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

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2019-2020年高中物理 1.1《質(zhì)點 參考系和坐標系》教案1 新人教版必修1 質(zhì)點模型是高中物理提出的第一個物理模型，也是最簡單的模型，對質(zhì)點概念的形成以及質(zhì)點模型的建立過程，教學(xué)要求是初步的.由于運動的相對性，描述質(zhì)點的運動時必須明確所選擇的參考系，為了準確、定量地描述質(zhì)點的運動，又要建立坐標系.質(zhì)點、參考系和坐標系是描述物體運動的基礎(chǔ)知識，所以本教學(xué)設(shè)計是逐步展開的. 本課程的教學(xué)設(shè)計要解決兩個問題：一是通過在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)多樣的問題情景，引導(dǎo)學(xué)生討論并總結(jié)質(zhì)點的概念；二是合作探究引入?yún)⒖枷岛妥鴺讼档囊饬x，以及如何建立合適的參考系和坐標系，然后介紹全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，讓學(xué)生了解信息，拓展視野. 教學(xué)重點 1.質(zhì)點、概念的建立. 2.明確參考系的概念及運動的關(guān)系. 教學(xué)難點 1.質(zhì)點模型的條件判斷. 2.坐標系的建立. 時間安排 1課時 三維目標 知識與技能 1.知道質(zhì)點的概念及條件. 2.知道參考系的概念及作用. 3.掌握坐標系的簡單應(yīng)用. 過程與方法 1.體驗質(zhì)點的條件及意義，初步掌握“科學(xué)抽象”這種研究方法. 2.體會用坐標方法描述物體位置的優(yōu)越性，可用不同的方法設(shè)計實驗并體會比較.增強學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并力求解決問題的意識和能力. 情感態(tài)度與價值觀 1.認識運動是宇宙中的普遍現(xiàn)象，運動和靜止的相對性,培養(yǎng)學(xué)生熱愛自然,關(guān)心科技發(fā)展,勇于探索的精神. 2.通過分析不同參考系中的運動現(xiàn)象不同，幫助學(xué)生建立辯證唯物主義的世界觀. 課前準備 1.自制課件、羽毛、竹蜻蜓. 2.課前觀察各種物體的實際運動，并能粗略描述它們的運動特點. 教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 情景導(dǎo)入 如圖1-1-1所示，靜坐在汽車里的乘客，司機說他靜止沒動，路旁的孩子贊嘆他前進得真快.一個說他靜止，一個說他運動，誰說的對呢？通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們就能解決這個問題了. 圖1-1-1 故事導(dǎo)入 某天，上海市某出租車公司經(jīng)理正在辦公室忙碌著.突然，本公司司機小趙急匆匆趕來報告，說他駕駛的汽車在昨夜被盜.公司經(jīng)理聽完匯報后，及時報警.警方詢問后得知該車裝有GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，迅速采取了應(yīng)急預(yù)案，由技術(shù)部啟動全球定位追蹤系統(tǒng)，馬上發(fā)現(xiàn)該車位置在“N2959.913′,E11623.505′”附近. 警方根據(jù)該信息迅速布置警力，警察仿佛從天而降，使犯罪分子轉(zhuǎn)眼間落入法網(wǎng).這主要還是GPS全球定位系統(tǒng)的功勞.那什么是GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)呢？通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你就會對它的工作原理有個簡單的認識. 影片導(dǎo)入 （課件展示）特技跳傘運動員在某次高空特技表演中的精彩片斷，那驚心動魄的場面讓同學(xué)們激動不已.讓學(xué)生仔細觀察，思考為什么其中的一名運動員看身邊的隊員，好像沒有下落；可當他俯視大地時，看到大地迎面而來，這是為什么？學(xué)習(xí)了本節(jié)知識，你就會知道其中的道理了. 推進新課 一、物體和質(zhì)點 教師演示1:教師將課前準備好的羽毛舉高后釋放，讓同學(xué)們認真觀察羽毛的運動情景. 提出問題 羽毛在下落的過程中有什么特點？ 學(xué)生認真思考后回答出羽毛的下落情況：一方面有自轉(zhuǎn);一方面整體下落. 教師演示2：教師將漂亮的竹蜻蜓雙手一搓，竹蜻蜓便飛到同學(xué)們中間. 提出問題 竹蜻蜓的運動跟羽毛的運動一樣嗎？它又有什么特點？ 學(xué)生合作討論得到結(jié)果：既有向前的飛行，又有自身的轉(zhuǎn)動. 課件展示：通過大屏幕播放各種各樣的物體的運動：雄鷹拍打著翅膀在空中翱翔，足球在綠茵場上飛滾，火車在田野里高速行駛，劉翔箭一般沖向終點線…… 教師點評：自然界物體的運動是多種多樣的，要想詳細而準確地描述物體上各部分的運動，是一件十分困難的事. 根據(jù)剛才的演示實驗思考，描述物體運動的困難和麻煩出在哪里？能不能克服這些麻煩呢？ 結(jié)論歸納：詳細描述的困難就在于物體有自己的大小和形狀. 教師點評：物體的大小和形狀在一些問題的描述過程中，起著重要的作用，不可忽略，如教練研究劉翔跨欄的動作要領(lǐng)；裁判根據(jù)田亮在空中翻滾的動作打分時，大小和形狀就起了關(guān)鍵作用. 討論交流：是不是我們研究的所有問題，大小和形狀都起關(guān)鍵作用而不可忽略呢？ 創(chuàng)設(shè)情景 （大屏幕播放） 情景一：地球繞太陽公轉(zhuǎn).（flash動畫模擬） 情景二：遠洋航行的輪船，指揮部要確定它在海洋中的位置.（視頻） 情景三：從斜面上滑下的木塊. 情景四：火車在從南京開往上海的途中. 合作討論：在情景一中研究地球公轉(zhuǎn)一周的時間；情景二中研究輪船的位置坐標；情景三中研究木塊的運動；情景四研究火車全程所用的時間. 在以上四種情景中，物體的形狀和大小對所研究的問題有沒有影響？ 學(xué)生合作討論后得到結(jié)論：在以上所研究的問題中，物體的大小和形狀對所研究的問題沒有影響. 看來，在某些情況下，真的可以不考慮物體的大小和形狀.但是能忽略掉物體的質(zhì)量嗎？顯然是不行的.因此，我們突出“物體具有質(zhì)量”這一要素，把它簡化為一個有質(zhì)量的點，稱為質(zhì)點.那么，對實際運動的描述，就轉(zhuǎn)化為對質(zhì)點的運動描述. 教師引導(dǎo)：引導(dǎo)學(xué)生對比以上所看到的物體的各種運動，并作對比，討論在什么情況下物體的大小和形狀可以忽略，即探究可看作質(zhì)點的條件. 問題：沿一個方向推動桌面上的書（如圖1-1-3），如果測量書本移動的距離，是否可以將書本視為質(zhì)點，為什么？如果測量桌面上的書經(jīng)過桌面上A點所需要的時間，是否可以將書本視為質(zhì)點，為什么？ 圖1-1-3 結(jié)論：可見，將一個物體看作質(zhì)點是有條件的.同樣是一本書的運動，在研究不同的問題時，前者可以看作質(zhì)點，后者就不能看作質(zhì)點. 教師設(shè)疑：哪些物體可以看作質(zhì)點呢？ 學(xué)生在教師的引導(dǎo)下嘗試總結(jié)： 如情景三中物塊的下滑屬于物體的平動，平動時物體上各點的運動特征都是相同的,故有： 1.平動的物體可以看作質(zhì)點. 在研究地球的公轉(zhuǎn)周期時，雖然地球是轉(zhuǎn)動的，但不影響周期時間，故有： 2.物體有轉(zhuǎn)動，但物體的轉(zhuǎn)動不是我們所要研究的主要問題時，物體本身的形狀和大小已變成次要因素，可以看作質(zhì)點. 特別提醒：并不是很大的物體就不能當作質(zhì)點，也不是很小的物體就一定能看作質(zhì)點，關(guān)鍵看物體的形狀和大小在研究物體的運動中是否為次要因素，或判斷物體做怎樣的運動，能否選一個點來代替. 視野拓展 (課件展示閱讀材料) 課題：質(zhì)點與理想化模型 內(nèi)容：質(zhì)點是一個理想化的物理模型，盡管不是實際存在的物體，但它是實際物體的一種近似，是為了研究問題的方便而進行的科學(xué)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，使所研究的復(fù)雜問題得到了簡化. 在物理的研究中，“理想化模型”的建立，具有十分重要的意義.引入“理想化模型”可以使問題的處理大為簡化而又不會發(fā)生大的偏差，在現(xiàn)實世界中，有許多實際的事物與這種“理想化模型”十分接近，在一定條件下，作為一種近似，可以把實際事物當作“理想化模型”來處理，即可以將研究“理想化模型”的結(jié)果直接應(yīng)用于實際事物：例如在研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)的運動時，由于地球的直徑（約1.3104 km） 比地球和太陽之間的距離(約1.5108 km)小得多，可以把地球上各點相對于太陽的運動看作是相同的，即地球的形狀、大小可以忽略不計，在這種情況下，就可以直接把地球當作一個“質(zhì)點”來處理.特別地，高中階段我們主要研究能夠簡化為質(zhì)點的物體的運動. 方法指導(dǎo)：在物理學(xué)中，突出問題的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的“物理模型”，將其作為研究對象，是經(jīng)常采用的一種科學(xué)研究方法. 課堂訓(xùn)練 有人說：“當一列客車從北京開往上海時，（如圖1-1-4所示）就可以把這列車看成質(zhì)點.”這種說法正確嗎？ 圖1-1-4 解析：這個人的說法是錯誤的.第一，研究的問題沒有明確.第二，在沒有明確研究的是什么問題之前就把這列車的大小和形狀當成起作用很小的次要因素而不考慮是錯誤的.如果研究這列車在整個路段的運行速度或運行時間，這個人的說法是正確的；如果研究這列車能運送多少旅客或研究通過某一站牌所用的時間，就不能把列車看成質(zhì)點了. 二、參考系 公路上向左勻速行駛的汽車如圖1-1-5甲，經(jīng)過一棵果樹附近時，恰有一顆果子從上面自由落下，圖乙是其運動的軌跡.地面上的觀察者看到的運動軌跡是C，車中人以車為參考系看到的果子的運動軌跡卻是B.（不計阻力 圖1-1-5 同樣的蘋果落地，為什么會觀察到不同的軌跡呢？ 學(xué)生分組積極思考討論：是因為觀察者所處的位置，即觀察角度不同. 師生活動：找一位同學(xué)站到講臺前面，站好不動.教師從講臺一側(cè)走向另一側(cè)，同時問該同學(xué)：“我是靜止的還是運動的？”該同學(xué)回答：“老師是運動的.”第二次與該同學(xué)并排同速走動，再次詢問：“我是運動的嗎？”該生回答：“我沒有看到老師運動.”但是坐在教室里的其他同學(xué)說老師運動了，為什么？ 教師設(shè)疑：為什么對于同一物體的同一狀態(tài)，關(guān)于運動和靜止的說法不一樣呢？ 學(xué)生合作討論后回答：是因為觀察的角度即所選參考系不同. 總結(jié)：自然界的一切物體都處于永恒的運動中，絕對靜止的物體是不存在的；運動是絕對的.運動又具有相對性.因此，要描述一個物體的運動，首先要選定某個其他物體作參考，觀察物體相對于這個物體的位置是否隨時間變化，以及怎樣變化. 描述物體的運動時，另外選來作為標準的物體，稱為參考系. 課堂交流：下述物理過程中選擇什么為參考系較恰當？ 課件展示問題： 1.xx年，所有的目光都集中在火星.繼美國宇航局的兩臺火星探險漫游者“勇氣”號和“機遇”號之后，歐洲的火星快車飛船已順利地將“獵兔犬”2號火星登陸車投放至火星表面.從地球表面向火星發(fā)射火星探測器的過程中，若要研究探測器的運動情況，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，飛機上的人以飛機作為參考系，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為參考系，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，一個法國飛行員正在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來，仔細一看，把他嚇出一身冷汗來.他抓住的不是別的，是德國飛機射向他的一顆子彈.請根據(jù)上述信息討論回答以下問題，并注意體會參考系的選取與運動的相對性. （1）子彈飛得那么快（一般為幾百米每秒），為什么沒有把他的手打穿？體會一下，同一物體相對于不同的參考系運動狀態(tài)相同嗎？ （2）受類似現(xiàn)象的啟發(fā)，人們實現(xiàn)了飛機在飛行途中進行空中加油，在航天飛行中，宇宙飛船發(fā)射到太空和正在繞地球運動的空間站實行空中對接.實現(xiàn)“空中加油”和“空中對接”應(yīng)滿足的基本條件是什么？ 參考答案：（1）因同一物體相對于不同的參考系有不同的運動狀態(tài)，相對于發(fā)射子彈的槍而言，子彈的初速度雖然為幾百米每秒，但相對于其他以不同方向和速度運動著的物體，其運動速度就會有明顯不同.當子彈和飛機的速度大小方向相同，則子彈相對于飛機靜止，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，相對于同一參考系時兩個“物體”的速度要相同，即二者相對速度為零，處于相對靜止狀態(tài)即可完成. 拓展延伸：一跳傘運動員在下落過程中，看到身旁的直升機在向上運動，則直升機相對于地面的運動情況是怎樣的？ 參考答案：跳傘運動員在下落過程中，看到身旁的直升機在向上運動，是以自己作參考系，即以跳傘運動員為標準，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）直升機靜止在空中不動；（2）直升機向上升;（3）直升機下落，但速度比跳傘運動員慢.以上三種情況都能使跳傘運動員與直升機間的距離不斷增大.因此，跳傘運動員無法根據(jù)自己看到的現(xiàn)象來判斷直升機相對于地面的運動情況. 三、坐標系 學(xué)習(xí)了參考系后，我們就能定性粗略地描述物體的運動狀態(tài)，但是在實際的生產(chǎn)、生活、軍事中對物體的位置及位置變化有更詳細的要求. 圖1-1-6 問題：如圖1-1-6所示，某人從學(xué)校門口A處開始散步，先向南走了50 m到達B處，再向東走了100 m到達C處，最后又向北走了150 m到達D處，則A、B、C、D各點的位置如何表示？ 學(xué)生分組討論，可能說法較多，如B點在A點南面50 m處、C在A的東南方向等. 教師點評：學(xué)生的描述在日常生活中是能夠簡單表明意思的.但嚴格地說是不準確的.對于上述問題有下面的解決方式： 可以A點為坐標原點，向東為x軸正向，向北為y軸正向，則各點坐標分別為：A（0，0）、B（0，-50 m）、C（100 m,-50 m）、D（100 m,100 m）. 總結(jié)歸納：一般說來，為了定量地描述物體的位置及位置的變化,需要在參考系上建立適當?shù)淖鴺讼?在坐標軸上，刻度應(yīng)均勻分布. 課堂探究 創(chuàng)設(shè)一個實例讓學(xué)生思考，可以結(jié)合本地實際選取相應(yīng)的例子. 參考示例：如圖1-1-7所示，一輛汽車從天安門沿長安街駛向西單、南菜園方向，思考汽車的位置隨時間怎樣變化. 問題：1.如何選擇坐標軸和正方向？ 2.如何選擇坐標原點？ 3.如何確定坐標軸上的刻度值? 圖1-1-7 課堂小結(jié) 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了質(zhì)點概念的建立，能夠看作質(zhì)點的條件判斷；參考系及坐標系的建立.本節(jié)課不僅對運動的描述奠定了知識基礎(chǔ)，而且確立了物理模型的思想.本節(jié)主要內(nèi)容包括： 1.質(zhì)點的概念；2.物體可以看作質(zhì)點的條件判斷；3.參考系；4.坐標系. 布置作業(yè) 1.教材第11頁第1、2、3題. 2.了解并應(yīng)用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），記錄顯示屏中關(guān)于你所在地的信息并與同學(xué)交流. 板書設(shè)計 1 質(zhì)點 參考系和坐標系 活動與探究 課題：了解GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應(yīng)用. 內(nèi)容：讓學(xué)生課下通過查找資料或上網(wǎng)等方式，了解討論GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應(yīng)用. 參考資料： 應(yīng)用領(lǐng)域有交通管理、測量、海洋調(diào)查、海洋捕撈、輔助農(nóng)業(yè)和林業(yè)的大面積作業(yè)（除蟲、播種）、資源開發(fā)等，今后世界各國的飛機、船舶、火車、汽車、便攜式個人電腦、手持電話、都將安裝GPS接收機，將使GPS技術(shù)深入到社會生活的各個領(lǐng)域，它的巨大經(jīng)濟效益正日漸顯現(xiàn).南京大學(xué)善鄰信息技術(shù)有限公司已開發(fā)出北京、江蘇、上海、廣州、深圳、香港等地的衛(wèi)星車載導(dǎo)航系統(tǒng)，并走向應(yīng)用. 車載GPS定位系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是由計算機、打印設(shè)備、電臺組成的實時 監(jiān)控中心，另一部分是由接收機、處理器、調(diào)制解調(diào)器、發(fā)射機組成的移動終端，兩部分用無線電通信聯(lián)系，監(jiān)控中心通信電臺既接收車輛的定位信息，并在數(shù)字化電子地圖上顯示，又將監(jiān)控中心的命令發(fā)送給受監(jiān)控的車輛實施管理和指揮. “出車前，只要指定目的地和必經(jīng)地點，車載定位系統(tǒng)就能幫助你選擇一條最佳路線，既省錢、又省時、又能繞開交通堵塞的地方；不熟悉道路，它隨時告訴你怎樣走，在離交叉路口300 m處顯示路口示意圖，并用語言提示你往哪拐；你去某單位，不知道地點，用單位名稱或電話號碼即可確定電子地圖上的位置；沒有汽油了，它會告訴你最近的加油站在哪；沿途它可提示經(jīng)過的商店，風(fēng)景名勝……”顯示了車載定位系統(tǒng)的先進功能. 軍用領(lǐng)域可為飛機、艦船、坦克、導(dǎo)彈作實時導(dǎo)航和制導(dǎo)，為目標提供精確定位，提高中、遠程武器的命中率.美國國防部認為，研制GPS系統(tǒng)雖耗資130多億美元，歷時20年，但在20世紀90年代初期海灣戰(zhàn)爭中的收益已超過全部投資.據(jù)有關(guān)資料報道，在海灣戰(zhàn)爭的沙漠風(fēng)暴行動中，美國和聯(lián)合國軍隊，大約使用了7 000臺GPS接收機，幫助空軍飛行員與前線指揮機構(gòu)保持聯(lián)系，在沙漠中尋找道路，并成為戰(zhàn)場上精確指揮控制、中遠程精確打擊和精確兵力投送的關(guān)鍵設(shè)備. 習(xí)題詳解 1.解答：“一江春水向東流”是水相對地面（岸）的運動，“地球的公轉(zhuǎn)”是說地球相對太陽的運動，“鐘表時、分、秒針都在運動”是說時、分、秒針相對鐘表表面的運動，“太陽東升西落”是太陽相對地面的運動. 說明：要求學(xué)生聯(lián)系一些常見的運動指認參考系，可加深學(xué)生對參考系的理解.這類問題有時也需要仔細、深入地思考才能得出正確的答案.如我們說通信衛(wèi)星是靜止衛(wèi)星、說靜止衛(wèi)星相對地球靜止是模糊的. 說靜止衛(wèi)星相對地面（某點）靜止是正確的，靜止衛(wèi)星相對地球中心是運動的. 2.解答：詩中描寫船的運動，前兩句詩寫景，詩人在船上，臥看云動是以船為參考系.云與我俱東是說以兩岸為參考系，云與船均向東運動，可認為云相對船不動. 說明：古詩文和現(xiàn)代文學(xué)中，我們會發(fā)現(xiàn)一些內(nèi)容與自然科學(xué)有關(guān)，表明人文科學(xué)與自然科學(xué)是相關(guān)的.教材選用本詩是為了凸現(xiàn)教材的人文因素. 3.解答：xa=-0.44 m,xb=0.36 m 設(shè)計點評 本節(jié)內(nèi)容是運動描述的入門篇，而質(zhì)點模型的建立又是一項非常重要的知識點.所以本設(shè)計通過實例說明要準確描述物體的運動是十分困難的，分析困難的原因，并逐步指出建立質(zhì)點概念的必要性，繼而分析條件判斷，本設(shè)計充分展示了物理學(xué)研究的科學(xué)思維過程，讓學(xué)生體驗什么是科學(xué)思維的方法.本教學(xué)設(shè)計通過實例解決，突破了坐標系的建立這一教學(xué)重點.新課引入和教學(xué)過程中，提出了許多實際生活中的真實問題，把這些問題引入課堂，不僅能引起學(xué)生的興趣、激發(fā)學(xué)生強烈的學(xué)習(xí)欲望，而且可以將所學(xué)和所用緊密聯(lián)系在一起，使學(xué)習(xí)變得更有意義.