非常实用的人教版高中物理必修一教案(第一章).doc
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1、1.1质点 参考系和坐标系教材分析:本节教科书的第一段道出了全章教科书的目标,就是研究“怎样描述物体的机械运动”。教科书一开始就从参考系中明确地抽象出了坐标系的概念,指导思想是强调一般性的科学方法,即为这样的思想作准备:解决问题时首先把实际问题抽象成物理模型,然后用数学方法描述这个模型,并寻求解决的方法。要研究物体位置的变化问题,首先必须解决位置确定问题,教科书把“物体和质点”当作一个知识点,说明质点是针对物体而言的,实际的“物体”都“占有一定的空间”,在通常的运动过程中,“不同部位的运动情况是不相同的”,从而“给描述运动带来了困难”,解决问题的关键是“能否用一个点来代替物体”。 “科学漫步”
2、栏目中的“全球卫星定位系统”是扩展性内容,其后附有进一步研究的问题,例如“这个定位器处于我国哪个城市的什么部位?从显示屏中你还能获得哪些信息?”。这样做的目的也是使学生养成勤于观察、勤于思考的习惯,提高学生自主获得知识的能力。这类问题不作为针对所有学生的强制性要求。教学目标: 1. 理解质点的概念,知道它是一种科学抽象,知道实际物体在什么条件下可看作质点,知道这种科学抽象是一种常用的研究方法;2. 知道参考系的概念和如何选择参考系;3.通过对运动和静止的理解,培养学生正确的哲学观点。重点难点:质点的概念、将物体看作质点的条件、参考系的选择教学过程:一、机械运动1.定义:物体相对于其他物体的位置
3、变化,叫做机械运动,简称运动。2.运动的绝对性和静止的相对性:宇宙中的一切物体都在不停地运动,无论是巨大的天体,还是微小的原子、分子,都处在永恒的运动之中。运动是绝对的,静止是相对的。二、物体和质点:在研究某一问题时,对影响结果非常小的因素可以忽略。常建立一些理想化物理模型,这是一种科学抽象。那以前接触过这样的物理模型吗?如:光滑的水平面、轻质弹簧,这些都是把摩擦、弹簧质量对研究问题影响极小的因素忽略掉了。今天我们又要建立一种新的物理模型质点(mass point)。1.定义:用来代替物体的有质量的点。质点是用来代替物体的具有质量的点,因而其突出特点是“具有质量”和“占有位置”,但没有大小,它
4、的质量就是它所代替的物体的质量。质点没有体积,因而质点是不可能转动的。任何转动的物体在研究其自转时都不可简化为质点。质点不一定是很小的物体,很大的物体也可简化为质点。同一个物体有时可以看作质点,有时又不能看作质点,要具体问题具体分析。运动的质点通过的路线,叫质点的运动轨迹;轨迹是直线,叫直线运动;轨迹是曲线,叫曲线运动。2物体可以看成质点的条件:如果在研究的问题中,物体的形状、大小及物体上各部分运动的差异是次要或不起作用的因素,就可以把物体看做一个质点。3突出主要因素,忽略次要因素,将实际问题简化为物理模型,是研究物理学问题的基本思维方法之一,这种思维方法叫理想化方法。质点就是利用这种思维方法
5、建立的一个理想化物理模型。问题:1能否把物体看作质点,与物体的大小、形状有关吗?2研究一辆汽车在平直公路上的运动,能否把汽车看作质点?要研究这辆汽车车轮的转动情况,能否把汽车看作质点?3原子核很小,可以把原子核看作质点吗?讲评:质点是没有形状、大小、具有物体全部质量的点。这是一种科学抽象,就是要抓住主要特征,忽略次要因素,这就必须是具体问题具体分析。如果在我们研究的问题中,物体的形状、大小以及物体上各部分运动的差异是次要的或不起作用的,就可以把它看作质点。比如在平直公路上运动的汽车,研究它运动的特点,汽车的大小、形状及车上各部分运动的差异是次要的,可把汽车看作质点。而研究车轮的转动,是研究汽车
6、上部分的运动,就不能把汽车看作质点,再比如原子核很小,要是研究质子与质子的作用时,就不能把它看作质点。【例一】下列情况中的物体,哪些可以看成质点A研究绕地球飞行时的航天飞机。 B研究汽车后轮上一点的运动情况的车轮。C研究从北京开往上海的一列火车。 D研究在水平推力作用下沿水平地面运动的木箱。课堂训练:1下述情况中的物体,可视为质点的是( )A研究小孩沿滑梯下滑。 B研究地球自转运动的规律。C研究手榴弹被抛出后的运动轨迹。 D研究人造地球卫星绕地球做圆周运动。2.下列各种情况中,可以所研究对象(加点者)看作质点的是()A.研究小木块的翻倒过程。 B研究从桥上通过的一列队伍。C研究在水平推力作用下
7、沿水平面运动的木箱。D汽车后轮,在研究牵引力来源的时。三、参考系(reference system)1定义:宇宙中的一切物体都处在永恒的运动之中,在描述一个物体的运动时,必须选择另外的一个物体作为标准,这个被选来作为标准的物体叫做参考系。一个物体一旦被选做参考系就必须认为它是静止的。为了描述物体的运动,事先假定不动的物体,叫做参考系。2选择不同的参考系来观察同一个运动,得到的结果会有不同。【例二】人坐在运动的火车中,以窗外树木为参考系,人是_的。以车厢为参考系,人是_的。3参考系的选择:描述一个物体的运动时,参考系可以任意选取,选取参考系时要考虑研究问题的方便,使之对运动的描述尽可能的简单。在
8、不说明参考系的情况下,通常应认为是以地面为参考系的。【例三】对于参考系,下列说法正确的是( )A参考系必须选择地面。 B研究物体的运动,参考系选择任意物体其运动情况是一样的。 C选择不同的参考系,物体的运动情况可能不同。 D研究物体的运动,必须选定参考系。课堂训练:1甲物体以乙物体为参考系是静止的,甲物体以丙物体为参考系是运动的,那么,以乙物体为参考系,丙物体是()A.一定是静止的。 B一定是运动的。 C有可能是静止的或运动的 D无法判断。2关于机械运动和参照物,以下说法正确的有( )A. 研究和描述一个物体的运动时,必须选定参照物。B. 由于运动是绝对的,描述运动时,无需选定参照物。C. 一
9、定要选固定不动的物体为参照物。D. 研究地面上物体的运动时,必须选地球为参照物。四、坐标系(coordinate system): 为了说明质点的位置运动的快慢、方向等,必须选取其坐标系。在参照系中,为确定空间一点的位置,按规定方法选取的有次序的一组数据,这就叫做“坐标”。在某一问题中规定坐标的方法,就是该问题所用的坐标系。坐标系的种类很多,常用的坐标系有:笛卡尔直角坐标系、平面极坐标系、柱面坐标系(或称柱坐标系)和球面坐标系(或称球坐标系)等。中学物理学中常用的坐标系,为直角坐标系,或称为正交坐标系。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
10、)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。板书设计一、物体和质点 1、什么是质点? 2、把物体看做质点的条件 3、质点是一种理想的物理模型。 二、参考系 1、定义2、选择不同的参考系观察同一个运动,观察的结果会有不同3、参考系是可任意选取,但选择的原则要使运动和描述尽可能简单三、坐标系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。教学反思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,真的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
11、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。为了强调坐标的概念,教科书用数学和物理学中通用的符号,即在直线运动中用x表示质点的位置,极坐标,用x=x1x2表示质点的位移。在表示物理量的变化时,“”实际上是我们以前都在使用的符号,学生不会感到困难。相反,由于有了明确表示物理量的变化量的符号,学生更易区分某物理量与这个物理量的变化量。明确地把某个物理量与这个物理量的变化区分开,这是本书的特点。物理学中经常要区分这两种物理量,有意识地强调它们的区别,对于以后的学习会有好处。下一节中,时刻与时间间隔的关系也是这样。阅读材料: 理想模型及其在科学研究中的作用在自然科学的研究中,“理想
12、模型”的建立,具有十分重要的意义。第一,引入“理想模型”的概念,可以使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差。把现实世界中,有许多实际的事物与这种“理想模型”十分接近。在一定的场合、一定的条件下,作为一种近似,可以把实际事物当作“理想模型”来处理,即可以将“理想模型”的研究结果直接地应用于实际事物。例如,在研究地球绕太阳公转的运动的时候,由于地球与太阳的平均距离(约为14960万公里)比地球的半径(约为6370公里)大得多,地球上各点相对于太阳的运动可以看做是相同的,即地球的形状、大小可以忽略不计。在这种场合,就可以直接把地球当作一个“质点”来处理。在研究炮弹的飞行时,作为第一级近似,可以忽略
13、其转动性能,把炮弹看成一个“质点”;作为第二级近似,可以忽略其弹性性能,把炮弹看成一个“刚体”。在研究一般的真实气体时,在通常的温度和压强范围内,可以把它近似地当作“理想气体”,从而直接地运用“理想气体”的状态方程来处理。第二,对于复杂的对象和过程,可以先研究其理想模型,然后,将理想模型的研究结果加以种种的修正,使之与实际的对象相符合。这是自然科学中,经常采用的一种研究方法。例如:“理想气体”的状态方程,与实际的气体并不符合,但经过适当修正后的范德瓦尔斯方程,就能够与实际气体较好地符合了。第三,由于在“理想模型”的抽象过程中,舍去了大量的具体材料,突出了事物的主要特性,这就更便于发挥逻辑思维的
14、力量,从而使得“理想模型”的研究结果能够超越现有的条件,指示研究的方向,形成科学的预见。例如:在固体物理的理论研究中,常常以没有“缺陷”的“理想晶体”作为研究对象。但应用量子力学对这种“理想晶体”进行计算的结果,表明其强度竟比普通金属材料的强度大一千倍。由此,人们想到:既然“理想晶体”的强度应比实际晶体的强度大一千倍,那就说明常用金属材料的强度之所以减弱,就是因为材料中有许多“缺陷”的缘故。如果能设法减少这种“缺陷”,就可能大大提高金属材料的强度。后来,实践果然证实了这个预言。人们沿着这一思路制造出了若干极细的金属丝,其强度接近于“理想晶体”的强度,称之为“金胡须”。总之,由于客观事物具有质的
15、多样性,它们的运动规律往往是非常复杂的,不可能一下子把它们认识清楚。而采用理想化的客体(即“理想模型”)来代替实在的客体,就可以使事物的规律具有比较简单的形式,从而便于人们去认识和掌握它们。1.2时间和位移(一)教材分析本节是人教版高中物理必修一第1章第2节教学内容,主要学习两个重要的知识点:1知道什么是矢量和标量,2会区别位移和路程及时间和时刻。本节内容是对本章知识的提升,又是后面知识点学习的基础。学习目标: 1. 理解时间和时刻的含义以及它们的区别,知道在实验中测量时间的方法。 2. 理解位移的概念。掌握它是表示质点位置变化的物理量,并是矢量,可以用有向线段来表示。3. 理解路程和位移的区
16、别。学习重点: 1. 时间和时刻的概念和区别。2. 位移的矢量性、概念。学习难点: 位移和路程的区别、时间与时刻的分辨、矢量概念的理解。 主要内容:一、时刻和时间间隔要研究物体的运动自然离开不了时间,我们的生活与时间这个词是紧紧联系在一起的,我们经常这样说“汽车的发车时间是12点50分” “汽车在某站停留的时间是10分钟”。那么这两句话中的“时间”是不是同一个意思呢?不是,第一句中的“时间”是某一时刻,某一瞬时;第二句中的“时间”是指一段时间。现在我们就一起来用物理学严谨的语言对时间定义时刻:指某一瞬时,是事物运动发展变化所经历的各个状态先后顺序的标志。时间间隔:是两个时刻之间的间隔,时间间隔
17、用来表示事物运动发展变化所经历的过程长短的量度我们可以用一个时间轴来表示1时刻和时间间隔可以在时间轴上表示出来。时间轴上的每一点都表示一个不同的时刻,时间轴上一段线段表示的是一段时间间隔。时间间隔=末时刻-初时刻,即t=t末-t初首先时间轴的正方向是不能变的,因为时间不会倒流。那原点在何处呢?时间的起点?开天辟地?当然不是,是根据需要任意选择的。若我选此刻为原点(称为计时起始时刻),那下一秒就是坐标1秒,那上一秒呢?应该是负1秒,所以时刻可以是负的。如公元前200年。2在学校实验室里常用停表,电磁打点计时器或频闪照相的方法测量时间。【例一】下列说法中指的是时间的有_,指的是时刻的有_。A第5秒
18、内 B.第6秒初 C.前2秒内 D.3秒末(第3秒末) E.最后一秒内 F.第三个2秒 G.第五个1秒的时间中点。课堂训练:1关于时间和时刻,下列说法正确的是()A物体在5s时就是指物体在5s末时,指的是时刻。B物体在5s时就是指物体在5s初时,指的是时刻。C物体在5s内就是指物体在4s末到5s末的这1s时间。D物体在第5s内就是指物体在4s末到5s末的这1s的时间。二、路程(path)和位移(displacement)运动表示物体相对位置的变化,前面我们已经学过了如何在数学坐标系中表示物体的位置,下面就来研究物体的位置发生了变化该如何表示。如图所示,两人分别从O点沿曲线1、2运动到A点,我们
19、可以看到,它们的路程(实际运动轨迹的长度)不同,但在整个过程中它们的初末位置相同,也就是说整个过程它们的位置变化相同(开始在0,最后在A)。我们该怎样来描述这样一个位置的变化呢?能用我们初中学过的路程来描述这们的位置变化吗?比如路1路程100米,路2路程200米。如果你告诉别人只要从O点出发走100米就能到A点,那别人能了解你的位置变化情况吗?能找到A点吗?不能。所以为了能够很好地表述出物体在运动过程中位置的变化,物理学中引入了一个新的物理量:位移。1路程:质点实际运动轨迹的长度,它只有大小没有方向,是标量。 2位移:是表示质点位置变化的物理量,有大小和方向,是矢量。它是用一条自初始位置指向末
20、位置的有向线段表示,位移的大小等于质点始末位置间的距离,位移的方向由初位置指向末位置,位移只取决于初末位置,与运动路径无关。即:位移=末位置坐标-初位置坐标。结果有正负之分,如果是正的就表示跟规定的正方向相同,如果是负就表示跟规定的正方向相反。3. 位移和路程的区别:路程位移定义物体实际运动轨迹的长度从初位置指向末位置的一个有向线段大小有有方向无有联系|位移|路程 当物体单向直线运动时才等于从一点到另一点位移一定,但路程却有无数个4一般来说,位移的大小不等于路程。只有质点做方向不变的直线运动时大小才等于路程。【例二】学校标准运动场的跑道,100m比赛的位移和路程、400m比赛的位移和路程各是多
21、少?三、矢量(vector)和标量(scalar)1.矢量:既有大小,又有方向的物理量 2.标量:只有大小,没有方向的物理量举例:矢量:力、位移 标量:长度、时间、质量、温度等四、直线运动的位置和位移1.直线运动:物体的运动轨迹是直线的运动。2.直线运动的位移和路程的关系。【例三】一支队伍前进时,通信兵从队尾赶到队首又立即返回,当通信兵回到队尾时队伍已经前进了200m,求整个过程中通信兵的位移。五、一维坐标系中如何描述位移 某质点ABC 位移分别为SAB=4m,方向与正方向相同,SBC=2m,方向与正方向相反仔细观察发现 :位移=末位置坐标-初位置坐标SAB=XB-XA=3-(-1)=4m S
22、BC=XC-XB=1-3=-2m大家可以看到,算下来结果有正负之分如果是正的就表示跟正方向相同,如果是负就表示跟正方向相反。【例四】一质点沿东西方向做直线运动,先从A运动到B,位移大小为30m,方向向东;接着由B运动到C,位移为40m,方向向西,求从A到C过程中质点的位移和路程。解:小球的位移可以直接根据概念来看出发点和终点,也可以用矢量相加法则加。六、一维坐标中矢量加减的等效简便法:大家可能觉得矢量相加也未免太麻烦了吧!是不是我们以后解题都得这样画图啊?大家不必担心,我们高中阶段学习的大部分是直线运动,对于同一直线上的矢量相加减我们有一个等效简便的方法向东的5加向东的3等于向东的8,向西的5
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- 非常 实用 人教版 高中物理 必修 教案 第一章
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