看成質(zhì)點(diǎn)，跟它體積的絕對(duì)大小、質(zhì)量的多少以及運(yùn)動(dòng)速度的高低無(wú)關(guān)，決定于物體的尺寸與物體間距相比的相對(duì)大小.例如，地球可稱得上是個(gè)龐然大物，其直徑約為1.28107 m，質(zhì)量達(dá)到61024 kg，在太空中繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的速度每秒幾百米.由于其直徑與地球離太陽(yáng)的距離（約1.51011 m）相比甚小，因此在研究地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，完全可以忽略地球的形狀、大小及地球自身的運(yùn)動(dòng)，把它看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn). 2.在以下的哪些情況中可將物體看成質(zhì)點(diǎn)? （1）研究某學(xué)生騎車回校的速度. （2）對(duì)這位學(xué)生騎車姿勢(shì)進(jìn)行生理學(xué)分析. （3）研究火星探測(cè)器從地球到火星的飛行軌跡. （4）研究火星探測(cè)器降落火星后如何探測(cè)火星的表面. 答案：（1）（3） 解析：根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的定義，研究學(xué)生騎車回校的速度只是討論學(xué)生與學(xué)校之間的位置隨時(shí)間的變化關(guān)系，無(wú)須討論學(xué)生的騎車動(dòng)作和自行車的行駛方法原理，故可把其看成質(zhì)點(diǎn).對(duì)學(xué)生的騎車姿勢(shì)進(jìn)行分析時(shí)，學(xué)生的身軀和四肢就構(gòu)成研究的對(duì)象，故不能把學(xué)生看成質(zhì)點(diǎn).火星探測(cè)器的大小相對(duì)地球與火星的距離在尺寸上完全可以忽略不計(jì)，故可把其看成質(zhì)點(diǎn).當(dāng)火星探測(cè)器在火星表面探測(cè)火星，則探測(cè)器的動(dòng)作直接影響探測(cè)的效果，所以，此時(shí)火星探測(cè)器不能看成質(zhì)點(diǎn). 3.下列情形中的物體可以看作質(zhì)點(diǎn)的是 A.跳水冠軍郭晶晶在跳水比賽中 B.一枚硬幣用力上拋，猜測(cè)它落地時(shí)是正面朝上還是反面朝上 C.奧運(yùn)會(huì)冠軍邢慧娜在萬(wàn)米長(zhǎng)跑中 D.花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員在比賽中 答案：C 解析：在跳水比賽中，人們要觀察跳水運(yùn)動(dòng)員的優(yōu)美動(dòng)作，包括空中的和入水時(shí)的動(dòng)作，所以不能看作質(zhì)點(diǎn)，故A錯(cuò).硬幣是正面朝上還是反面朝上，與硬幣的形狀有密切關(guān)系，所以不能看作質(zhì)點(diǎn)，故B錯(cuò).邢慧娜在萬(wàn)米長(zhǎng)跑中是可以看成質(zhì)點(diǎn)的，因?yàn)樵陂L(zhǎng)跑中主要看她所用的時(shí)間，不考慮本身的形狀和大小，所以可以看成質(zhì)點(diǎn)，故C正確.花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員在比賽中主要是觀察滑冰的動(dòng)作，即“花樣”，所以不能看作質(zhì)點(diǎn)，故D錯(cuò). 二、參考系 引子：請(qǐng)你設(shè)想一下，你和一位同伴正坐在火車中去旅行.鐵路邊的人看到火車中的乘客在飛快地離去，而乘客自己卻認(rèn)為自己是靜止的. 教師可展示Flash動(dòng)畫課件，動(dòng)畫內(nèi)容描述為： 兩位同學(xué)在路邊看到急馳而過(guò)的一輛小汽車，大聲叫喊， “唉呀!你看他們跑得真快啊!” 車中的人對(duì)司機(jī)說(shuō)：“你動(dòng)了嗎？” 引導(dǎo)學(xué)生分析片中的對(duì)話.為什么路邊的同學(xué)說(shuō)車上的人跑得快？為什么車中的一個(gè)人又認(rèn)為他和司機(jī)沒(méi)有動(dòng)？ 投影教材中的圖1.1－3圖，讓學(xué)生自己分析，教師加以引導(dǎo). 生1：車中兩個(gè)小孩都是靜止的，他們都沒(méi)動(dòng). 生2：這兩個(gè)小孩是運(yùn)動(dòng)的，因?yàn)樵谲嚧安Ａ嫌袔讉€(gè)線條表示“風(fēng)”，這是畫家描述運(yùn)動(dòng)時(shí)常用的手法. 師：兩個(gè)小孩和車都是運(yùn)動(dòng)的，這是相對(duì)地面來(lái)說(shuō)的，而兩個(gè)小孩之間是相對(duì)靜止的，他們的相對(duì)位置沒(méi)有改變. 師：平時(shí)我們說(shuō)樹(shù)木、房屋是靜止的，行駛的汽車是運(yùn)動(dòng)的，這是以地面作標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)的.坐在行駛的火車?yán)锏某丝停J(rèn)為自己是靜止的，而在車廂里走動(dòng)的乘務(wù)員在運(yùn)動(dòng)，他還認(rèn)為路旁的樹(shù)木在向后倒退，這些都是以車廂作標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)的.在描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，選來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)的另外的物體——參考系. 參考系：任何運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)于某個(gè)參照物而言的，這個(gè)選來(lái)作標(biāo)準(zhǔn)的參照物稱為參考系. 【討論與交流】 與同桌和前排（或后排）同學(xué)組成四人一組，思考并交流討論下列描述中隱含的參考系. 展示問(wèn)題： 1.電影《閃閃的紅星》中有兩句歌詞：“小小竹排江中游，巍巍青山兩岸走.”這其中分別描述了兩種運(yùn)動(dòng)情景，那么它們分別是以什么為參考系的？ 2.“月亮在蓮花般的云朵里穿行.” 3.坐在美麗的校園內(nèi)學(xué)習(xí)毛澤東的詩(shī)句“坐地日行八萬(wàn)里，巡天遙看一千河”時(shí)，我們感覺(jué)是靜止不動(dòng)的.這與詩(shī)句里的描述是否矛盾?說(shuō)明理由. 4.敦煌曲子詞中有這樣的詩(shī)句：“滿眼風(fēng)波多閃爍，看山恰似走來(lái)迎，仔細(xì)看山山不動(dòng)，是船行.”其中“看山恰似走來(lái)迎”和“是船行”所選的參考系分別是什么? 參考答案： 1.河岸竹排. 2.云朵 3.地心、地面.這種說(shuō)法不矛盾，是參考系的選擇不同.人隨地球一起圍繞地軸自轉(zhuǎn)，而且地球赤道周長(zhǎng)大約是s=4.0104 km，即大約為八萬(wàn)里. 4.這兩種現(xiàn)象是由于選取的參考系不同造成的.第一種現(xiàn)象是以人為參考系，人看到遠(yuǎn)處的山向人靠近；第二種現(xiàn)象是以地面為參考系，山是靜止的，船在行駛. 【課堂交流】（分四小組進(jìn)行） 師：下述物理過(guò)程中選擇什么為參考系較恰當(dāng)？ 課件投影問(wèn)題： 1.xx年，所有的目光都集中在火星.繼美國(guó)宇航局的兩臺(tái)火星探險(xiǎn)漫游者“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)之后，歐洲的火星快車飛船已順利地將“獵兔犬”2號(hào)火星登陸車投放至火星表面.從地球表面向火星發(fā)射火星探測(cè)器的過(guò)程中，若要研究探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)情況，各應(yīng)選擇什么為參考系? 參考答案：前者為地球，后者為火箭. 2.在印度洋海嘯救災(zāi)中，從水平勻速航行的飛機(jī)上向受災(zāi)的地區(qū)空投救災(zāi)物資.在不考慮空氣阻力的情況下，飛機(jī)上的人以飛機(jī)作參考系，他看到投下的物體是沿什么路線下落的？地面上的人以地面作參考系，觀察被投下的物體又是沿著什么路線下落的? 參考答案：前者為豎直直線，后者為曲線（拋物線）. 3.第一次世界大戰(zhàn)期間的一次空戰(zhàn)中，一個(gè)法國(guó)飛行員正在2 000米高的空中飛行，忽然，他發(fā)現(xiàn)臉旁好像有一個(gè)小東西在飛舞，他以為是一只小昆蟲，于是就伸手輕松地把它抓了過(guò)來(lái)，仔細(xì)一看，把他嚇出一身冷汗來(lái).他抓住的不是別的，是德國(guó)飛機(jī)射向他的一顆子彈.請(qǐng)根據(jù)上述信息討論回答以下問(wèn)題，并注意體會(huì)參考系的選取與運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性. （1）子彈飛得那么快（一般為幾百米每秒），為什么沒(méi)有把他的手打穿？體會(huì)一下，同一物體相對(duì)于不同的參考系運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同嗎？ （2）受類似現(xiàn)象的啟發(fā)，人們實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)在飛行途中進(jìn)行空中加油，在航天飛行中，宇宙飛船發(fā)射到太空和正在繞地球運(yùn)動(dòng)的空間站實(shí)行空中對(duì)接.實(shí)現(xiàn)“空中加油”和“空中對(duì)接”應(yīng)滿足的基本條件是什么？ 參考答案： （1）因同一物體相對(duì)于不同的參考系有不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相對(duì)于發(fā)射子彈的槍而言，子彈的初速度雖然為幾百米每秒，但相對(duì)于其他以不同方向和速度運(yùn)動(dòng)著的物體，其運(yùn)動(dòng)速度就會(huì)有明顯不同.當(dāng)子彈和飛機(jī)的速度大小方向相同，則子彈相對(duì)于飛機(jī)靜止，即出現(xiàn)上述情況. （2）除了飛行員具有高超的飛行技術(shù)外，相對(duì)于同一參考系時(shí)兩個(gè)“物體”的速度要相同，即二者相對(duì)速度為零，處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)即可完成. 4.1997年6月10日，在我國(guó)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征一號(hào)”運(yùn)載火箭成功發(fā)射的“風(fēng)云二號(hào)A”氣象衛(wèi)星，是我國(guó)研制成功的第一顆靜止氣象衛(wèi)星，設(shè)計(jì)工作歷時(shí)三年.2000年6月25日，“長(zhǎng)征三號(hào)”運(yùn)載火箭又將我國(guó)自行研制的第二顆“風(fēng)云二號(hào)B”氣象衛(wèi)星成功發(fā)射上天，在太空中順利完成與A星的“新老交替”，最終定點(diǎn)在東經(jīng)105赤道上空，向地面?zhèn)骰刂袊?guó)及周邊地區(qū)的高質(zhì)量的氣象資料. （1）上述材料中的“靜止氣象衛(wèi)星”“最終定點(diǎn)在東經(jīng)105赤道上空”，是以誰(shuí)為參考系來(lái)描述衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)的？ （2）具有上述特點(diǎn)的衛(wèi)星稱為“同步衛(wèi)星”.除了“氣象衛(wèi)星”外，“同步衛(wèi)星”還有什么用途？ 參考答案： （1）是以地球?yàn)閰⒖枷?，且處于相?duì)靜止?fàn)顟B(tài). （2）通訊衛(wèi)星. 【課堂探究】 一跳傘運(yùn)動(dòng)員在下落過(guò)程中，看到身旁的直升機(jī)在向上運(yùn)動(dòng)，則直升機(jī)相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)情況是怎樣的？ 參考答案：跳傘運(yùn)動(dòng)員在下落過(guò)程中，看到身旁的直升機(jī)在向上運(yùn)動(dòng)，是以自己作參考系，即以跳傘運(yùn)動(dòng)員為標(biāo)準(zhǔn)，它們間的距離在不斷增大.如果以地面為參考系，這種情況的出現(xiàn)有以下幾種可能性：（1）直升機(jī)靜止在空中不動(dòng)；（2）直升機(jī)向上升；（3）直升機(jī)下落，但速度比跳傘運(yùn)動(dòng)員慢.以上三種情況都能使跳傘運(yùn)動(dòng)員與直升機(jī)間的距離不斷增大.因此，跳傘運(yùn)動(dòng)員無(wú)法根據(jù)自己看到的現(xiàn)象來(lái)判斷直升機(jī)相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)情況. 師：參考系可以任意選擇嗎？ 將教材圖1.1－4做成動(dòng)畫課件，展示給學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生分析其中的對(duì)話. 說(shuō)明：為了確定物體的位置和描述物體的運(yùn)動(dòng)而被選作參考的物體或物體系叫做參考系.如果物體相對(duì)于參考系的位置在變化，則表明物體相對(duì)于該參考系在運(yùn)動(dòng)；如果物體相對(duì)于參考系的位置不變，則表明物體相對(duì)于該參考系是靜止的.同一物體相對(duì)于不同的參考系，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以不同.在運(yùn)動(dòng)學(xué)中，參考系的選擇可以是任意的.研究和描述物體運(yùn)動(dòng)，只有在選定參考系后才能進(jìn)行.如何選擇參考系，必須從具體情況來(lái)考慮.例如，一個(gè)星際火箭在剛發(fā)射時(shí)，主要研究它相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)，所以把地球選作參考系.但是，當(dāng)火箭進(jìn)入繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道時(shí)，為研究方便，便將太陽(yáng)選作參考系.為研究物體在地面上的運(yùn)動(dòng)，選地球作參考系最方便，例如，觀察坐在飛機(jī)里的乘客，若以飛機(jī)為參考系來(lái)看，乘客是靜止的；若以地面為參考系來(lái)看，乘客是在運(yùn)動(dòng).因此，選擇參考系是研究問(wèn)題的關(guān)鍵之一. 組織學(xué)生小結(jié)并作好適時(shí)適度的引導(dǎo)： （1）運(yùn)動(dòng)和靜止都是相對(duì)于參考系的. （2）參考系的選取是任意的. （3）選擇不同的參考系，觀察的結(jié)果可能不一樣，也可能一樣. （4）選擇參考系時(shí)，應(yīng)使物體運(yùn)動(dòng)的描述盡可能簡(jiǎn)單、方便. （5）比較兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況，必須選擇同一參考系才有意義. 三、坐標(biāo)系 展示問(wèn)題： 有時(shí)需要準(zhǔn)確地描述某個(gè)物體所在的位置，如地理上用緯度和經(jīng)度來(lái)確定某個(gè)地點(diǎn).在軍事、大地測(cè)量等領(lǐng)域常采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）來(lái)確定方位. 要準(zhǔn)確地描述物體的位置及位置變化需要建立坐標(biāo)系.如果物體在一維空間運(yùn)動(dòng)，即沿一條直線運(yùn)動(dòng)，只需建立直線坐標(biāo)系，就能準(zhǔn)確表達(dá)物體的位置；如果物體在二維空間運(yùn)動(dòng)，即在同一平面運(yùn)動(dòng)，就需要建立平面直角坐標(biāo)系來(lái)描述物體的位置；當(dāng)物體在三維空間運(yùn)動(dòng)時(shí)，則需要建立三維直角坐標(biāo)系來(lái)描述. 【課堂探究】 創(chuàng)設(shè)一個(gè)實(shí)例讓學(xué)生思考，可以結(jié)合本地實(shí)際選取相應(yīng)的例子. 參考示例： 如圖1－1－1所示，一輛汽車從天安門沿長(zhǎng)安街駛向西單、南菜園方向，思考汽車的位置隨時(shí)間怎樣變化？ 問(wèn)題： 1.如何選擇坐標(biāo)軸和正方向？ 2.如何選擇坐標(biāo)原點(diǎn)？ 3.如何確定坐標(biāo)軸上的刻度值？ 圖1－1－1 師：對(duì)質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)，一般選質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為坐標(biāo)軸，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向，選取質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)軸原點(diǎn)的時(shí)刻為時(shí)間的起點(diǎn). 師：畫坐標(biāo)系時(shí)，必須標(biāo)上原點(diǎn)、正方向和單位長(zhǎng)度. 【課堂訓(xùn)練】 一質(zhì)點(diǎn)在x軸上運(yùn)動(dòng)，各個(gè)時(shí)刻的位置坐標(biāo)如下表： t/s 0 1 2 3 4 5 x/m 0 5 –4 –1 –7 1 （1）請(qǐng)?jiān)谙旅娴膞軸上標(biāo)出質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位置. 圖1－1－2 （2）哪個(gè)時(shí)刻離坐標(biāo)原點(diǎn)最遠(yuǎn)？有多遠(yuǎn)？ 參考答案：（1）如圖1－1－3標(biāo)注： 圖1－1－3 （2）在第4 s末的位置坐標(biāo)是－7 m，說(shuō)明這一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為7 m，在x軸的負(fù)向上，為最遠(yuǎn)，而其他幾個(gè)都不是最遠(yuǎn)的. 【討論與交流】 問(wèn)題：田徑場(chǎng)上，描述百米運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中的位置，需建立什么樣的坐標(biāo)系？描述800米賽跑運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中的位置需建立什么樣的坐標(biāo)系？足球場(chǎng)上，描述足球運(yùn)動(dòng)員的位置需建立什么樣的坐標(biāo)系？要描述足球的位置呢？ 參考答案：百米運(yùn)動(dòng)員是在一條直線上運(yùn)動(dòng)，所以應(yīng)建立直線坐標(biāo)系；800米賽跑運(yùn)動(dòng)員不是在一條直線上運(yùn)動(dòng)，而是在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，所以應(yīng)建立平面直角坐標(biāo)系；足球運(yùn)動(dòng)員也是在球場(chǎng)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，也要建立平面直角坐標(biāo)系，而足球的運(yùn)動(dòng)可以在草坪上進(jìn)行，也可以在空中飛行，所以要建立立體空間直角坐標(biāo)系. 學(xué)生閱讀教材“科學(xué)漫步”欄目并思考書中提出的問(wèn)題. 參考答案：從GPS定位器上顯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，如圖1－1－4所示.“航速0.0 km”說(shuō)明定位器現(xiàn)在相對(duì)地面靜止.第3行的“航程1.0 km”是指從出發(fā)到現(xiàn)在的里程，“累計(jì)13：32”是指從開(kāi)始啟動(dòng)定位器到現(xiàn)在的時(shí)間.第4行的“N3955.451′”和“E11623.504′”是指定位器所處位置在北緯3955.451′、東經(jīng)11623.504′.第5行“時(shí)間：10：29：57”顯示的是北京時(shí)間10點(diǎn)29分57秒.通過(guò)地理知識(shí)或查閱地圖手冊(cè)可以知道定位器此刻正處于北京市城區(qū)的西部. 圖1－1－4 ［小結(jié)］ 本節(jié)學(xué)習(xí)的參考系和質(zhì)點(diǎn)的概念是運(yùn)動(dòng)學(xué)甚至整個(gè)力學(xué)的最基本、最重要的概念，并且還提供了重要的科學(xué)思維方法.了解參考系的概念，對(duì)于觀察、比較、研究物體的運(yùn)動(dòng)有實(shí)際的意義.同學(xué)們要明白，嚴(yán)格意義上的“有質(zhì)量的點(diǎn)”實(shí)際上是不存在的，是一種理想化模型，是對(duì)實(shí)際物體的近似，是一種科學(xué)抽象.自然界中任何一種事物及其運(yùn)動(dòng)變化，都是比較復(fù)雜的，研究問(wèn)題，要暫時(shí)撇開(kāi)起作用很小的因素，抓住主要因素.如果在我們研究的問(wèn)題中，物體的形狀、大小，以及物體上各部分運(yùn)動(dòng)的差異是次要的或不起作用的，就可以把它看成質(zhì)點(diǎn). ［布置作業(yè)］ 教材第13頁(yè)問(wèn)題與練習(xí). ［課外訓(xùn)練］ 1.在下列各運(yùn)動(dòng)的物體中，可視為質(zhì)點(diǎn)的有 A.汽車的后輪，研究汽車牽引力的來(lái)源 B.沿斜槽下滑的小鋼球，研究它沿斜槽下滑的速度 C.人造衛(wèi)星，研究它繞地球的轉(zhuǎn)動(dòng) D.海平面上的木箱，研究它在水平力作用下是先滑動(dòng)還是先滾動(dòng) 2.分析下列運(yùn)動(dòng)中研究對(duì)象能否當(dāng)作質(zhì)點(diǎn). （1）做花樣溜冰的運(yùn)動(dòng)員； （2）運(yùn)行中的人造地球衛(wèi)星； （3）轉(zhuǎn)動(dòng)著的砂輪； （4）從斜面上滑下的木塊. 3.一列火車?？吭谡九_(tái)上，車廂內(nèi)的人看著窗外另一列火車，感覺(jué)到自己乘坐的火車又開(kāi)動(dòng)了，可等一會(huì)兒卻發(fā)現(xiàn)自己乘坐的火車還在站臺(tái)上未動(dòng).你有過(guò)類似的經(jīng)歷嗎？出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是什么？ 4.請(qǐng)你畫出從家出發(fā)到達(dá)學(xué)校的路線圖，嘗試描述你的位置隨時(shí)間變化的關(guān)系圖.如果提前十分鐘到達(dá)學(xué)校，那么把你經(jīng)過(guò)各處的時(shí)間也標(biāo)在圖上. 參考答案 1.答案：BC 解析：汽車牽引力的來(lái)源跟后輪轉(zhuǎn)動(dòng)情況有關(guān)，此時(shí)汽車后輪不能視為質(zhì)點(diǎn).小鋼球下滑的速度與球大小無(wú)關(guān)，可視作質(zhì)點(diǎn).研究人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，衛(wèi)星的形狀、大小可以不考慮，可視為質(zhì)點(diǎn).木箱在水平力作用下是否滾動(dòng)，與力作用點(diǎn)位置有關(guān)，物體大小不能忽略，故不能看作質(zhì)點(diǎn).實(shí)際物體能否被看作質(zhì)點(diǎn)，關(guān)鍵看物體大小、形狀對(duì)所研究的問(wèn)題是否有影響，若沒(méi)有影響，則物體可看作質(zhì)點(diǎn).所以正確選項(xiàng)應(yīng)為B、C. 2.答案：（1）花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作復(fù)雜，既有旋轉(zhuǎn)也有平移.若對(duì)運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作進(jìn)行技術(shù)分析，顯然不能把其視為質(zhì)點(diǎn)，但若只研究運(yùn)動(dòng)員滑冰場(chǎng)上的滑行路線，也可把運(yùn)動(dòng)員視為質(zhì)點(diǎn).（2）若只研究人造地球衛(wèi)星繞地球的軌道運(yùn)動(dòng)，由于人造衛(wèi)星本身的大小與衛(wèi)星離地球的距離小得多，則應(yīng)把人造地球衛(wèi)星看作質(zhì)點(diǎn)；但若對(duì)人造地球衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整控制，則不能把其看作質(zhì)點(diǎn).（3）砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，砂輪各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)情況與砂輪的大小和形狀有關(guān)，故不能把砂輪看作質(zhì)點(diǎn).（4）從斜面上滑下的木塊，其各部分的運(yùn)動(dòng)情況都相同，故可把木塊看作質(zhì)點(diǎn). 3.答案：車廂內(nèi)的人是注視另一站臺(tái)的火車，即人的視線已經(jīng)離開(kāi)了地面，人不以自身為參考系，就會(huì)以另一站臺(tái)的火車為參考系，顯然，人習(xí)慣于以自身為參考系，故有此感覺(jué).生活中學(xué)生和教師在乘坐汽車時(shí)也會(huì)有類似的經(jīng)歷，可以用語(yǔ)言引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出自己的感受，一般會(huì)出現(xiàn)同樣感覺(jué)（特別是防震功能較好的高檔汽車）. 4.參考提示：仿照坐標(biāo)系欄目下的課堂探究建立平面直角坐標(biāo)系，刻度比例要盡量符合實(shí)際.通過(guò)實(shí)際測(cè)量盡可能地準(zhǔn)確描述. 板書設(shè)計(jì) 1 質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系 機(jī)械運(yùn)動(dòng)：簡(jiǎn)稱“運(yùn)動(dòng)”，指物體與物體間或是物體的一部分和另一部分間相對(duì)位置隨時(shí)間發(fā)生改變的過(guò)程，是最基本、最簡(jiǎn)單、最普遍的運(yùn)動(dòng)形式. 物體和質(zhì)點(diǎn) 參考系 坐標(biāo)系 概念 用來(lái)代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn). 描述物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，選擇用來(lái)作參考的物體稱為參考系. 為了定量地描述物體的位置及位置的變化，而需要在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系. 說(shuō)明 （1）質(zhì)點(diǎn)是一種科學(xué)抽象，是一種理想化的模型. （2）質(zhì)點(diǎn)是對(duì)實(shí)際物體的近似，這也是物理學(xué)中常用的一種重要的研究方法. （3）一個(gè)物體能否看成質(zhì)點(diǎn)，取決于它的形狀和大小在所研究問(wèn)題中是否可以忽略不計(jì)，而跟自身體積的大小、質(zhì)量的多少和運(yùn)動(dòng)速度的大小無(wú)關(guān). （1）運(yùn)動(dòng)和靜止都是相對(duì)于參考系的. （2）參考系的選取是任意的. （3）選擇不同的參考系，觀察的結(jié)果可能不一樣，也可能一樣. （4）選擇參考系時(shí)，應(yīng)使物體運(yùn)動(dòng)的描述盡可能簡(jiǎn)單、方便. （5）比較兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況，必須選擇同一參考系才有意義. （1）描述直線運(yùn)動(dòng)的物體的位置變化，可以建立一維直線坐標(biāo)系. （2）描述平面上運(yùn)動(dòng)的物體的位置變化，可以建立二維平面直角坐標(biāo)系. （3）描述立體空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的物體的位置變化，可以建立三維立體空間坐標(biāo)系. 活動(dòng)與探究 探究活動(dòng)的主題：亞里士多德和伽利略對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的研究 通過(guò)查找資料或上網(wǎng)等方式，了解討論亞里士多德和伽利略對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的研究在科學(xué)發(fā)展和人類進(jìn)步上的重大意義. 步驟 學(xué)生活動(dòng) 教師指導(dǎo) 目的 1 到圖書館、上網(wǎng)查閱相關(guān)書籍. 介紹相關(guān)書籍 1.讓學(xué)生更多地了解亞里士多德和伽利略在科學(xué)發(fā)展和人類進(jìn)步上的重大貢獻(xiàn). 2.培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力. 2 根據(jù)查閱的資料，確定文章主題和內(nèi)容. 解答學(xué)生提出的具體問(wèn)題. 3 相互交流活動(dòng)的感受. 對(duì)優(yōu)秀文章進(jìn)行點(diǎn)評(píng). 參考資料 1.亞里士多德對(duì)運(yùn)動(dòng)的分類 亞里士多德在科學(xué)上并不是一個(gè)坐在椅子上空想的學(xué)者，他對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行了敏銳的觀察.在對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀察中，亞里士多德注意到某些運(yùn)動(dòng)無(wú)需幫助即可維持，而另外一些運(yùn)動(dòng)只有借助外界作用才能維持.亞里士多德認(rèn)為一個(gè)無(wú)需幫助的運(yùn)動(dòng)例子是：當(dāng)你把一塊石頭推出石梁，它在無(wú)明顯幫助的情況下向地面落下.亞里士多德把這種能夠自己維持的運(yùn)動(dòng)稱為自然運(yùn)動(dòng). 除固體下落外，亞里士多德還察覺(jué)到另外三種自然運(yùn)動(dòng)：瀉下或沿坡流下的液體，上升的氣體和向上跳動(dòng)的火焰.在亞里士多德看來(lái)，這四種運(yùn)動(dòng)代表了地球上能發(fā)生的四種自然運(yùn)動(dòng).他認(rèn)為，由于地球上所有的東西都由四種不同物質(zhì)或元素——土、水、氣和火構(gòu)成，而每一種元素都力圖到達(dá)不同的自然位置，所以就產(chǎn)生了自然運(yùn)動(dòng).雖然亞里士多德所說(shuō)的元素不同于化學(xué)元素，但元素這個(gè)詞仍沿用至今，意指那些構(gòu)成萬(wàn)物的物質(zhì). 每個(gè)亞里士多德元素都有各自固有的自然運(yùn)動(dòng)和力圖到達(dá)的固有自然位置：土元素向下運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榈厍蛑行氖撬淖匀混o止位置（有學(xué)識(shí)的古希臘人知道大地是一個(gè)球）；水向下流動(dòng)，因?yàn)樗淖匀晃恢脛偤迷谕恋纳戏剑粴馍仙?，因?yàn)榇髿鈱邮瞧渥匀晃恢?；而火焰向上跳，這是因?yàn)槠渥匀晃恢迷跉庵? 亞里士多德認(rèn)為萬(wàn)物皆由這四種元素構(gòu)成，一個(gè)物體的自然運(yùn)動(dòng)由該物體所含的每種元素的多少而定.巖石在水中下沉，因?yàn)閹r石主要由土構(gòu)成；木頭浮在水面，因?yàn)樗镣膺€含有氣；而熱氣上升，因?yàn)樗谢? 所有這些自然運(yùn)動(dòng)要么豎直向下，要么豎直向上.水平運(yùn)動(dòng)有所不同.當(dāng)你沿著道路拉一輛小車，或水平拋出一塊石頭，或在地板上推一個(gè)箱子時(shí)，是你的活動(dòng)維持著物體運(yùn)動(dòng)：你使小車運(yùn)動(dòng)；石頭因你拋出而運(yùn)動(dòng)；你必須推這個(gè)箱子.推和拉是讓小車、石頭和箱子運(yùn)動(dòng)所必需的.亞里士多德認(rèn)為，之所以需要推與拉，是因?yàn)槲矬w必須受到強(qiáng)制才會(huì)背離其自身的本性行事，換句話說(shuō)，才會(huì)做與其自然運(yùn)動(dòng)完全不同的運(yùn)動(dòng).亞里士多德把所有這些強(qiáng)制的運(yùn)動(dòng)歸類為強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，意思是需要外界的推或拉來(lái)維持它. 亞里士多德認(rèn)為地球上所有的運(yùn)動(dòng)不是自然的就是強(qiáng)迫的，但是他覺(jué)察到天上的情況則完全不同.他相信月亮、太陽(yáng)、行星和恒星是由地球上找不到的第五種元素——以太（來(lái)自希臘文，意為使燃燒或發(fā)光）構(gòu)成.與地上的四種元素不同，以太沒(méi)有質(zhì)量，不會(huì)腐朽（不變的，永恒的）.以太在一切方面都是完美的，它的自然位置是在天空，它的自然運(yùn)動(dòng)是環(huán)繞地球的完美的圓周運(yùn)動(dòng).這第三種運(yùn)動(dòng)叫做天體運(yùn)動(dòng). 這個(gè)理論用幾條普遍原理解釋了相當(dāng)大范圍內(nèi)的觀察結(jié)果.它是一個(gè)勝任的和有用的理論，并得到廣泛的認(rèn)可，這種情況可部分地歸因于這個(gè)理論似乎言之成理.巖石的確是自動(dòng)下落，為了維持水平運(yùn)動(dòng)的確需要推動(dòng)，而天上的運(yùn)動(dòng)也的確與地上的運(yùn)動(dòng)不同.然而我們將看到，牛頓物理學(xué)與所有這些觀念完全對(duì)立. 亞里士多德理論支持了希臘人關(guān)于地球在宇宙中地位的另一個(gè)觀念，即地球是靜止的，星星圍繞它運(yùn)行.亞里士多德物理學(xué)解釋了這一切的原因：地球之所以不能運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)樗饕赏猎貥?gòu)成，其自然靜止位置在地球中心；而星星做圓周運(yùn)動(dòng)則由以太的本性決定；地上的物體不能像星星那樣運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榈厣蠜](méi)有以太.亞里士多德物理學(xué)解釋了地上與天上為什么如此不同. 中世紀(jì)基督教哲學(xué)發(fā)現(xiàn)古希臘物理學(xué)和天文學(xué)與它非常合拍.地心宇宙、由可腐壞的元素構(gòu)成的地球、由可腐壞和易朽的元素構(gòu)成的人類、萬(wàn)物之自然安息位置、處于永恒的天體運(yùn)動(dòng)中由不朽的以太構(gòu)成的完美天國(guó)——所有這一切都與教會(huì)神學(xué)配合得很好.因此，一直到公元1600年前后，地心天文學(xué)和亞里士多德物理學(xué)仍在歐洲文明的哲學(xué)與文化中起著核心作用. 2.亞里士多德與伽利略給我們的啟示 縱觀物理學(xué)發(fā)展的歷史長(zhǎng)河，我們感喟人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律之曲折、艱辛、漫長(zhǎng)；驚嘆那些在黑夜中摸索的物理學(xué)巨匠們的頑強(qiáng)、睿智、杰出.從古代的亞里士多德、阿基米德到物理學(xué)新時(shí)代的伽利略、牛頓，到近代物理學(xué)的奠基者愛(ài)因斯坦、玻爾……一代代的物理學(xué)家所代表的人類智力的自由創(chuàng)造，使我們關(guān)于物理實(shí)在的圖景的描繪愈來(lái)愈接近客觀真理，使物理學(xué)大廈逐步地趨向完美.回顧物理學(xué)的發(fā)展歷史，重溫物理學(xué)家曾經(jīng)經(jīng)歷的種種挫折與成功，猶如實(shí)施一種智力移植；通過(guò)挖掘革命性、科學(xué)性理論的創(chuàng)造性思路或者偉大科學(xué)家從事科學(xué)創(chuàng)造的思路，使我們對(duì)物理世界的認(rèn)識(shí)更科學(xué)、合理，更富于創(chuàng)見(jiàn)，更機(jī)智敏捷.如借鑒歷史的明鏡，依據(jù)古人曾經(jīng)產(chǎn)生過(guò)的錯(cuò)誤，預(yù)料今天初學(xué)者腦子里會(huì)出現(xiàn)的影像，未雨綢繆、少走彎路.讓我們以亞里士多德與伽利略為例去尋求啟迪吧. 我們從教科書上曾經(jīng)結(jié)識(shí)過(guò)這兩位偉大的學(xué)者.在落體運(yùn)動(dòng)法則問(wèn)題上、在力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系問(wèn)題上，這兩位時(shí)隔兩千年的學(xué)者的觀點(diǎn)的確是相去甚遠(yuǎn).在16世紀(jì)以前，亞里士多德在物理學(xué)界享有至高無(wú)上的威望，致使人們的思維、觀察和知識(shí)都緊緊束縛在亞氏所寫下的那些東西上.它使人們相信地球是宇宙的中心；輕物體的自然運(yùn)動(dòng)是向上的；重物體的自然運(yùn)動(dòng)是向下的，越重的物體下落得越快；天體物質(zhì)的自然運(yùn)動(dòng)則是圍繞宇宙中心旋轉(zhuǎn)的；這些自然運(yùn)動(dòng)無(wú)須外力作用；非自然運(yùn)動(dòng)的那些物體都是由于有外力迫使；力是維持物體非自然運(yùn)動(dòng)的原因；馬車沿著馬路行駛當(dāng)然得由馬來(lái)拉動(dòng)；推一個(gè)物體的力不再去推它，原本運(yùn)動(dòng)著的物體自然便停下來(lái)……亞里士多德的觀點(diǎn)與最簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)那么吻合、與人們對(duì)事物的理解程度那么相符，所以曾一代一代地被奉若神明，視作人類知識(shí)的巔峰而保持了千百年.大自然的真諦隱匿在黑夜中，謬誤使人們困惑、迷茫，人類在混沌中摸索……伽利略偉大的工作，從根本上改變了人們關(guān)于運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的概念，使物理學(xué)進(jìn)入了新時(shí)期.伽利略運(yùn)用科學(xué)的研究方法，在幾十年時(shí)間里研究落體運(yùn)動(dòng)，研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，得出了與亞里士多德截然不同的結(jié)論.現(xiàn)在我們知道，任何物體總保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，直至有外力迫使物體改變這種狀態(tài)為止；勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止才是物體的自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，力則是導(dǎo)致物體改變自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因；自由下落的物體“下落速度與下落時(shí)間成正比”.伽利略是劃時(shí)代的物理學(xué)家，正如愛(ài)因斯坦所言：伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開(kāi)端. 物理教科書上，亞里士多德給同學(xué)們的形象不妙，他老是出錯(cuò)，老是作出一些輕率的結(jié)論.同學(xué)們覺(jué)得亞氏實(shí)在太不高明而伽利略則比他偉大千百倍.事實(shí)上，亞里士多德是古代一位偉大的學(xué)者，一位百科全書式的大學(xué)問(wèn)家，他有著成就事業(yè)的理性方法，又有幾乎無(wú)所不及的思想成果，他在哲學(xué)、邏輯學(xué)方面的成就至今還被應(yīng)用著，不過(guò)他在物理學(xué)中卻的確是錯(cuò)誤百出并且謬種流傳，整整貽誤物理學(xué)二十個(gè)世紀(jì).亞里士多德的悲哀不在于頭腦，也不全在于時(shí)代，而在于研究方法不當(dāng).亞里士多德的物理研究方法有什么特點(diǎn)呢?或許可以用“觀察加直覺(jué)”來(lái)概括.亞里士多德觀察了眾多的自然現(xiàn)象：火焰向上竄、石頭往下落、馬車要馬拉著跑、尖厲的聲音傳得遠(yuǎn)……于是便依賴于直覺(jué)推理得出一系列直覺(jué)結(jié)論.固然，觀察與直覺(jué)對(duì)物理研究是至關(guān)重要的，詳實(shí)的觀察與良好的直覺(jué)往往導(dǎo)致偉大的發(fā)現(xiàn)，觀察使人腦累積事物的形象，形成一種潛知，直覺(jué)的想象、鑒別與啟發(fā)便使這種潛知的信息外傳.阿基米德巧解王冠之謎發(fā)現(xiàn)浮力規(guī)律、牛頓由蘋果落地而及月亮乃至天地萬(wàn)物間的引力，就是亞里士多德本人也曾從觀察月食現(xiàn)象而正確判斷地球是圓球形的.然而，物理學(xué)更是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，所以根據(jù)直接觀察所得出的直覺(jué)的結(jié)論不是常?？煽康?，它們有時(shí)會(huì)將人們引入歧途，將“觀察加直覺(jué)”作為物理研究的基本方法，這也正是亞里士多德物理學(xué)的失敗之所在. 伽利略是第一位創(chuàng)造通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)理論推導(dǎo)的科學(xué)研究方法的科學(xué)家.他崇尚“實(shí)驗(yàn)加推理”，他拒絕聽(tīng)信任何未經(jīng)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想，哪怕那是來(lái)自于教堂或權(quán)威.伽利略用盡畢生的精力探索落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，他首先通過(guò)落體佯謬的思想實(shí)驗(yàn)，否定亞里士多德的重物下落快的結(jié)論.通過(guò)觀察棉花、羽毛等在空氣中落下，伽利略曾經(jīng)提出過(guò)落體速度與密度成正比例的法則，然而通過(guò)科學(xué)的推理，使伽利略認(rèn)識(shí)了不易察覺(jué)的空氣阻力，從而發(fā)現(xiàn)了自己最初的法則的錯(cuò)誤，并猜想到在沒(méi)有空氣阻力的情況下，一切物體都在同樣地增加著速度.為了建立真正的落體法則，伽利略仔細(xì)地用實(shí)驗(yàn)研究了擺的運(yùn)動(dòng)和小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)格地定義了勻變速運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)出了精密的時(shí)間測(cè)量方法，盡量地消除各種阻力的影響，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具……最終找到了物體下落速度與下落時(shí)間成正比的正確法則.伽利略的貢獻(xiàn)不只是建立了一個(gè)新的法則，而且將物理學(xué)研究推向正確的軌道，從此開(kāi)始了物理學(xué)的突飛猛進(jìn). 亞里士多德與伽利略的故事告訴我們，知識(shí)就是力量，而能力與方法比知識(shí)更有力量.我們每個(gè)人都同樣地?fù)碛幸粋€(gè)健全的大腦，我們每個(gè)人都應(yīng)該可以像伽利略那樣去思索.重要的是學(xué)會(huì)認(rèn)識(shí)世界的方法和具備進(jìn)行科學(xué)研究的能力.如若我們能從亞里士多德和伽利略以及其他各位偉大學(xué)者的失敗與成功中尋求啟發(fā)和借鑒，我們也將會(huì)擁有一顆杰出的閃爍著智慧之光的大腦，去容納經(jīng)典的與現(xiàn)代的物理知識(shí)，去面對(duì)已知的與未知的物理世界.