质点 参考系

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质点 参考系

什么是参考系,质点，坐标系？

高一物理（质点和参考系的特点）

举例分别谈谈你对参考系和质点的理解

一、质点 参考系

高一物理课堂教案 2016年 9 月 6 日

课 题

§1.1质点 参考系

课 型

新授课（1课时）

教 学 目 标

知识与技能

1．认识建立质点模型的意义和方法，能根据具体情况将物体简化为质点。知道它是一种科学的抽象，知道科学抽象是一种普遍的研究方法。

2．理解参考系的选取在物理中的作用，会根据实际情况选定参考系。

3．认识一维直线坐标系，掌握坐标系的简单应用。

过程与方法

1．体会物理模型在探索自然规律中的作用，初步掌握科学抽象理想化模型的方法．让学生将生活实际与物理概念相联系，通过具体事例引出质点的这个理想化的模型．通过几个具体的例子让学生自主讨论，在讨论与交流中自主升华为物理中的概念。

2．通过参考系的学习，知道从不同角度研究问题的方法。让学生从熟悉的常见现象和已有的生活经验出发，体验不同参考系中运动的相对性，揭示参考系在确定物体运动时客观存在的必要性和合理性，促使学生形成勤于观察、勤于思考的习惯，提高学生自主获取知识的能力。

情感态度与价值观

1．认识运动是宇宙中的普遍现象．运动和静止的相对性．培养学生热爱自然，关心科技发展、勇于探索的精神。

2．通过质点概念和参考系的学习，体会物理规律与生活的联系。

3．渗透抓住主要因素，忽略次要因素的哲学思想。

4．渗透具体问题具体分析的辩证唯物主义思想，帮助学生建立辩证唯物主义的世界观。

5．通过本节学习，激发学生学习高中物理课程的兴趣。

教学重点、难点

重点：

1．理解质点概念以及初步建立质点概念所采用的抽象思维方法。

2．在研究具体问题时，如何选取参考系。

难点：在什么情况下可以把物体看作质点，即将一个实际的物体抽象为质点的条件。

教学方法

探究、讲解、讨论、练习

教学手段

录像资料、多媒体课件

教 学 活 动

[新课导入]

师：这节课开始之前，老师先来请一位同学（语文课代表吧）朗诵一段诗歌，这首诗歌的名字叫做《送瘟神》。它是毛主席在1958年7月1日，得知江西省余江县消灭了血吸虫病后，"浮想联翩"、"夜不能寐"而创作的一首七律诗，全文如下:【课代表朗读PPT】

绿水青山枉自多，华佗无奈小虫何！

坐地日行八万里，巡天遥看一星河。

千村薜荔人遗矢，牛郎欲问瘟神事。

万户萧疏鬼唱歌，一样悲欢逐逝波。

师：好！这首诗歌中最著名、最为人载道的就是第二句：“坐地日行八万里，巡天遥看一星河。”这句话的意思大家都理解，就是说地球上的任何事物，都在不停地运动。

那问题来了，同学们现在坐在教室里，感觉到自己在飞速的运动了吗？那毛主席为什么会说我们坐地也会日行万里呢？

师：好，本节课我们一起来探究。

[新课教学]

板书：§1.1质点 参考系

师：大家把书翻到第10页，看章首图和章首语。思考：什么是机械运动？大家阅读完了，知道我们身边充满了机械运动，那么机械运动的定义是什么呢？

板书：机械运动：①指一个物体（质点）相对于另一个物体（参考系）的位置随时间发生改变的过程（位移），这个“物体与物体间”，一般宏观的运动过程我们都了解；那微观过程，比方说电子围绕原子核的运转，也称为机械运动。简称“运动”。以后的许多概念由都是由它展开的。

②它包括平动（必修一），转动（必修二）和振动（选择性必修一）。

什么是平动，转动，振动呢？我们来条分缕析的说一说。

平动：黑板擦在黑板上平行移动，各点运动状态相同；

转动：黑板擦在黑板上打转，各点速度方向不同（用箭头标出）；

振动：大家最熟悉了。学校不让带手机，有的同学心存侥幸的带上了。恰巧这时有人不负众望地call你，手机来电的那种震感就是振动。

③是自然界最简单、最基本、最普遍的运动形式．（之后还会学到电

磁震荡、分子的热运动、量子涨落等运动形式是非机械运动。）

板书：一、参考系

我们经常会听到一个说法：“静止是相对的，运动是绝对的”，什么是静止什么是运动呢？根据《坛经》记载，生活在唐代的禅宗六祖慧能，曾就风动还是幡动有一段非常著名的论断：“非风动，非幡动，仁者心动。”虽然这句话仁者见仁智者见智，但至少说明在那个年代人们已经开始思考：什么是静止什么是运动。毛主席在《七律二首·送瘟神》中，有一句诗大家非常熟悉“坐地日行八万里，巡天遥看一星河。”这首诗非常形象的描述了由于地球的自转。身处赤道的人虽然坐着，但在不知不觉中已经运行了8万里这样一个事实。因此判断一个物体是静止还是运动，我们首先需要先择一个参考系。

师：那么什么是参考系呢？机械运动指的是一个物体相对于另一个物体的位置随时间发生改变的过程。所以，我们要想描述一个物体的运动，需要找到另一个物体作为我们的参照物，这个参照物，在高中阶段就叫做参考系。

平时我们说树木、房屋是静止的；行驶的汽车是运动的，是以什么为标准呢？以地面作标准来说的，也就是把地面当作了参考系；坐在行驶火车里的乘客，认为自己是静止的，他还认为路旁的树木在向后倒退，这些都是以什么为标准的？以车厢作标准，也就是把车当作了参考系。

参考系：1.概念（是什么）：任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个选来作标准的参照物称为参考系。

为什么在描述物体的运动时一定要选择参照系呢？大家都刚刚经历过军训，阅兵

时，首先是标兵入场卡位——标兵就位。标兵不能乱动，否则队伍就要跳广场舞了；然

后是齐步走。现在老师选两位身材魁梧的男生来做一个的示范。走的非常好，威武雄壮！

请坐。。请坐回去啊。那么现在问题来了，采访一下这两位同学：“你们刚才在齐步走的时候，互相观察对方，感觉到他是静止的还是运动的？”“那讲台下坐着的同学们观察到他们是静止的？还是运动的？”这就奇怪了，同样的运动过程出现了两种完全不同的描述。到底谁说的对呢？其实都对！只不过是参考系不同罢了，走的同学以对方作为参考系；而坐着的同学以大地作为参考系。所以为了不造成混淆，描述运动时必须明确相对于谁。也就是选择参考系的必要性源于运动和静止的“相对性”。这也就是为什么一千个读者眼中有一千个哈姆雷特——视角不同，看到的运动状态也不尽相同。我们身边的事物也是如此，纵观古今，清朝一度将自己视作天朝上国，目光短浅，于是闭关锁国，固步自封，止步不前，想来如果它把参考系定位为西方先进国家也不至如此；千年后的今天，我们也是一样，一定不要自高自傲，要像更优秀的同学看齐。不去观世界，何来世界观？

必要性（为什么）：运动是绝对的，静止是相对的，必须选择参考系才能确定物体的运动情况。

新课标要求我们跟上时代，有些前沿的理论在课上我也会渗透给大家一些。其实刚才学到的正是爱因斯坦著名的狭义相对论（联系《必修二·七章》“经典力学的局限性”）的两个简单而深刻的原理之一：“相对性原理”。这个原理基于一个简单的事实：不论我们讨论物体的什么运动状态，都必须明确它的参考系是什么。让我们想象，在远离星系、恒星和行星的地方，乔治穿着闪红光的太空服漂浮在黑暗的空无一物的空间。他感觉自己完全静止的漂在均匀宇宙的黑暗里。他看见远处闪耀着一点绿光，越来越向他靠近。终于，那光走近了，原来是从另一位太空流浪者路易斯的太空服发出的，她正慢慢飘过来。经过他时，她向他挥了挥手，乔治也向她挥挥手。然后，她又消失在黑暗里；这个故事也完全可以从路易斯的立场来讲：开始的时候路易斯独自漂浮在太空无边的黑暗中，她看到远处闪烁的红光在向她走来，后来她看清了，那光是从另一个人（乔治）的太空服上发出的。那人向她靠近，经过时两人相互挥了挥手，然后他消失在远方。

两个叙述以两种不同但等价的观点讲了同一件事情——每个观察者都觉得自己是静止的，而看见别人在运动。因为两个太空流浪者的地位是对称的，所以从根本上说，我们不能讲谁的感觉是对还是错，他们都可以说自己是对的。

这个例子抓住了“相对性原理”的精神：运动的概念是相对的。只有在相对于其他事物或与其他事物相比较时，我们才能谈一个物体的运动。所以，我们说“乔治以每小时10千米的速度在运动”是没有意义的，因为我们没有说明任何参照的对象；如果我们以路易斯为参照，那么这样讲就是有意义的：“乔治以每小时10千米的速度从路易斯身边经过”。换句话来说，没有绝对的运动的概念，运动是相对的。

既然参考系这么重要，那我们怎么选择呢？

如何选：参考系的选取是任意的，但参考系的选择不同，运动的描述就不同。所以选择参考系时：①应使物体运动的描述尽量简单、方便。（大地参考系）

②比较两个物体的运动时，必须选择同一参考系。

板书：二、质点

师：我们看到机械运动是一个物体相对于另一个物体的位置改变，“另一个物体”我们已经知道是参考系，那这个运动的物体本身我们应该如何描述呢？足球向前滚动，小鸟向前飞翔。但是大家是否考虑过：球心向前平动，但是球体本身还在转动；小鸟向前飞翔，但是翅膀本身还在上下翻腾（振动），否则就成了翱翔机了。。

师：可见描述物体运动并不简单，困难和麻烦出在哪里？稍加分析就可以知道，这是因为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来说并不一样。问题是我们是不是一定要了解物体各部分运动的区别才能解决实际的问题呢?

师：有时候并不需要，因为太复杂且无意义。所以如何描述物体的运动要看我们关注的问题是什么。例如，要研究雄鹰是如何飞行的，它的翅膀运动方式很重要；但是，如果我们只关注雄鹰从哪里移动到了哪里，就不必太在意它的形状，把它看成一个点来描述它的运动就容易了。那这样的一个点就是一种理想化模型，叫做“质点”。它的特点是只有质量，不区分形状和大小。

板书：1、概念：质点是忽略物体的大小和形状，而突出“物体具有质量”这个要素，用来代替物体的有质量的点。

它就是几何上的一个点，生活中有这样的东西吗？没有。所以我们把它叫做“理想化模型”。

2、方法：它是一种理想化模型，是一种科学的抽象。

什么是理想化模型呢？同学们阅读课本第10页的小黄方框，我们一起来理解。

理想化模型的方法（P.10）：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．（伽利略：在科学研究中，懂得忽略什么与懂得重视什么同样重要。）

是不是所有的物体都能看做质点？或者说什么样的物体可以看做质点呢？

条件：一个物体是否能被看成质点：取决于它的形状和大小在所研究的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快慢无关；即使是同个物体，在研究问不同题时，有些情况可以看做质点，有些情况不可以看做质点。

这里我们举两个典型的例子：

典型讨论1：“同个物体——地球”

①【PPT图片】地球一天多少小时？咱们学了地理，知道和自转有关，考虑形状：盯住一个点绕一圈所用时间，所以不能作为质点。

②【PPT图片】地球一年多少天？和公转相关，距离1.47亿公里远大于直径1.28万公里，形状和大小不是主要因素，所以可以忽略抽象成一个点，看这个点绕太阳一圈需要多长时间，作为质点。

典型讨论2：“火车过桥”【PPT图片】（《必修一·四章》“加速度与超失重现象”、《必修二·六章》“过桥问题”联系）

火车过桥是否可抽象为质点，如果抽象为质点，时间长或是短？

答：不可以；时间变短：少记△t1+△t2的时间。

练习：

1、平动的物体（各点运动状态相同的物体）一定可以看作质点。(×)

计算火车过桥的时间：从车头上桥开始到车尾下桥结束。不能忽略物体的大小和形状，否则坐在车头或车尾的乘客会有意见；或者把火车中部当作质点位置，会发现上桥计时较晚，而下桥计时较早，也就是说时间会比真实值短。

2、转动的物体（各点运动状态不同的物体）一定不能看作质点。（×）

计算地球绕太阳公转的运行周期：可以忽略地球的大小和形状，可以把地球当作质点。

小的物体都能看做质点。（×） 核舟记、米雕

学 生 活 动

生：坐地日行八万里？我怎么感觉不到呢?

如果你能感觉到，说明今天可能有点头晕。坐地日行八万里都不晕？以后别假惺惺的说你晕车了。

生：机械运动的定义

你向我走来

空间层次：位置、位移

时间层次：时刻、时间

速度层次：速度、加速度

明学：不要你觉得，只要我觉得。

生（走）：“静止的。”

生（坐）：“运动的。”

举例

①缆车（懒车）：

相对性——别的缆车；

绝对性——风景。

②《烛之武退秦师》

“邻之厚，君之薄也”

两人赛跑：

一个人跑得慢，相对于蜗牛跑，速度是0.5m/s；

一个人跑得快，相对于火箭炮，速度是-2000m/s。

运动会时，是否需要这样的解说词：“迎面向我们走开的是边呼吸，边摇头晃脑边迈步子的**班”？

由质点概念（点）导出没有形状，大小，进而得出质点是理性化模型。

举例：找对象是找想要漂亮的还是贤惠的？就好像你是想考清华还是北大？都太理想！

一把再精准的圆规也无法画出一个圆，人类的任何仪器也无法画出一个真正的圆，但是真正的圆，这个概念是客观存在的。

质点的质心：

火车的C位。

作 业

教材第11页问题与练习第1,2题

质点：练习册P.5(1) P.6(问题三 2) P.7(1，2) P.8(7)；

参考系：练习册P.5(2) P.7(3、4) P.8(6)；

坐标系： 练习册P.6(3，问题四) P.7（5）

板 书 设 计

§1.1运动的认识

一、质点：用来代替物体的有质量的点．

(1)质点是一种科学抽象，是一种理想化的模型。

(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。

二、参考系：任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个选来作标准的参照物称为参考系。

(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。

(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。

教

学

后

记

一、什么是参考系,质点，坐标系？

参考系相当于初中的参照物 其实内容性质都是一样的
指点是一个有质量的点 不受物体大小形状而影响 注意旋转的物体如乒乓球和体操运动员不能当作质点
坐标系分为两种 第一种是数轴的 是一维 第二种是平面直角坐标系 是二维 高中第一节说的是一维 数轴 它由正方向 原点和单位长度组成 其实很简单的只需要你在上面画写点就可以了

二、高一物理（质点和参考系的特点）

一般来说~如果物体本身的大小和形状对研究它的运动没有影响或影响很小，我们就可以用一个有质量的点来代替整个物体，这个用来代替整个物体的与物体具有相同质量的点，叫做质点。在研究物体运动时常用~
参考系~
初中我们称作参照物~高中阶段我们称为参考系~
研究物体位置变化时常用到~我们把做参考系的物体看作静止的~
来研究其他物体的运动状况~

三、举例分别谈谈你对参考系和质点的理解

参考系：参考系用来描述物体的运动，选择不同的参考系所描述一个物体运动的结果是不同的，例如正在行驶的汽车，以路面为参考系，汽车是运动的；以车顶做参考系，汽车是静止的。参考系的选择在研究物体运动时起着决定性作用。

质点：有这么几个要点：1 用这个点代替物体位置
2 物体质量对运动有影响（质量在研究时不忽略）
3 只研究物体位置
4 物体每个点上运动时的运动情况都相同。
例如行驶的汽车，地球的公转（自转不是，不符合上四点），人在行走。