1.1 质点.参考系和坐标系教学设计

《高中新课标人教版物理必修1》第一章运动的描述

第一节 质点、参考系和坐标系教学设计

一、 教材分析

本教学设计选自人教版新课标高中物理教材第一章第一节《质点参考系和坐标系》，要描述物体的运动，首先要对实际物体建立一个最简单的物理模型——质点模型。由于运动的相对性，描述质点运动时必须明确所选择的参考系。为了准确的、定量的描述质点的运动，还要建立坐标系。质点、参考系和坐标系是描述物体运动的基础知识，教材中逐步展开这些内容，最后介绍全球卫星定位系统。本节介绍质点、参考系和坐标系，不仅是这一章学习的基础知识，也是以后力学各章学习的基础知识。这些基础知识在实践中有广泛的、重要的应用。

二、 学生分析

学生在初中已经接触到了参考系的概念，但理解不够深入。对于坐标系只是在数学中进行了学习，还没有被应用到物理问题的解决中。初中学习了的概念：参照物、机械运动。

三、 三维目标

1、 知识与技能

（1） 理解质点的概念，能明确物体在什么情况下可以看作质点。知道质点是一种

科学的抽象的理想模型，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） 会用坐标系描述物体的位置和位置的变化。

2、 过程与方法

（1） 领悟质点概念的提出和分析、建立的过程。

（2） 了解物理学研究中物理模型的特点，初步掌握科学抽象这种研究方法。

（3） 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

现象和已有经验出发，体验不同参考系中运动的相对性，提示参考系在确定

物体运动时客观存在的必要性和合理性。

（4） 通过数形结合的学习，认识数学工具在物理学中的作用。

3、 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） 不同的参考系中现象不同，帮助学生建立辩证唯物主义的世界观。

（3） 体验物理学研究问题的一种方法——科学抽象，养成正确处理问题的方法，

学会在研究问题总突出主要矛盾的哲学价值观。

四、 教学重点、难点

1、 教学重点及其教学策略

重点：质点概念的理解、参考系的选取、坐标系的建立。

教学策略：通过观察、思考、讨论和实例分析来加深理解。

2、 教学难点及其教学策略

难点：理想化模型——质点的建立，及其相应的思想方法。

教学策略：通过问题的讨论，在原有认知水平上进一步深化拓宽，达到认知的螺旋上升，攻克难点。

五、 教学资源

1、 教具

乒乓拍、乒乓球。

2、 课件

飞机空投，地月系、太阳系运行，地球公转和四季变化，火车运行的模拟动画。

3、 音像文件

“神舟”5号发射、运行、返回过程；鸽子飞行；第28届雅典奥运会上张伊宁发球。

4、 图片资料

学校平面图、“神舟”5号发射控制中心、GPS 定位器、汽车、火车过桥、火箭等图片。

5、 文字资源

六、 课时安排

1课时

七、 教学过程

1、 引入新课

在上一次课中，我们一起去领略了物理学的魅力，知道了物理是有趣的，也是有用的。它与我们的日常生活和人类文明的进步息息相关。通过对物理学前沿成果的展示，相信大家都燃起了学好物理、探索未知世界的激情。但是我们不能一开始就去学习前沿的物理知识，我们只能从最简单的现象的入手，一步一个脚印去攀登物理学的高峰。

所以从本章开始我们将一起来研究我们身边简单的运动。而今天这节课我们要学习的是基础的基础，三个重要的概念。这三个概念对于我们理解和描述运动至关重要，它们就是（板

书：1质点、参考系、坐标系）。

2、 新课讲解

（1） 机械运动

宇宙万物都处在不停的运动变化之中，不同的人对运动会有不同的描述。“飞流直下三千尺，疑是银河落九天。”是诗人在描绘气势磅礴的瀑布；听过著名的二胡独奏《赛马》，就可以感受音乐家用起伏变化的旋律来表现赛马的飞奔；喜欢漫画的同学都知道漫画作家用速度线来表示物体的运动。那么物理学怎样来描述运动呢？这就是我们这学期物理课要解决的主要内容。运动有各种各样形式，刚才我提到的都属于什么运动啊？

生：机械运动

初中我们就学习了机械运动的概念，能告诉我什么是机械运动吗？

生：„„

是的，我们把物体位置的变化的叫机械运动。飞机飞、洗车跑、人行走等等都是机械运动。

（2） 质点

现实生活中的运动都是复杂的，想要把它们描述出来可不是一件简单的事。比如我们熟悉的火车，它在轨道上前行，我们该怎样来描述它呢？它的轮子在转动，车身在向前，发动机既在转动又在向前。太复杂了，困难在哪里呢？因为火车又有大小，还有形状。再看下一种情形，我们说火车从重庆出发，经过5小时到达成都。如果这里是重庆，这里是成都，这是铁轨，我们怎样来表示刚才的过程啊？是不是刚开始火车在重庆这点，最后过了几个小时，火车就到达了成都这个点啊？

生：是

为什么我这样就把火车的运动描述清楚呢？我为什么没管火车的每个轮子是怎么动的呢？在这里我是不是忽略了火车的形状和大小，把它看作一个点来处理啊，这样就让我们把问题简化了。物理学中，用来代替物体的有质量的点叫质点。质点忽略了物体的大小和形状，突出了物体的质量，所以质点是一个点，没有大小，但有质量。虽然质点是假想的一种物理模型，在现实生活中找不到这样的点，但这种方法在物理中很常用，它能用来简化问题，而又不会对结果有太多影响。在物理学中，突出问题的主要方面，忽略次要因素，经过科学抽象而建立理想化的“物理模型”，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学方法。

那是不是什么情况下都可以把物体看作质点呢？比如我们在研究一列火车经过一个路口要用多少时间，还能把火车当作质点吗？

生：不能

为什么同是一列火车在不同的情况下却可以当作质点或不可以当作质点呢？接下来我给大家5分钟的时间，结合教材上的例子进行小组讨论：什么情况可以把物体当作质点。请总结出把物体当作质点的条件。好开始

生：„„

好，大家都讨论得出了个自的结果。那下面我来考考大家看大家是不是真的明白了。 提问：

（1）研究地球绕太阳的公转能否把地球视为一个质点呢？

（2）研究地球上各处的季节变化时，能否把它视为质点呢？

（3）评价体操运动员的动作，可以把它当做一个质点吗？

（4）研究长跑运动员的运动，可以把它当做一个质点吗？

（5）物理中的“质点”与几何学中的点有什么相同和不同的地方？

（6）大的物体能不能看成质点？小的物体都能看成质点吗？

好，我们来总结一下质点的问题

（1）同一物体能否看作质点，要依据问题的具体情况决定。

（2）物体看作质点的条件是：物体的形状和大小对所研究的问题影响很小时。

（3）质点有质量，但没有大小和形状。

（4）物体能否看成质点，与物体本身的大小无关。大的物体，也可以看成质点；小的物体在某些时候却不能看成质点。

（3） 参考系

1、师：大家再来思考一个问题：我们所处的这间教室是静止还是运动的？

生：我们所在的教室是静止的。（或运动的）

师：好！我听到有人说静止，有人说运动。说它静止是因为它相对于地面没有运动；而我们知道地球本身在高速自转，所以我们的教室也随着地地球在转动，所以我们说它是运动的。为什么对同一个物体，我们既说它是静止的，又说它是运动的呢？这不很矛盾吗？

生：„„

师：对了，我们已经知道运动具有相对性。宇宙万物都在运动，因此运动是绝对的，而静止是相对的。要描述物体运动情况，就必须以另一个物体作为标准，初中我们把它叫什么？

生：参照物

师：而到了高中，我们要用一个更为专业的词叫参考系，它的本质和参照物一样。 板书：2、参考系

师：参考系的定义：被选做标准的物体叫做参考系。想一想我们描述地面上物体的运动一般是选什么作参考系？

生：地面

师：对，地面以及相对地面静止的物体是我们最常用的参考系。那么为了描述行星的运动，我们又把什么作为参考系？

生：太阳

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”。

2、我们来看书本12页的两幅漫画图，思考后回答书上提出的问题。

答：对于图1.1-3：如果选择列车作为参考系的话，车上的小孩是静止的；如果选择车外的树木作为参考系的话，车上的小孩就是运动的。

对于图1.1-4：以飞机上的人作为参考系，跳伞运动是竖直下落的；以地面上的人作为参考系，跳伞运动员是曲线下落的。有良种不同的结果是因为参考系的选取不一样。

所以，对于同一物体，我们选用不同的参考系来对它进行描述，所得的结果是不一样的。

3、对于参考系的选取是任意的，但怎样选择比较好呢？

在黑板上画出地月系、太阳系运行的模拟图，请同学们仔细观察思考研究月球的运动选什么参考系比较好？由此你得出的结论如何？

学生观察思考后回答：以地球为参考系比较好，因为此时研究月球的运动比较简单。而以太阳为参考系研究月球的运动比较复杂。因此我们认为：参考系的选择应以对运动的描述越简单越好。

小结：参考系的选择应以对运动的描述简单、方便为原则。

要注意的是，若无特别说明，通常是以地面或相对地面静止的物体为参考系。

（4） 坐标系

提问：在五十米跑时，怎样精确描述你的位置。

板书：五十米跑示意图

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。坐标系是在参考系的基础上抽象出来的概念，是抽象化的参考系。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，如果物体在一维空间运动，即沿一条直线运动，只需建立直线坐标系，就能准确表达物体的位置；如果物体在二维空间运动，即在同一平面运动，就需要建立平面直角坐标系来描述物体的位置；当物体在三维空间运动时，则需要建立三维坐标系。

①一维坐标：描述物体在一条直线上运动，即物体做一维运动时，可以以这条直线为x 轴，在直线上规定原点、正方向和单位长度，建立直线坐标系。

②二维坐标：平面直角坐标，描述物体在一平面内运动，即二维运动时，需采用两个坐标确定它的位置。

③三维坐标：立体坐标系，描述物体在空间的运动。

注意以下几点：

①坐标系相对参考系是静止的。

②坐标的三要素：原点、正方向、标度单位。

③用坐标表示质点的位置。

④用坐标的变化描述质点的位置改变。

请同学们阅读教材第13页“科学漫步”，并回答：此GPS 定位器处于我国哪个城市？从显示屏中你还能获得哪些信息？

答：显示屏上的北纬39°55.451ˊ、东经116°23.504ˊ是北京所处的经度和纬度。还可以知道时间、航向、航速、航程。

请同学们举例说明它还有哪些用途？

答：GPS 应用领域有交通管理、测量、实时导航、精确定位、资源开发等。

3、 课堂小结

这节课我们学习了质点、参考系和坐标系等概念，它们是运动学乃至整个力学的最基本最重要的概念。要描述物体的运动，首先要对实际物体建立一个物理模型，最简单的是质点模型。由于运动的相对性，描述质点的运动时必须明确所选择的参考系。为了准确地、定量地描述质点的运动，还要建立坐标系。

除了以上知识，你还学到了什么方法？

答：物理学研究问题的基本方法之一——建立物理模型

4、 课堂练习

5、 课后任务

12页、3题

八、 板书设计

1．1质点参考系和坐标系

一、机械运动：一个物体对另一个物体相对位置变化运动称之为机械运动。

二、质点

定义：

质点简化的条件性

①平动的物体一般可以看作质点；

②有转动但转动为次要因素；

③物体的形状、大小可忽略。

三、参考系

定义：被选来作为标准的另外的物体就叫做参考系；

特点：

1、同一个物体选择不同的参考系，观察结果可能会有所不同；

2、比较两个物体的运动时必须选择同一参照系；

3、参考系的选取是任意的；

4、选取原则是使运动描述简单。

三、坐标系

1、一维坐标——直线坐标系

2、二维坐标——平面直角坐标系；

3、三维坐标——空间直角坐标系；

4、注意：

①坐标系相对参考系是静止的；

②坐标的三要素：原点、正方向、标度单位；

③用坐标表示质点的位置；

④用坐标的变化描述质点的位置改变。

九、 教学设计思路分析

本节课以“创设情景，提出问题—观察思考，自主探索—讨论交流，总结归纳”为教学结构，采用“交流—互动”的探究模式进行教学。

充分开发和利用新课程资源，创设大量贴近学生实际生活的问题情景，激发出学生学习物理的兴趣和强烈的求知欲望，产生思维的积极活动与共鸣。同时，体现物理与社会、物理与技术、物理与生活等方面的密切联系。

充分运用并发挥多媒体的教学功能，用音乐、图片、视频素材为学生提供一个更具趣味性和启发性的学习情境。

营造宽松、自主、合作的课堂氛围，帮助学生形成健康的人格。除了让学生关注概念的静态结果，更关注学生对概念的主动建构，强调在问题中实现知识的意义建构。