高中物理 11 质点 参考系和坐标系教案A 新人教版必修1

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1.1质点参考系和坐标系

教案A

备课资源

1．天球坐标系

为确定天球上某一点的位置，在天球上建立球面坐标系。有两个基本要素：①基本平面。由天球上某一选定的大圆所确定。大圆称为基圈，基圈的两个几何极之一作为球面坐标系的极。②主点，又称原点。由天球上某一选定的过坐标系极点的大圆与基圈的交点所确定。

天球上一点在此天球坐标系中的位置由两个球面坐标标定：①第一坐标或称经向坐标。作过该点和坐标系极点的大圆，称副圈，从主点到副圈与基圈交点的弧长为经向坐标。②其次坐标或称纬向坐标。从基圈上起沿副圈到该点的大圆弧长为纬向坐标。天球上任何一点的位置都可以由这两个坐标唯一的确定。这样的球面坐标系是正交坐标系。对于不同的基圈和主点，以及经向坐标所采用的不同量度方式，可以引出不同的天球坐标系，常用的有地平坐标系、赤道坐标系、黄道坐标系和银道坐标系等。

2．地心地固空间直角坐标系

原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平均子午面与赤道的交点，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。

3．地心地固大地坐标系

地球椭球的中心与地球质心重合，椭球面与大地水准面在全球范围内最正确符合，椭球短轴与地球自转轴重合（过地球质心并指向北极），大地纬度，大地经度，大地高。如图1-1-1所示。

地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，地球北极的变动将引起坐标轴方向的变化。

教学目标

一、知识与技能

1．了解建立质点模型的物理意义并能根据具体状况将物体简化为质点，知道质点是一种物理问题的科学抽象，并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，会根据实际状况选定参考系。3．认识一维直线坐标系，把握坐标系的简单应用。二、过程与方法

1．体会物理模型在摸索自然规律中的重要作用，初步了解进行合理科学抽象、建立理想化模型的方法。

2.通过参考系的学习，知道从不同角度研究运动问题可能带来的不同结果。3.用坐标系描述物体位置，并体会用坐标系描述物体位置的优越性。三、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，培养学生了解自然、摸索自然的精神。

2．培养学生在认识问题时抓住主要因素，忽略次要因素的哲学思想。3．培养学生在认识问题时具体分析的辩证唯物主义思想。教学重点

1．理解质点的概念及物体看作质点的条件。2．从参考系中明确地抽象出了坐标系的概念。教学难点

理解质点的概念。教学方法

展示、讲解、探讨。教学准备

多媒体等。教学过程

一、导入新课

教师活动：从生活实例引入（多媒体视频展示），并进行讲解。如：①雄鹰在高空飞行→雄鹰相对天空的位置改变

②汽车在马路上前进→汽车对马路位置改变③小船奔向远方→小船对河岸位置改变

……

板书：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。

过渡导入：怎样描述机械运动，即怎样描述物体上各点的位置及其随时间的变化呢？

二、进行新课（一）物体和质点

教师导出问题：研究物体的运动，第一步是要确定物体的位置。物体都具有大小和形状，在运动中物体的各点的位置变化一般说来是不同的，所以要详细描述物体的位置及其变化，并不是一件简单的事情。

教师活动：一边进行多媒体视频展示，一边提出问题：

1.在天空中扑打着翅膀飞行的雄鹰，它的翅膀在向前运动时还在上下运动，怎样确凿描述雄鹰的运动呢？

2.足球在向前运动时还在滚动，怎样描述足球的运动呢？引导学生思考：造成这种困难的原因是什么？

师生共同分析：是由于任何物体都有一定的大小形状。

引导学生思考：我们在处理这些问题时，假使不考虑物体各部分的差异，把物体简化成为没有大小、形状的点，或者说用一个有质量的点来代替物体，就可以很简单地描述物体的运动了。

教师讲解：为了使物体的位置有一个确凿的概念，使物体的繁杂运动转化成点的运动，我们引入了质点的概念。

板书：（1）质点的定义：用来代替物体的有质量的点叫作质点。即忽略形状、大小、体积而具有质量的一个点，质点具有物体的全部质量。

板书：（2）质点是人们为了使实际问题简化而引入的理想化模型。引入理想化模型，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，尽可能把繁杂问题简单化，是物理学上经常用到的一种研究问题的方法——科学抽象。

物理学对实际问题的简化，必需从实际出发，忽略不考虑的只能是与当前考察问题无关的因素，或对当前考察问题影响很小的次要因素。

板书：（3）关于质点简化的条件性。

师生共同分析：一个物体能否抽象成质点，并不是取决于物体的形状和体积大小，这要看具体状况而定。

板书：①平动的物体一般可以看作质点。

做平动的物体，由于物体上各点的运动状况一致，可以用一个点代表整个物体的运动，在这种状况下，物体的大小、形状就无关紧要了，可以把整个物体当质点。

例如：平直马路上行驶的汽车，车身上各部分的运动状况一致，当我们把汽车作为一个整体来研究它的运动的时候，就可以把汽车当作质点。当然，假使我们需要研究汽车轮胎的运动，由于轮胎上各部分运动状况不一致，那就不能把它看作质点了。

教师提问：一列火车从北京开到上海，研究火车的运行的时间，可将火车看成质点吗？为什么？

学生回复：可以，由于北京到上海的路程比火车的长度大多了，研究火车运行的时间时，火车的车长对所研究的问题——时间几乎没有影响。

教师提问：火车过桥时，计算火车过桥的时间，可以将火车看成质点吗？为什么？学生回复：不可以，由于桥的长度与火车的长度差不多，研究火车运行的时间时，火车的车长对所研究的问题——时间影响很大。

教师总结：很好，同一物体在不可怜况下有时可看作质点，有时不可以看作质点，关键是物体的大小、体积对所研究问题是否可以忽略不计，或者不起主要作用。

板书：②有转动但转动为次要因素。

例如：研究地球公转时，可把地球看作质点；研究地球自转时，不能把地球看作质点。

板书：③物体的形状、大小可忽略。

再如：乒乓球旋转对球的运动有较大的影响，运动员在发球、击球时都要考虑，就不能把乒乓球简单看作质点。（二）参考系

教师导出问题：请同学们设想一下，小明和一位同伴正坐在一列火车上向西行驶，铁路边的人看到火车中的乘客是什么情景，而同伴认为小明是怎样的？

地面上的人观