2019-2020年高中物理 1.1 質(zhì)點(diǎn)參考系和坐標(biāo)系教案 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 新人教版必修1 在我們周?chē)?，到處可以看到物體在運(yùn)動(dòng)：汽車(chē)在公路上飛馳，江水在咆哮地奔向遠(yuǎn)方，鳥(niǎo)兒在飛翔，樹(shù)葉在搖動(dòng)……連我們腳下的地球，也在不停地自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)。物體的空間位置隨時(shí)間的變化，是自然界中最簡(jiǎn)單、最基本的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，稱(chēng)為機(jī)械運(yùn)動(dòng)（mechanical motion）.在物理學(xué)中，研究物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分支叫做力學(xué)（mechanics）.人們?cè)诹W(xué)的研究中，不僅了解物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，而且還創(chuàng)造了科學(xué)研究的基本方法。所以霍爾頓（GHolton）說(shuō)：“無(wú)論從邏輯上還是從歷史上講，力學(xué)都是物理學(xué)的基礎(chǔ)，也是物理學(xué)及其他學(xué)科研究的典范……力學(xué)之于物理學(xué)如同骨骼之于人體?！痹谶@一章，我們研究怎樣描述物體的運(yùn)動(dòng)。 1、質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系 一、知識(shí)目標(biāo) 1、知道參考系的概念。知道對(duì)同一物體選擇不同的參考系時(shí)，觀(guān)察的結(jié)果可能不同。 2、理解質(zhì)點(diǎn)的概念，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。 二、教學(xué)重點(diǎn) 1、在研究問(wèn)題時(shí)，如何選取參考系。 2、質(zhì)點(diǎn)概念的理解。 三、教學(xué)難點(diǎn) 在什么情況下可把物體看出質(zhì)點(diǎn) 四、教材分析 本節(jié)教科書(shū)的第一段道出了全章教科書(shū)的目標(biāo)，就是研究“怎樣描述物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)”。教科書(shū)一開(kāi)始就從參考系中明確地抽象出了坐標(biāo)系的概念，指導(dǎo)思想是強(qiáng)調(diào)一般性的科學(xué)方法，即為這樣的思想作準(zhǔn)備：解決問(wèn)題時(shí)首先把實(shí)際問(wèn)題抽象成物理模型，然后用數(shù)學(xué)方法描述這個(gè)模型，并尋求解決的方法。 要研究物體位置的變化問(wèn)題，首先必須解決位置確定問(wèn)題，教科書(shū)把“物體和質(zhì)點(diǎn)”當(dāng)作一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，說(shuō)明質(zhì)點(diǎn)是針對(duì)物體而言的，實(shí)際的“物體”都“占有一定的空間”，在通常的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，“不同部位的運(yùn)動(dòng)情況是不相同的”，從而“給描述運(yùn)動(dòng)帶來(lái)了困難”，解決問(wèn)題的關(guān)鍵是“能否用一個(gè)點(diǎn)來(lái)代替物體”。 教科書(shū)通過(guò)學(xué)生熟知的實(shí)例分析，讓學(xué)生很自然地領(lǐng)會(huì)到“在某些情況下，真的可以不考慮物體的大小和形狀”，“突出物體具有質(zhì)量這一要素，把它簡(jiǎn)化為一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)”。這充分說(shuō)明了將物體簡(jiǎn)化成質(zhì)點(diǎn)的條件性，質(zhì)點(diǎn)的兩大基本屬性。 為了強(qiáng)調(diào)坐標(biāo)的概念，教科書(shū)用數(shù)學(xué)和物理學(xué)中通用的符號(hào)，即在直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中用x表示質(zhì)點(diǎn)的位置，極坐標(biāo)，用△x=x1－x2表示質(zhì)點(diǎn)的位移。在表示物理量的變化時(shí)，“△”實(shí)際上是我們以前都在使用的符號(hào)，學(xué)生不會(huì)感到困難。相反，由于有了明確表示物理量的變化量的符號(hào)，學(xué)生更易區(qū)分某物理量與這個(gè)物理量的變化量。 明確地把某個(gè)物理量與這個(gè)物理量的變化區(qū)分開(kāi)，這是本書(shū)的特點(diǎn)。物理學(xué)中經(jīng)常要區(qū)分這兩種物理量，有意識(shí)地強(qiáng)調(diào)它們的區(qū)別，對(duì)于以后的學(xué)習(xí)會(huì)有好處。下一節(jié)中，時(shí)刻與時(shí)間間隔的關(guān)系也是這樣。 “科學(xué)漫步”欄目中的“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)”是擴(kuò)展性?xún)?nèi)容，其后附有進(jìn)一步研究的問(wèn)題，例如“這個(gè)定位器處于我國(guó)哪個(gè)城市的什么部位？從顯示屏中你還能獲得哪些信息？”。這樣做的目的也是使學(xué)生養(yǎng)成勤于觀(guān)察、勤于思考的習(xí)慣，提高學(xué)生自主獲得知識(shí)的能力。這類(lèi)問(wèn)題不作為針對(duì)所有學(xué)生的強(qiáng)制性要求。 五、教學(xué)步驟 1、物體和質(zhì)點(diǎn) 在研究某一問(wèn)題時(shí)，對(duì)影響結(jié)果非常小的因素常忽略。常建立一些物理模型，這是一種科學(xué)抽象。那以前接觸過(guò)這樣的物理模型嗎？ 如：光滑的水平面、輕質(zhì)彈簧。 這些都是把摩擦、彈簧質(zhì)量對(duì)研究問(wèn)題影響極小的因素忽略掉了。今天我們又要建立一種新的物理模型——質(zhì)點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn)，并完成下列問(wèn)題： 填寫(xiě)： （1）質(zhì)點(diǎn)就是沒(méi)有 ，沒(méi)有 ，只具有物體 的點(diǎn)。 （2）能否把物體看作質(zhì)點(diǎn)，與物體的大小、形狀有關(guān)嗎？ （3）研究一輛汽車(chē)在平直公路上的運(yùn)動(dòng)，能否把汽車(chē)看作質(zhì)點(diǎn)？要研究這輛汽車(chē)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，能否把汽車(chē)看作質(zhì)點(diǎn)？ （4）原子核很小，可以把原子核看作質(zhì)點(diǎn)嗎？ （5）運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)通過(guò)的路線(xiàn)，叫質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) ； 是直線(xiàn)，叫直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)； 是曲線(xiàn)，叫 。 共評(píng)：質(zhì)點(diǎn)是沒(méi)有形狀、大小、具有物體全部質(zhì)量的點(diǎn)。這是一種科學(xué)抽象，就是要抓住主要特征，忽略次要因素，這就必須是具體問(wèn)題具體分析。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，就可以把它看作質(zhì)點(diǎn)。比如在平直公路上運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)，研究它運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，汽車(chē)的大小、形狀及車(chē)上各部分運(yùn)動(dòng)的差異是次要的，可把汽車(chē)看作質(zhì)點(diǎn)。而研究車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，是研究汽車(chē)上部分的運(yùn)動(dòng)，就不能把汽車(chē)看作質(zhì)點(diǎn)，再比如原子核很小，要是研究質(zhì)子與質(zhì)子的作用時(shí)，就不能把它看作質(zhì)點(diǎn)。 2、（1）參考系：為了描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，選來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)的物體，叫參考系。 （2）選擇不同的參考系觀(guān)察同一個(gè)運(yùn)動(dòng)，觀(guān)察的結(jié)果會(huì)有不同。 舉例：描述同一個(gè)運(yùn)動(dòng)，選擇不同參考系，觀(guān)察結(jié)果也不一樣。 舉例：運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)，是選擇地面為參考系，如選司機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)，汽車(chē)是靜止的。 …… （3）總結(jié)：參考系是可任意選取，但選擇的原則要使運(yùn)動(dòng)和描述盡可能簡(jiǎn)單。比如，研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)，選擇地面或相對(duì)地面動(dòng)的物體作參考系要比選太陽(yáng)作參考系簡(jiǎn)單。 3、坐標(biāo)系 如果物體沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，為了定量描述物體的位置變化，可以以這條直線(xiàn)為軸，在直線(xiàn)上規(guī)定原點(diǎn)、正方向和單位長(zhǎng)度，建立直線(xiàn)坐標(biāo)系。 一般來(lái)說(shuō)，為了定量地描述物體的位置的變化，需要在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系（coordinate system）. 教學(xué)中注意以下幾點(diǎn)： （1）坐標(biāo)系相對(duì)參考系是靜止的。 （2）坐標(biāo)的三要素：原點(diǎn)、正方向、標(biāo)度單位。 （3）用坐標(biāo)表示質(zhì)點(diǎn)的位置。 （4）用坐標(biāo)的變化描述質(zhì)點(diǎn)的位置改變。 4.“科學(xué)漫步” 本欄目中的“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)”是擴(kuò)展性?xún)?nèi)容，可以由學(xué)生自己閱讀，如果學(xué)生對(duì)此有興趣，通過(guò)自己查找資料寫(xiě)出一篇科技報(bào)告放到墻報(bào)上或在班會(huì)上做個(gè)科技報(bào)告，都是很有意義的。這樣的活動(dòng)不必要求所有學(xué)生都做，但在一學(xué)期中，每個(gè)學(xué)生都應(yīng)參加一兩個(gè)。 本書(shū)“科學(xué)漫步”、“科學(xué)足跡”等欄目與過(guò)去的“閱讀材料”不同點(diǎn)之一是，其后往往附有進(jìn)一步研究的問(wèn)題。例如，本節(jié)結(jié)合圖1.1-6提問(wèn)，這個(gè)定位器處于呢個(gè)成是的哪個(gè)部位，等等。這樣做的目的也是使學(xué)生養(yǎng)成勤于觀(guān)察、勤于思考的習(xí)慣，提高學(xué)生自主獲得知識(shí)的能力。這類(lèi)問(wèn)題不作為針對(duì)所有學(xué)生的強(qiáng)制性要求。 五、教學(xué)資源 1.天球坐標(biāo)系 為確定天球上某一點(diǎn)的位置，在天球上建立的球面坐標(biāo)系。有兩個(gè)基本要素：①基本平面。由天球上某一選定的大圓所確定。大圓稱(chēng)為基圈，基圈的兩個(gè)幾何極之一作為球面坐標(biāo)系的極。②主點(diǎn)，又稱(chēng)原點(diǎn)。由天球上某一選定的過(guò)坐標(biāo)系極點(diǎn)的大圓與基圈的交點(diǎn)所確定。 天球上一點(diǎn)在此天球坐標(biāo)系中的位置由兩個(gè)球面坐標(biāo)標(biāo)定：①第一坐標(biāo)或稱(chēng)經(jīng)向坐標(biāo)。作過(guò)該點(diǎn)和坐標(biāo)系極點(diǎn)的大圓，稱(chēng)副圈，從主點(diǎn)到副圈與基圈交點(diǎn)的弧長(zhǎng)為經(jīng)向坐標(biāo)。②第二坐標(biāo)或稱(chēng)緯向坐標(biāo)。從基圈上起沿副圈到該點(diǎn)的大圓弧長(zhǎng)為緯向坐標(biāo)。天球上任何一點(diǎn)的位置都可以由這兩個(gè)坐標(biāo)唯一地確定。這樣的球面坐標(biāo)系是正交坐標(biāo)系。對(duì)于不同的基圈和主點(diǎn)，以及經(jīng)向坐標(biāo)所采用的不同量度方式，可以引出不同的天球坐標(biāo)系，常用的有地平坐標(biāo)系、赤道坐標(biāo)系、黃道坐標(biāo)系和銀道坐標(biāo)系等。 2.地心地固空間直角坐標(biāo)系 原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向格林尼治平均子午面與赤道的交點(diǎn)，Y軸垂直于XOZ平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 3.地心地固大地坐標(biāo)系 地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球面與大地水準(zhǔn)面在全球范圍內(nèi)最佳符合，橢球短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合（過(guò)地球質(zhì)心并指向北極），大地緯度，大地經(jīng)度，大地高。如圖所示。 地球北極是地心地固坐標(biāo)系的基準(zhǔn)指向點(diǎn)，地球北極的變動(dòng)將引起坐標(biāo)軸方向的變化。