《质点参考系空间时间》导学案老师用

2013年12月2日1时30分,搭载着“嫦娥三号”的“长征三号乙”运载火箭在西昌卫星发射中心发射升空。“嫦娥三号”是中国发射的第一个地外软着陆探测器,包括巡视器(月球车),也是月球24号结束后重返月球的第一个软着陆探测器,是探月工程二期(落)的关键任务,起承上启下的作用。2013年12月14日21时11分,嫦娥三号在月球正面的虹湾以东地区着陆。图示为“玉兔”号月球车。课时1.1质点参考系空间时间1.知道机械运动的概念。2.理解质点的概念,并掌握什么情况下物体可以视为质点。3.理解参考系的选取在物理学中的作用,会根据实际情况选定参考系。4.知道时间和时刻,并能在时间轴上表示时间与时刻。重点难点:理解参考系和质点的概念,时间和时刻的概念,物体近似看作质点的条件。教学建议:本节内容需要安排一个课时教学,若自主学习安排在课外,建议20~25分钟,安排在课内则只能有15分钟左右。可以通过教材中的两个“讨论交流”让学生理解什么情况下,可以将物体视为质点及如何选择参考系,同时认识到物理内容来源于生活,又在实际生活中得到体现和应用,从而培养学生学习物理的兴趣。在时间、时刻的教学中,可以在同一时间轴上让学生来完成教材中的“讨论交流”。教材中的练习与评价可作为本节课的随堂练习来自我检测。导入新课:在我们生活中随处可见物体的运动,如人在街道上行走,车在道路上行驶。但我们乘公交车回家只看车内,感觉旁边的同学没动,却从一个地方到了另一个地方,这是为什么呢?我们计算从离开学校至回到家中的时间时,是否需要考虑是左脚还是右脚先迈出校门,是左脚还是右脚先迈进家门?这里有没有物理学上的知识呢?1.机械运动:物体的运动形式多样,其中最简单的一种是一个物体相对于另一个物体①位置的改变,这种运动称为机械运动。2.质点:在研究一个物体的运动时,如果被研究物体的大小和形状在所讨论的问题中可以忽略,就可以把整个物体简化为一个有②质量的点,称为质点。质点是从实际物体中抽象出来的③理想化模型。3.参考系:要确定一个物体的位置并描述它位置的变化情况,就要选定其他的物体做参考,这个被选做参考的物体叫作参考系,也称为参照物。选做参考系的物体,我们把它看作是④静止的(或不动的)。参考系的选取是任意的,应以简洁、方便为原则。在中学阶段,若不作特殊说明,一般取⑤地面(或相对地面静止的物体)为参考系。4.时间和时刻:在物理学中,常用时间轴上的⑥一个点表示时刻,对应的是状态量。用时间轴上的⑦一段距离表示时间,对应的是过程量。1.物体能否被视为质点是不是只看它的体积大小?解答:不是。2.没有参考系能描述物体的运动吗?无风的雨天坐在行驶的汽车里的人看到雨滴是怎样运动的?解答:不能。汽车中的人看到雨滴是向汽车行驶的后方斜落下去的。3.第1s末和第2s初指的是同一时刻吗?第3s是多长的一段时间?解答:是的,在时间轴上都是指2这个位置。第3s是长为1s的一段时间。主题1:质点2013年10月国务院总理李克强在出访泰国期间透露,中国将用高铁换取泰国的大米和橡胶,这一举措被媒体称为“高铁换大米”,标志着我国的动车技术和高铁技术已达到世界领先水平。图示是一辆从北京开往上海的“和谐号”动车正在通过一个百米长的隧道。(1)在分析计算“和谐号”从北京到上海的时间时,需要考虑列车的长度吗?此时“和谐号”列车可以看作质点吗?(2)若分析计算“和谐号”列车通过这个隧道的时间,需要考虑列车的长度吗?此时“和谐号”列车可以看作质点吗?(3)什么情况下可以将物体视为质点呢?(4)你认为用质点来代替物体有什么好处?解答:(1)不需要,因为列车的长度相对于北京到上海的距离来说太短了,可以忽略不计。此时可将“和谐号”列车视为质点。(2)需要,因为列车的长度相对于隧道的长度来说不能忽略。此时不能将“和谐号”列车视为质点。(3)当被研究物体的形状和大小在所讨论的问题中可以忽略不计时,可以把物体视为质点。(4)物体用质点来代替后其运动情况的描述会更简单、容易。知识链接:质点是一种为了研究问题的方便而引入的“理想模型”,是一种科学抽象。主题2:参考系(重点探究)甲、乙两同学一起乘车出游,甲看见车外的树木说:“树木后退的好快哟!”乙马上反驳说:“车外的树木没动,是我们和汽车在飞快的前进。”为此两人互相争论起来。(1)甲和乙谁对谁错?为什么?(2)为了分析物体的运动我们应该怎样选择参考系?解答:(1)甲和乙都没说错,因为他们选择了不同的参考系来描述树木的运动。甲选择了自己和车子作为参考系,而乙则选择了大地作为参考系。(2)为了比较准确地描述物体的运动,我们可以选择任意一个物体作为参考系,一般情况选择地面或相对地面静止的物体。总之,所选择的参考系应使观测方便和运动的描述尽可能简单。知识链接:参考系的选取具有:①任意性,即可选择任意物体;②同一性,即在同一问题中,必须选择同一个物体;③相对性,即选择不同参考系观察的结果一般不同。主题3:时间轴阅读教材中“空间、时间和时刻”的相关内容,借助时间轴回答:什么是时间?什么是时刻?生活中所指的“时间”都是时间吗?举例说明。如图甲所示,时间轴的起点0叫作零时刻,时间间隔的单位为1s。请在时间轴上标出第5s末、第6s初、前2s内、第4s内。甲解答:时刻是指一个“瞬时”,在时间轴上为一个点;时间是指时间间隔,在时间轴上为一段距离;生活中的时间有时指时间,如“一节课的时间为45分钟”,有时指时刻,如“火车什么时间开”的时间实际上是时刻。第5s末、第6s初、前2s内、第4s内在时间轴上表示的情况如图乙所示。知识链接:世界上最快而又最慢,最长而又最短,最平凡而又最珍贵,最容易被人忽视,而又最令人后悔的就是时间。1.(考查质点)我国田径名将奥运会冠军刘翔,2004年在雅典奥运会上以12.91秒的成绩平了保持11年之久的世界纪录。下列关于刘翔能否看作质点的说法中正确的是()。A.确定刘翔飞奔过程中的速度,可以将其视为质点B.教练为了分析其动作要领,可以将其视为质点C.无论研究什么问题,均不能把他视为质点D.能否视为质点,取决于我们所要研究的问题【解析】确定刘翔飞奔过程中的速度时,我们无需关注其动作细节,可以视为质点,故A正确;教练为了分析其动作要领,如果视为质点,则摆臂等动作细节将无法分析、研究,所以不能视为质点,故B错;能否将一个物体视为质点,关键是物体的形状和大小对我们所研究问题的影响能否忽略,故D正确、C错。【答案】AD【点评】物体能否看成质点,关键还在于研究的问题。2.(考查参考系)两列火车最初平行地停在某一站台上,过了一会儿,甲车内的乘客发现窗外树木向西运动,乙车内的乘客发现甲车仍没有动。如以地面为参考系,上述事实说明()。A.甲车向东行驶,乙车不动B.乙车向东行驶,甲车不动C.甲车向西行驶,乙车向东行驶D.甲、乙两车以相同的速度向东行驶【解析】甲车内的乘客发现窗外树木向西运动,说明以地面为参考系甲车是向东运动的;乙车内的乘客发现甲车仍没有动,说明乙车相对甲车是静止的,乙车相对地面也是向东运动的,且运动速度与甲车相同,故选项D正确。【答案】D【点评】相对静止的两个物体,它们的运动情况是相同的。3.(考查参考系)宋代诗人陈与义乘着小船在风和日丽的春天出游时曾经写了一首诗,如图所示,诗中“云与我俱东”所选取的参考系是()。A.船B.云C.诗人D.榆堤【解析】诗中“云与我俱东”说明诗人选取的参考系为河岸或榆堤。因此D项正确。【答案】D【点评】选定了参考系可以描述物体的运动,根据描述的运动也可大致确定选用的参考系。4.(考查时间与时刻)以下数据中指时刻的是()。A.学校课程表上显示第一节课的上课时间是上午的8∶15B.中国2010年上海世界博览会是第41届世界博览会,将于5月15日10时开始C.张培萌创造了10.04秒的男子100米全国好成绩D.我国航天员翟志刚在“神舟七号”飞船外完成了历时20秒的太空行走【解析】课程表上第一节课的上课时间是指开始上课的时刻,世博会开始时间也是时刻,百米成绩和太空行走是指持续的时间间隔,所以选项A、B正确。【答案】AB【点评】时间与时刻是两个不同的概念,时间对应一个过程,时刻对应一个位置或状态。拓展一、参考系的选择1.烟囱冒出的烟和平直路面上甲、乙两车上的小旗的朝向如图所示。关于甲、乙两车相对于路旁房子的运动情况,下列说法正确的是()。A.甲、乙两车一定向左运动B.甲车可能静止或向右运动或向左缓慢运动,乙车一定向左运动C.甲车可能向右加速运动,乙车可能向右减速运动D.甲车一定向右运动,乙车一定向左运动【分析】先确定风向,再根据甲、乙两车上小旗的朝向判定两车的运动情况。【解析】首先由图中烟囱冒出的烟,可以判断当时的风向向左;甲车的小旗和烟的飘向一致,说明以甲车为参考系时风向向左,甲车有可能静止,也有可能沿与风向相同的方向运动,只是甲车的运动速度比风的速度小,还可能是甲车以任意速度向右运动;乙车的小旗和烟的飘向相反,说明乙车一定向左运动,而且车速比风速大。【答案】B【点拨】原则上参考系的选取是任意的,但是由于人们的观察和生活习惯,一般选择地面或相对地面静止的物体为参考系,还常常习惯性地选自己为参考系。拓展二、物体看作质点的条件2.撑竿跳高是一项非常刺激的体育运动项目,一般来说可以把撑竿跳高运动分为如下几个阶段:助跑、撑竿起跳、越过横杆,如图所示。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)测量所跳的高度(判断其是否打破纪录)时,能否将其看成质点?【分析】教练员纠正运动员的错误时,要从运动员身体各部分动作的技术上分析;助跑时运动员基本上是整体在平动。【解析】(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。【答案】见解析【点拨】同一个物体在同一个运动中对不同的研究问题来说是不同的,有的可以看成质点,有的不能看成质点,需具体问题具体分析。只要物体的大小和形状对所研究的问题来讲是次要因素,可以被忽略,物体就可以被视为质点。拓展三、时间和时刻3.请在如图所示的时间轴上指出下列时刻或时间(填相应的字母)。(1)第1s末,第3s初,第2个两秒的中间时刻。(2)第2s内,第5s内,第8s内。(3)2s内,头5s内,前9s内。【分析】本题是关于区别时间与时刻的练习。关键在于弄清楚时间与时刻的表述方式,以及知道时间在时间轴上是一段距离,而时刻在时间轴上是一个位置点。【解析】在时间轴上,时刻用一个点表示,时间用一段线段表示,与题中相对应的时刻或时间分别如下:(1)ABC(2)ABDEGH(3)OBOEOI【答案】(1)ABC(2)ABDEGH(3)OBOEOI【点拨】物理学中,时间与时刻是两个不同的概念。生活中所说的“时间”,有时指时刻,有时指时间间隔。在具体问题中要结合上下文认清它的含义。机械运动的判断与描述{质点:物体的大小和形状可忽略不计理想模型参考系:看成不动的物体一般选地面为参考系时间:时间轴上一段距离通常说一段时间时刻:时间轴上一个点通常说某一时刻1.关于机械运动和参考系,以下说法正确的是()。A.一个物体相对于别的物体的位置变化,叫作机械运动B.参考系必须是和地面连在一起的物体C.参考系就是不动的物体D.任何物体都可以被选作参考系【解析】参考系的选取是任意的,处于任何运动状态的任意物体都可被选作参考系。【答案】AD2.下列说法正确的是()。A.研究“神舟八号”绕地球飞行时,飞船可看作质点B.研究“神舟八号”与“天宫一号”对接时,“天宫一号”可看作质点C.研究火车通过路旁的一根电线杆的时间时,火车可看作质点D.研究电子绕原子核的运动情况时,电子可看作质点【解析】能否看成质点关键在于物体的大小和形状对运动情况是否有影响。【答案】AD3.关于机械运动和参考系,以下说法正确的有()。A.研究和描述一个物体的运动时,必须选定参考系