马文蔚-《物理学教程》教案chapter-01-质点运动学

马文蔚_《物理学教程》教案chapter_01_质点运动学一、教学目标1.知识与技能目标理解质点、参考系和坐标系的概念，能正确选择参考系和建立坐标系来描述物体的运动。掌握位置矢量、位移和路程的概念，能熟练计算位移和路程。理解速度和加速度的概念，掌握平均速度、瞬时速度、平均加速度和瞬时加速度的计算方法，能运用速度和加速度的定义式解决实际问题。掌握匀变速直线运动的基本规律，能熟练运用相关公式求解运动学问题。2.过程与方法目标通过对质点模型的建立，培养学生的抽象思维能力和科学理想化方法。通过对参考系和坐标系的选择，让学生体会到研究问题时选择合适方法的重要性，提高学生分析问题和解决问题的能力。通过速度和加速度概念的建立过程，培养学生的逻辑推理能力和极限思想。通过对匀变速直线运动规律的推导和应用，让学生掌握运用数学工具解决物理问题的方法，提高学生的运算能力和运用物理规律解决实际问题的能力。3.情感态度与价值观目标通过对物理学史中关于运动学研究的介绍，激发学生对物理学的兴趣和学习热情。通过对实际问题的分析和解决，培养学生理论联系实际的作风，增强学生将物理知识应用于实际的意识。通过小组讨论和合作学习，培养学生的团队合作精神和交流能力。

二、教学重难点1.教学重点质点、参考系和坐标系的概念。位置矢量、位移和路程的计算。速度和加速度的概念及计算。匀变速直线运动的基本规律及其应用。2.教学难点对质点概念的理解，如何根据实际情况合理简化物体为质点。瞬时速度和瞬时加速度概念的建立，极限思想的应用。匀变速直线运动规律的灵活运用，特别是多过程问题的分析。

三、教学方法讲授法、讨论法、演示法、练习法相结合

四、教学过程

导入新课（5分钟）通过播放一段精彩的体育比赛视频（如田径短跑比赛、赛车比赛等），引导学生观察物体的运动情况，提问学生如何描述物体的位置变化和运动快慢，从而引出本章的主题质点运动学。

讲解新课（35分钟）1.质点（5分钟）讲解：举例说明在研究物体运动时，有时可以忽略物体的大小和形状，而突出"物体具有质量"这一要素，将物体简化为一个有质量的点，即质点。比如研究地球绕太阳公转时，地球的大小和形状相对于日地距离可以忽略不计，可把地球视为质点；但研究地球自转时，就不能把地球看作质点了。强调：质点是一种理想化的物理模型，实际并不存在。建立质点模型是为了使问题的研究更加简化，突出主要因素，忽略次要因素。提问：让学生思考并举例说明还有哪些情况下可以把物体看作质点。2.参考系和坐标系（10分钟）参考系讲解：展示一个在匀速行驶的火车车厢内的小球，让学生观察小球的运动情况。学生会发现，以车厢为参考，小球是静止的；以地面为参考，小球是运动的。从而引出参考系的概念，即描述物体运动时，被选作参考的其他物体称为参考系。强调：选择不同的参考系，对物体运动的描述可能不同。参考系的选取是任意的，但在实际问题中，通常根据研究问题的方便来选择合适的参考系。讨论：组织学生讨论"太阳从东方升起，西方落下"是以什么为参考系的。坐标系讲解：为了定量地描述物体的位置及位置变化，需要在参考系上建立坐标系。介绍常用的坐标系，如一维直线坐标系（用于描述物体在直线上的运动）、二维平面直角坐标系（用于描述物体在平面内的运动）和三维空间直角坐标系（用于描述物体在空间中的运动）。以一维直线坐标系为例，说明如何确定物体的位置坐标以及坐标的变化与位移的关系。演示：在黑板上画出一维直线坐标系，标注原点、正方向和单位长度，然后在坐标系上表示出一个物体的初始位置和末位置，引导学生计算物体的位移。3.位置矢量、位移和路程（10分钟）位置矢量讲解：在坐标系中，用从坐标原点到物体位置的有向线段来表示位置矢量，其大小等于该有向线段的长度，方向由原点指向物体所在位置。用数学公式表示为\(\vec{r}=x\vec{i}+y\vec{j}+z\vec{k}\)（在三维直角坐标系中），并说明其在一维直线坐标系中的简化形式\(r=x\)（\(\vec{i}\)为沿x轴正方向的单位矢量）。演示：在黑板上画出二维平面直角坐标系，标注出一个点的位置，画出表示该点位置矢量的有向线段，讲解其大小和方向的确定方法。位移讲解：定义位移是描述物体位置变化的物理量，等于物体末位置的位置矢量减去初位置的位置矢量，即\(\Delta\vec{r}=\vec{r}_{2}\vec{r}_{1}\)。强调位移是矢量，既有大小又有方向，其大小等于初末位置间有向线段的长度，方向由初位置指向末位置。对比：通过实例对比位移和路程的概念。例如，一个人绕着操场跑了一圈，路程是操场的周长，而位移为零（因为初末位置相同）。说明位移只与物体的初末位置有关，而路程与物体运动的路径有关。练习：给出一些具体的物体运动轨迹，让学生计算位移的大小和方向。路程讲解：路程是物体运动轨迹的长度，是标量。举例：结合前面绕操场跑步的例子，再次强调路程与位移的区别。4.速度和加速度（10分钟）速度平均速度讲解：通过匀速直线运动的实例，引出平均速度的概念。定义平均速度等于位移与发生这个位移所用时间的比值，即\(\vec{v}=\frac{\Delta\vec{r}}{\Deltat}\)。强调平均速度是矢量，方向与位移方向相同。计算：给出一个物体在一段时间内的位移和时间，让学生计算平均速度。瞬时速度讲解：利用极限思想，当\(\Deltat\)趋近于零时，平均速度趋近于瞬时速度。即\(v=\lim\limits_{\Deltat\to0}\frac{\Deltar}{\Deltat}=\frac{dr}{dt}\)。强调瞬时速度精确地描述了物体在某一时刻的运动快慢和方向。类比：通过汽车速度表的例子，类比说明瞬时速度的概念，让学生理解如何从平均速度过渡到瞬时速度。加速度平均加速度讲解：以匀变速直线运动为例，引出平均加速度的概念。定义平均加速度等于速度的变化量与发生这个变化所用时间的比值，即\(\vec{a}=\frac{\Delta\vec{v}}{\Deltat}\)。强调平均加速度是矢量，方向与速度变化量的方向相同。计算：给出物体在一段时间内速度的变化量和时间，让学生计算平均加速度。瞬时加速度讲解：类似于瞬时速度，当\(\Deltat\)趋近于零时，平均加速度趋近于瞬时加速度。即\(a=\lim\limits_{\Deltat\to0}\frac{\Deltav}{\Deltat}=\frac{dv}{dt}\)。强调瞬时加速度精确地描述了物体速度变化的快慢和方向。对比：对比速度和加速度的概念，让学生理解速度描述的是物体运动的快慢，而加速度描述的是速度变化的快慢。

课堂小结（5分钟）1.回顾质点、参考系和坐标系的概念，强调参考系选择的重要性以及坐标系在描述物体位置时的作用。2.总结位置矢量、位移和路程的概念及区别，重点强调位移是矢量，与路程的不同。3.回顾速度和加速度的概念，包括平均速度、瞬时速度、平均加速度和瞬时加速度，强调速度和加速度的矢量性以及它们之间的区别与联系。

课堂练习（10分钟）1.给出一些关于质点判断的题目，如判断研究地球绕太阳公转、火车过桥等情况下物体是否可视为质点。2.计算物体在给定运动过程中的位移、路程、平均速度和平均加速度等。3.分析一些关于速度和加速度关系的问题，如物体做加速运动或减速运动时速度和加速度的方向关系等。

让学生在课堂上独立完成练习，教师巡视并及时解答学生的疑问。

布置作业（5分钟）1.书面作业教材课后习题中与本节课知识点相关的题目，如关于质点、位移、速度和加速度计算的题目。思考：如果物体做曲线运动，如何描述其速度和加速度的方向变化？2.拓展作业查阅资料，了解历史上科学家们是如何研究物体运动的，以及参考系和坐标系的概念在其中的应用。观察生活中的一些运动现象，运用本节课所学知识进行分析和解释，写一篇简短的报告。

五、教学反思通过本节课的教学，学生对质点运动学的基本概念和规律有了初步的理解。在教学过程中，采用多种教学方法相结合，如讲授法、讨论法、演示法和练习法，有助于学生更好地掌握知识。