1.1 质点参考系

〖教材分析〗
质点模型是高中物理建立的第一个物理模型，是对于刚从初中进入高中的学生来说并不是很困难。本节课主要有两个内容质点和参考系，比以前少了一些。我们在学习这节课时主要注意学生的感性认识，我们要提供大量的素材来加强感性认识，这样学生才能建立理性认识。内容虽然简单，但是要详细的理解质点的条件也是要花许多时间的，所以教学设计上注重丰富感性认识的同时也要传递知识。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：能建立质点和参考系的物理观念，能用物理语言科学地描述运动的相对性,并建立辩证唯物主义的世界观。
科学思维：知道质点是一种理想化的物理模型，现实中并不存在，具有建构“理想化的物理模型”的意识。
科学探究：掌握把物体看作质点的条件,能将特定实际情景中的物体抽象成质点，初步掌握“科学抽象”这种研究方法。
科学态度与责任：理解物理概念的建立的过程和规律；感悟自然界的统一、和谐美；认识到对物理现象的描述是客观的，物体的运动是相对的；感悟科学家为社会的奉献精神。
〖教学重点与难点〗
重点：1、质点概念的建立、质点模型的条件判断。
2、明确参考系的概念及运动的关系。
难点：1、什么情况下把物体看成质点。
2、研究实际问题时如何选取参考系。
〖教学方法〗
教师启发引导教学与学生小组合作探究法相结合。
〖教学准备〗
多媒体课件。
〖教学过程〗
一、新课引入
不了解运动，就不了解自然。
——亚里士多德
这节课我就开了解我们生活的环境中的运动。
教学设计说明：借助名人名言，创设问题情境，激发探究动机，引导学生发现问题。
二、新课教学
（一）机械运动
通过多媒体课件动图展示：在我们周围，到处可以看到物体在运动。树叶在摇动，鸟儿在飞翔……就连我们脚下的地球，也在不停地自转、公转。
教学设计说明：通过对生活中常见现象的思考、讨论、交流，从而体验物理与生活的密切联系。

请同学们思考回答：1、你感受到以上几个例子中物体的状态是什么?
答：他们都在动。

你是如何判断出来他们都在动的？

答：位置在变化
对学生的分析回答给予评价，并根据学生的回答进一步引出机械运动的概念。
机械运动：物体的空间位置随时间变化叫做机械运动。
它是自然界最简单最基本的运动形式。在物理学中，研究物体做机械运动的分支叫力学。
如何描述物体的机械运动呢？
（二）物体和质点
生活中随处可见运动的物体，例如玩耍的孩童、行驶的汽车、翱翔的雄鹰……
对于这些运动的物体，我们如何准确地描述它们的运动呢？通过多媒体课件动图

画家用车后的线条表示汽车在很快运动。

问题1、那么我们是如何精确地用物理语言来描述运动呢？自然界里物体的运动是多种多样的，要想详细而准确地描述物体上各个部分的运动，是一件十分困难的事。
如：雄鹰在空中翱翔鹰拍打着翅膀在空中翱翔时，身体在向前运动，但它的翅膀在向前运动的同时还在上下运动；足球在绿茵场上滚动时，它在向前运动的同时还在转动。
描述物体运动的困难和麻烦在哪里？能不能克服这些麻烦呢？

精确地描述物体的运动困难和麻烦在于，任何物体都有一定的大小和形状，物体各部分的运动情况一般说来并不一样。我们有时候关注物体各部分的运动，有时关注物体的整体运动，因此如何描述物体的运动办法是：要看我们关注（研究）的问题是什么。
我们以“雄鹰在空中翱翔”为例子进行研究。
①要“研究雄鹰是如何飞行的”的这个问题，那么雄鹰翅膀的运动方式很重要，我们要看它的翅膀如何振动，尾翼如何摇摆，爪子怎么放等等，这就是我们只关注物体各部分的运动。
②要“研究雄鹰从哪里移动到了哪里”的这个问题，那么雄鹰翅膀的运动方式就不重要了，就不必太在意它的形状，把它看成一个点来描述就可以了。这就是我们只关注物体整体的运动。
教学设计说明：通过雄鹰这个例子来剖析，例子中既有整体的运动也有明显区别的个体部分的运动，比较好分析，也能很好的与课本照应。为学生提供具体生动的感性材料，增强感性认识的同时，使得学生发生认知冲突，萌发探索、发现新知的欲望。
所以如何精确地用物理语言来描述运动呢，有两个步骤：①要看我们研究的问题是什么。是物体的部分呢，还是整体；②把我们要研究的物体看成一个“点”。
问题2、物体能不能看成一个“点”到底要满足怎么样的条件？
下面我们来分析一些具体的实例，看看什么样的问题可以物体看成一个点，什么样的问题不能把物体看成一个点。
我们以地球为例子进行研究分析。

通过多媒体课件动图展示：人类居住的地球自转和绕太阳公转以及旅行者一号远离地球，地球逐渐变小成为一个点的过程。

地球自转时，它就在我们脚下，我们就是要研究他的转动方向大小等，是不能看成一个点的。而公转因为距离够远，在研究地球公转引起的位置变化问题时，由地球的大小引起的运动差异很小，因此，可以忽略地球的大小和形状而把它视为点。远离地球就可以很好的阐述这个知识了，地球越来越来远，看到的也就越来越小，它的形状大小都可以忽略掉了。所以大的物体也可以看成点。
结论①：当物体的大小与形状在研究的问题中影响很小,可忽略不计时,可看成质点。
有些物体上各点的运动差异虽然不小，但如果我们不研究各点的运动差异，而只关注物体整体的运动时，同样可以把物体看作一个点。
通过多媒体课件动图展示：高速行驶的列车。列车在平直轨道上行驶，车轮的转动，我们考虑吗？我们是否要考虑火车本身大小？

都不用考虑，尽管它的传动机构及车轮的运动很复杂，但是，当我们只关心列车整体的运动情况时，忽略某些次要因素------形状、大小、体积，只关心主要的因素------位置、质量。就可以不考虑上述各部分的运动差异，而用一个点的运动代替整列列车的运动。
结论②：我们不研究各点的运动差异，而只关注物体整体的运动时，同样可以把物体看作一个点。
教学设计说明：通过观察动图让学生体验忽略次要因素，突出主要因素。培养学生的观察、思考、归纳、总结的意识和能力，体会科学抽象的物理思想方法的精妙，为引入质点的概念作好铺垫。由于原有认知结构的局限和科学抽象思维能力水平不高，学生将遇到较大的困难。这就需要教师站在稍徽超前于学生智力发展的边界上，通过提问来引导学生探究。培养学生的逻辑思维能力和大局意识。
归纳总结：把物体看成一个点，这个点我们叫做质点。
质点：忽略物体的大小和形状，把它简化为一个具有质量的点。
作用：方便描述物体的运动，即用来代替物体的有质量的点。
思考：质点在现实生活中是否存在？
答：在现实生活中不存在的。因为：质点是一种理想化的物理模型，在实际生活中并不存在。
由此引出理想化的物理模型的概念：在物理学中，突出问题的主要因素，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法。
从前面的讨论可以看出，一个物体能否看成质点是由所要研究的问题决定的。同一个物体，由于所要研究的问题不同，有时可以看成质点，有时不能看成质点。这个“有时可以”和“有时不可以”，它就是初中与高中物理的区别，初中是定性描述，高中是有条件的描述。
例如：前面提到过的例子（通过多媒体课件动图展示：人类居住的地球自转和绕太阳公转）研究地球公转规律，可以把地球看成质点。研究其自转，考查地球上各点的运动时，不能把地球看成质点。
归纳总结：物体看成质点的条件是当所研究的问题与物体本身的形状大小无关时，可以将物体简化成质点。
教学设计说明：质点，理想化的物理模型，以及初中与高中物理的区别。这是学生上到高中第一次接触高中的的概念，已经概念的建立过程，教师要特别注意引导学生过渡。帮助他们快速找到初高中物理的区别，这样他们才能转变学习方法，和思维习惯等。
课本思考与讨论：运动员踢足球的不同部位，会使球产生不同的运动。足球运动中常说的“香蕉球”是球在空中旋转、整体运动径迹为类似香蕉型弧线的一种运动（图1.1-2）。在研究如何才能踢出“香蕉球”时，能把足球看作质点吗？研究什么样的问题可以把足球看作质点？

通过多媒体课件动图展示：香蕉球动态图。

分析：由质点的定义和质点的条件可知（1）在研究如何才能踢出香蕉球时，足球的形状大小不可忽略，不能把足球看作质点；（2）足球的形状大小对研究对象的影响可以忽略时，可以把足球看作质点。
【典型例题】例1：下列关于质点的说法中，正确的是（C ）
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
例2：下列情形中的物体可以看作质点的（ CEG ）
A、放学后同学们狂蹦到食堂，手是如何放的
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、校运动会上小明在5000米长跑中
D、花样滑冰运动员在比赛中
E、研究绕地球飞行时航天飞机的轨道
F、研究飞行中的直升机上的螺旋桨的转动情况
G、计算从北京开往汕头的一列火车的运行时间
H、计算火车通过路口所用的时间
在中学物理中所研究的物体，一般情况下都可以把它们看成质点，因此对“物体”和“质点”两个词一般不加以区分。

教学设计说明：加强学生对能看成质点的条件的理解，使学生能灵活在理想物理模型与现实之间切换。
通过多媒体课件动图展示：动态图。
思考：是房屋向右运动？还是这精神小伙向左运动？（过渡，导入）
（三）参考系
要描述物体的运动，通常要先判断它是运动的还是静止的；如果物体是运动的，再根据需要来说明它是怎样运动的。
通过多媒体课件展示：静止的树木，已经树木和地球一起转动，还有车乘的情景。

我们说房屋、树木是静止的，这大概是不会错的。但是，房屋、树木在随着地球一起运动，这也是事实。再比如，行驶的列车中的乘务员与旅客在交流，列车外的人认为他们随列车一起运动，但他们彼此看对方却是静止的。所以物体是运动的还是静止的，不好说。
问题3、为什么人们的看法会不一样呢？
自然界的一切物体都处于永恒的运动中，绝对静止的物体是不存在的。我们在地球上，以为地球是静止的，其实地球是绕太阳运动的。当地球绕太阳运动的时候我们又以为太阳是静止的，其实太阳也是绕着银河系运动的、、、、
通过多媒体课件动图展示：地球绕太阳和太阳绕着银河系运动的动态图。

就此意义而言，我们说运动是绝对的。但是，描述某个物体的位置随时间的变化，却又总是相对于其他物体而言的。这便是运动的相对性。
结论①：运动是绝对的，静止是相对的。
教学设计说明：让学生看到自然的伟大，自己的渺小奥，增加对自然的敬畏，对知识的敬畏，也可以调节课堂氛围。通过对我们生活的大环境的思考，理解运动是绝对的，静止是相对的。为引入参考系的概念做好铺垫。

可见，要描述一个物体的运动，首先要选定某个其他物体作为参考，观察物体的位置相对于这个“其他物体”是否随时间变化，以及怎样变化。我们以这个精神小伙来分析：①房屋向右运动，则假定人是静止。②精神小伙向左运动，则假定房屋是静止。
归纳总结：参考系：描述物体运动时,用来作为参考(假定为不动)的物体。（初中叫参照物，这里也要注意区分和引导学生过渡）
思考：选择参考系的原则是什么？

原则上参考系可以任意选取。但实际上总是本着观测方便和使运动的描述尽可能简单的原则选取。

通过多媒体课件动图展示：选太阳为参考系和选银河为参考系行星的动态图。
加以说明“选参考系尽可能简单的原则”。

一般研究地面上运动的物体时选取地面为参考系。

一个物体一旦被选为参考系，就认为它是静止的。在选定参考系后要假定自己站在参照物中去观察物体的运动，即“参考系上长着观察者的眼睛”。
【典型例题】：例3：独立寒秋湘江北去，橘子洲头看万山红遍，层林尽染。问：江水北去，以什么为参考系？
答：橘子洲或者河岸都可以。
例4：观察图中的烟和小旗，关于甲、乙两车相对于房子的运动情况，下列说法正确的是（）

A、甲、乙两车一定向左运动
B、甲、乙两车一定向右运动
C、甲车可能运动，乙车向右运动
D、甲车可能静止，乙车向左运动
【解析】图中房子相对地面是静止的，由烟囱冒出的烟向左飘，可知此时风向向左（相对于地球而言）。甲车上的旗子也向左，则有三种可能情况：一是甲车不动，风把小旗向左刮；二是甲车向右运动，风相对甲向左，风把小旗向左刮；三是甲车向左运动但小于风速，因此风仍能把小旗向左刮．对于乙车，则只有乙车向左运动并大于风速，此时风把小旗向右刮。故选项D正确。
教学设计说明：加强学生对参考系的理解。例3是毛主席的诗句，学生语文刚学，在这里出现有利于调节课堂气氛。使学生意识到学科之间也有点联系，能够用物理知识看问题。加强爱国主义精神的教育。
〖板书设计〗
1.1运动的描述

机械运动：物体的空间位置随时间变化叫做机械运动。
一、物体和质点
1、质点：忽略物体的大小和形状，把它简化为一个具有质量的点。
2作用：方便描述物体的运动，即用来代替物体的有质量的点。
3、物体看成质点的条件：当所研究的问题与物体本身的形状大小无关时，可以将物体简化成质点。
4、理想化模型：在物理学中，突出问题的主要因素，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法。
二、参考系
1、运动是绝对的，静止是相对的。
2参考系:描述物体运动时,用来作为参考(假定为不动)的物体。
3、原则上参考系可以任意选取。但实际上总是本着观测方便和使运动的描述尽可能简单的原则选取。
4、一般研究地面上运动的物体时选取地面为参考系。
〖教学反思〗

本课程的教学设计要解决三个问题：一是通过在教学中创设多样的问题情景，引导学生讨论并总结质点的概念；二是能看成质点条件；三是如何引入参考系的意义，以及如何建立合适的参考系的问题。

2、本节课通过学生熟知的实例分析，让学生很自然地领会到“在某些情况下，可以不考虑物体的大小和形状”，“突出物体具有质量这一要素，把它简化为一个有质量的点”。这充分说明了将物体简化成质点的条件性，质点的两大基本属性。

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1.1 质点参考系— 【新教材】人教版(2019)高中物理必修第一册教案

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