第一章运动的描述一

博师教育授课教案表学生姓名：授课教师：授课科目：学生年级：课时：上课时间：年月日:至:教学课题运动的描述（一）教学目标让学生深入了解简单的机械运动学习重难点质点、参考系的掌握复习与答疑教学内容课前导航我国是文明古国，对运动早就有研究．早在汉代成书的《尚书纬·考灵曜》中就有这样的记载：“地恒动不止，而人不知。譬如人在大舟中，闭牖(窗户)而坐，舟行而人不觉也。”毛泽东同志的诗中也有一名句：“坐地日行八万里，巡天遥看一千河。”请你思考：1．选什么物体为参考系，才能说“地恒动不止”？2．“日行八万里”的地球可否视为质点？3．有一个成语叫做“刻舟求剑”，如果说刻舟求剑者的错误在于错选了参照系，你同意这种看法吗？【基础知识讲解】一、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一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.这里涉及到空间和时间的问题.运动分为平动和转动，运动无论多么复杂,都是由平动和转动组成,或只有平动,或只有转动,或既有平动,又有转动。如判断物体是平动或是转动,必须抓住,物体上各点的运动情况都相同,这种运动叫平动。物体上的各点都绕一点(圆心)或一轴做圆周运动,这样的运动叫转动。如果运动按运动轨迹分类,可为直线或曲线运动,而平动可沿直线运动,也可沿曲线运动。只要保持物体上各运动情况相同即可。（请学生自己举出平动和转动的生活例子）古希腊杰出的哲学家、科学家、圣贤——亚里士多德曾说过“不了解运动，就不了解自然”，这句话向我们提出了严峻的挑战.我们要充满信心，迎接这一挑战。那么我们要描述物体的机械运动，应该从哪几个方面去描述呢？例如：汽车在公路上飞驰，江水在咆哮着奔向远方，鸟儿在飞翔，树叶在摇动，高山上流水，瀑布直泻千尺，雪花在空中飞舞……再看个例子：2003年10月15日，一个令人骄傲的日子，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，文学家欧阳中石这样描述它的运动：“凌云戏月游银汉，转瞬翔天过太空.”如果你是物理学家，你又将如何描述呢？这就是我们今天要研究的课题——认识运动.二、认识运动：质点、参考系和坐标系我们要准确描述物体的运动，特别是物体各部分的详细运动情况，并不是一件很容易的事.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。但是对于一些物体如：“神舟”五号飞船载人舱长7.4m，直径2.8m，用长58m、重达480t的“长征”2号火箭发射升空后，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？很明显不需要，我们可以用荧光屏上的小光点代替这个“庞大”的飞船！在物理学中这种方法叫做理想化模型法，物理学是一门以实验基础的学科。以后我们会遇到很多研究方法，如：图像法、微元极限法、比值法等，以后我们都会一个一个的学习。下面我们先简单地介绍一下理想化模型法：理想化模型1．理想化模型是为了使研究的问题得以简化或研究问题方便而进行的一种科学的抽象，实际并不存在．2．理想化模型是以研究目的为出发点，突出问题的主要因素，忽略次要因素而建立的物理模型．3．理想化模型是在一定程度和范围内对客观存在的复杂事物的一种近似反映，是物理学中经常采用的一种研究方法，如接下来我们要讲的质点就是应用的理想化模型法。A、质点质点：质点是不考虑物体的大小和形状,而把物体看成一个有质量的点,实际并不存在。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。那么我们研究问题时，怎么去区分一个物体的主要因素和次要因素呢，也就是说怎么去判别我们要研究的物体是否可以看做质点呢？请看下面两个例子并回答问题：1、地球是一个庞然大物，直径约为12800km，与太阳相距1.5×108km.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?参考答案：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.2、撑杆跳高是一项非常刺激的体育运动项目，一般来说可以把撑杆跳运动分为如下几个阶段：助跑、撑杆起跳、越过横杆.讨论并思考后回答，在下列几种情况下运动员能否被看作质点，从中体会质点模型的建立过程.（1）教练员针对训练录像纠正运动员的错误时，能否将运动员看成质点？（2）分析运动员的助跑速度时，能否将其看成质点？（3）测量其所跳高度（判断其是否打破纪录）时，能否将其看成质点？参考答案：（1）不能，纠正错误动作时不能忽略运动员的姿势及动作，也就是说不能忽略运动员的形状和大小.（2）能，分析助跑速度时，可以忽略运动员的姿势及动作.（3）能.3、物理中的“质点”跟几何中的点有什么相同和不同之处？参考答案：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，不仅具有物体的全部质量和空间位置，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“绝对得小”。继续看下面的例子：1、沿一个方向推动桌面上的书本，如果测量书本移动的距离，是否可以将书本视为质点，为什么？2、如果测定书本经过桌面上方某一定点所需要的时间，是否可以将书本视为质点，为什么？参考答案：1、沿同一个方向移动书本时，书本各部分的运动情况完全相同，可以将它视为质点。2、相对桌面上方的某一定点来说，书本本身的长度（或宽度）不能忽略，并对经过该定点位置所需要的时间起决定作用，所以这种情况下不能将书视为质点。a、物体能否看做质点的几种情况(1)平动的物体因各部分运动情况相同，一般可以看做质点．(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，物体本身的形状和大小已变成了次要因素时可以看做质点．如研究地球绕太阳的公转规律时，地球的大小就变成次要因素，可以不考虑，此时地球就可以看做质点．转动的物体在研究其转动的规律时不能看成质点．如研究地球自转时，地球的大小和形状就是影响研究问题的重要因素了，因此就不能再把地球看做质点了．(3)物体本身的大小对所研究问题的影响不能忽略时，不能把物体看做质点，如研究火车过桥的时间时就不能把火车看做质点。b、质点小结：1.质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型，实际并不存在。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.即使是同一个物体，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。质点的特点：具有质量，占有位置，无体积和形状，是一个理想化的物理模型，实际上并不存在．【牛刀小试】1、2008年8月16日，牙买加运动员博尔特在北京奥运会上以9秒69打破男子百米跑世界纪录，再创速度极限．下列说法正确的是()A、在博尔特的100米飞奔中，可以将他看做质点B、教练为了分析其动作要领，可以将其看做质点C、无论研究什么问题，均不能把博尔特看做质点D、是否能将博尔特看作质点,决定于我们所研究的问题2、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3、在以下的哪些情况中可将物体看成质点?（1）研究某学生骑车回校的速度.（2）对这位学生骑车姿势进行生理学分析.（3）研究火星探测器从地球到火星的飞行轨迹.（4）研究火星探测器降落火星后如何探测火星的表面4、下列情形中的物体可以看作质点的是A、跳水冠军郭晶晶在跳水比赛中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、奥运会冠军邢慧娜在万米长跑中D、花样滑冰运动员在比赛中B、参考系和坐标系通过初中物理的学习，我们知道：物体的运动和静止是相对的，在描述一个物体的运动时，我们要首先选择一个作为标准的物体，我们叫它为参照物。同样在高中我们要描述一个物体的运动时也要首先选择一个物体作为标准，我们称之为参考系，被选为参考系的物体不管是运动的还是静止的，我们都认为它是静止的。1、选择参考系的意义要描述一个物体的运动，必须首先选好参考系，对于同一个运动，如果选不同的物体作参考系，观察到的运动情况可能不相同．例如：甲、乙两辆汽车由西向东沿同一直线以15m/s的相同速度行驶着．若两车都以路边的树木作为参考系，则两车都是以15m/s的速度向东行驶；若以其中任意一辆车为参考系，则另一辆是静止的．2、选择参考系的原则(1)选取参考系一般应根据研究对象和研究对象所在的系统来决定．例如研究火车上物体的运动情况时，一般选取火车作为参考系；研究地面上物体的运动时，常选地面或相对地面不动的物体作为参考系，这时，参考系常可以略去不提，如“汽车运动了”，就不必说成“汽车相对地面运动了”。(2)参考系的选取可以是任意的，但是不可以选取研究对象本身为参考系。在实际问题中,参考系的选取应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为基本原则。例如一小船沿河逆流上行，通过某桥洞时一木箱落入水中，设木箱入水后立即随水流漂向下游。船上的人经过一段时间后发现木箱脱落，立即调转船头追赶木箱。忽略小船调头所用的时间，小船调头后经时间t追上木箱，而木箱此时与桥洞的距离是d。假设小船相对静水的速度不变，求水流速度的大小。解析：以水流为参考系时木箱处于静止状态，小船上行和下行时的速率、通过的距离相同，则上行时间相同，即从木箱脱落小船到小船追上木箱所用的时间为2t。而在这段时间内，木箱漂下的距离即水流通过的距离为d，故水流速度大小为v=d/2t。参考系小结：（1）运动和静止都是相对于参考系的。（2）参考系的选取是任意的，但是不可以选取研究对象本身为参考系（3）选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样.（4）选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便.（5）比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义.3、坐标系1、建立坐标系的物理意义：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．2、坐标系的种类及特点（1）直线坐标系：以某一点为原点，规定单位(有时是长度，有时是时间，也可能是其他物理量)、正方向或变化方向的意义。描述:C从位置x=0开始，先向正方向移动6个单位，后向负方向移动7个单位，可表示为最后坐标x=0+6+（-7）=-1。注意：数轴上，描述物体位置的“—”或“+”号，只代表方向，不代表大小。（2）平面坐标系：物体在某一平面内运动时需建立平面坐标系．如下图所示，在图甲中，a、b、c三点有相同的横坐标，在图乙中，A、B、C三点有相同的纵坐标，由此可以发现：如果仅仅确定某点的横坐标或纵坐标，该点的位置并不能唯一确定，如果同时确定某点的横坐标和纵坐标，则该点的位置唯一确定。（3）多维坐标系(如三维立体空间坐标系)：物体的运动不在同一平面内时，可以建立多维坐标系.。在这里我们就不一一举例了。【牛刀小试】1、甲、乙、丙三架观光电梯，甲中乘客看见高楼在向下运动；乙中乘客看见甲在向下运动；丙中乘客看见甲、乙都在向上运动．这三架电梯相对地面的运动情况可能是()A．甲向上，乙向下，丙不动B．甲向上，乙向上，丙不动C．甲向上，乙向上，丙向下D．甲向上，乙向上，丙也向上，但比甲、乙都慢2、我们描述某个物体的运动时，总是相对一定的参考系．下列说法正确的是()A．我们说“太阳东升西落”，是以地球为参考系的B．我们说“地球围绕太阳转”，是以地球为参考系的C．我们说“同步卫星在高空静止不动”，是以太阳为参考系的D．坐在火车上的乘客看到铁路旁的树木、电线杆迎面向他飞奔而来，乘客是以火车为3、为了确定一辆行驶