高中物理新课标版人教版必修一精品课件：11《质点参考系和坐标系》PPT可编辑课件.ppt

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1、新课标人教版课新课标人教版课件系列件系列高中物理必修必修v1.11.1质点参考系质点参考系v和坐标系和坐标系 v教学目标v（一）知识与技能v1 1、知道质点的概念及条件。、知道质点的概念及条件。v2 2、知道参考系概念及作用。、知道参考系概念及作用。v3 3、掌握坐标系的简单应用。、掌握坐标系的简单应用。v（二）过程与方法v1 1、体验质点的条件及意义，初步掌握科学抽象这种、体验质点的条件及意义，初步掌握科学抽象这种研究方法。研究方法。v2 2、体验不同参考系中运动的相对性，促使学生形成、体验不同参考系中运动的相对性，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勤于观察、勤于思考的

2、习惯，提高学生自主获取知识的能力。识的能力。v3 3、体会用坐标方法，描述物体位置的优越性，可用、体会用坐标方法，描述物体位置的优越性，可用不同的方法设计实验并体会比较。增强学生发现问不同的方法设计实验并体会比较。增强学生发现问题并力求解决问题的意识和能力。题并力求解决问题的意识和能力。v（三）情感、态度与价值观v1 1、认识运动是宇宙中的普遍现象，运动和静止的、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、勇于相对性。培养学生热爱自然、关心科技发展、勇于探索的精神。探索的精神。v2 2、不同的参考系中现象不同，帮助学生建立辨证、不同的参考系中现象不同，帮助学

3、生建立辨证唯物主义的世界观。唯物主义的世界观。v教学重点v理解质点概念以及初步建立质点概念所采用的抽象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。思维方法。v教学难点v将一个实际的物体抽象为质点的条件。将一个实际的物体抽象为质点的条件。v教学方法v教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。流学习成果。v问题问题1 1：该如何描述物体的运动呢？：该如何描述物体的运动呢？v诗人用气势磅礴来描述大河中的水流，用矫捷如燕来描述运动员轻盈的舞姿，画家用汽车后面的线条来表示风，来描述车辆的飞驰。科学家呢科学家呢？一物体的运动v1、运动是_

4、 的v 一切物体都在不停一切物体都在不停_v 谁能准确描述下列物体的运动？v 如：雄鹰在空中翱翔v 足球的飞滚v 树叶、纸张的飘落v 海浪的汹涌澎湃精确描述精确描述精确描述精确描述之难之难之难之难一物体的运动v1、运动是_ 的v 难道我们真的无法描述物体的运动？v 例：飞机以某速度从南京飞向北京,v 研究火车在城市之间运行我们是否要我们是否要我们是否要我们是否要考虑飞机本考虑飞机本考虑飞机本考虑飞机本身大小？身大小？身大小？身大小？车箱的颤动车箱的颤动车箱的颤动车箱的颤动我们考虑吗我们考虑吗我们考虑吗我们考虑吗？我我们们已已经经很自然的很自然的忽略忽略某些次要因素（如某些次要因素（如形状、大小

5、），形状、大小），只关心只关心主要的方面。主要的方面。物理方法v1、运动是_ 的v2、质点（mass point）v （1）某些情况下，将物体简化为一个某些情况下，将物体简化为一个有质量的点的点v （2）理想化的的“物理模型物理模型”v 忽略次要因素：形状、大小等v 突出主要因素：具有质量（本质属性）矛盾的主矛盾的主矛盾的主矛盾的主次方面次方面次方面次方面物体都可以看物体都可以看作质点么？作质点么？一 物体的运动v1、运动是_ 的v2、质点（mass point）v （1）某些情况下，将物体简化为一个某些情况下，将物体简化为一个有质量的有质量的点v （2）理想化的的“物理模型物理模型”v 忽略

6、次要因素：形状、大小等v 突出主要方面：具有质量（本质属性）v （3）物体能否看作质点是物体能否看作质点是有条件的的v 物体的大小和形状在研究问题时可以忽略不计物体的大小和形状在研究问题时可以忽略不计亲身体会：v几点说明:v1、物理各点的运动情况相同（平动）时，可以看作质点，一般研究物体的转动时不能把物体看作质点。v2、物体有转动，但物体的转动不是我们所研究的主要问题时，物体的本身大小和形状已变成了次要因素，物体可以看作质点。v3、物体本身的大小对所研究的问题不能忽略时，不能把物体看作质点。v4、物体能否看作质点，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，而跟物体自身体积的大小，质

7、量的多少和运动速度的大小无关。v5、一个物体能否看作质点取决于所研究问题的性质，即使同一个物体在研究问题不同时，有的情况下可以看作质点，而有的情况下不可以看作质点。思考与讨论：v质点和几何中的点是一回事吗？1、相同点：都是没有形状和大小的点。、相同点：都是没有形状和大小的点。2、不同点：质点是实际物体的抽象，它具有、不同点：质点是实际物体的抽象，它具有一定的物理内涵，不仅具有物体的全部质量，一定的物理内涵，不仅具有物体的全部质量，而且是一相对的物理概念；几何中的点没有质而且是一相对的物理概念；几何中的点没有质量，仅表示位置，而且应该绝对的小。量，仅表示位置，而且应该绝对的小。思维体操：v如何解

8、释小孩的如何解释小孩的静止？v同样的物体，运动会不同？二参考系v1、运动的相对性：v 描述运动要寻找参考物体v2、参考系（reference frame）v （1）选择的任意性（一般选择地球和相对于地球静止的物体）v （2）对不同参考系，运动可能不同注意：比较两个物体的运动情况，必须选择同一个参考系才有意义。飞花两岸照船红，百里榆堤半日风。卧看满天云不动，不知云与我俱东。诗境诗境中的相对运动中的相对运动思考：v我们曾说过运动是绝对的，现在又说运动是相对的，矛盾么？如何确定物体位置？v 文字描述方便吗？能精确吗？v 有没有简便又准确的方法？区分：区分：定性定性与与定量定量笛卡儿发笛卡儿发笛卡儿发

9、笛卡儿发明坐标系明坐标系明坐标系明坐标系v 若物体只在一条直线上运动，如何描述位置变化？若在某平面（操场）上呢？如何在地面定物体位置？v寻找有用信息：寻找有用信息：经度与纬度（大地坐标系）三 坐标系v1、坐标系（coordinate system）建立的作用v2、坐标系的构成要素：v 原点、正方向、标度、v 物理量、单位思维体操v从A到B位置变化了多少？v你是如何得到的？说一说 对于在平面上运动的物体，例对于在平面上运动的物体，例如冰场上的花样滑冰运动员，要描如冰场上的花样滑冰运动员，要描述他们的位置，你认为应该怎样建述他们的位置，你认为应该怎样建立坐标系？立坐标系？生活中的物理生活中的物理v

10、GPS：全球定位系统v(授时与测距导航系统-全球定位系统vnavigation system timing and rangingglobal positioning system)v 全球定位系统是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。v 在美国,GPS全球卫星定位技术与“阿波罗”飞船登月、航天飞机升空，同列为20世纪“三大航天工程”。生活中的物理vGPS：全球定位系统v(授时与测距导航系统-全球定位系统vnavigation system timing and rang

11、ingglobal positioning system)v GPS系统包括三大部分：v （1）GPS卫星（空间部分）v（2）地面支撑系统（地面监控部分）v （3）GPS接收机（用户部分）v定位仪中所示位置：24颗颗GPS卫星在离地面卫星在离地面1万万2千公里的高空上，以千公里的高空上，以12小时的周期环绕地小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以颗以上的卫星。上的卫星。由于卫星的位置精确可知，在由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利

12、用三维坐标中的距离公式，利用的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成颗卫星，就可以组成3个方程个方程式，解出观测点的位置式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有误差，实际上有4个未知数，个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第和钟差，因而需要引入第4颗卫星，颗卫星，形成形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。事实上，接收机往往可以锁住事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布

13、分成若干组，每组星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。组用作定位，从而提高精度。由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用保护政策，使得民用GPS的定位精度只有的定位精度只有100米。米。为提高定位精度，普遍采用差分为提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技术，建立基准站技术，建立基准站(差分台差分台)进行进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而

14、得观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到定位精度可提高到5米。米。全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定上发展起来的，它采纳了子午仪系统

15、的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。该系统的空间位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。该系统的空间部分使用部分使用24颗高度约颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为圆形轨道，运行周期约为11小时小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗）分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为，轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好

16、定位解算精度的几何图形（四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。）。这就提这就提供了在时间上连续的全球导航能力。供了在时间上连续的全球导航能力。GPS卫星已发展至卫星已发展至BlockII型式的定位卫星，型式的定位卫星，由由RockwellInternational制造，在轨道上重量约制造，在轨道上重量约1,900磅，太阳能接收板长度约磅，太阳能接收板长度约17呎，呎，于于1994年完成第年完成第24颗卫星的发射。因此目前太空中有颗卫星的发射。因此目前太空中有24颗颗GPS卫星可供卫星可供定位运用，绕行地球一周需定位运用，绕行地球一周需12恒星时，每日可绕行地球恒星时，每

17、日可绕行地球2周，这也就是说，周，这也就是说，不论任何时间，任何地点，至少有不论任何时间，任何地点，至少有4颗以上的卫星出现在我们的上空。颗以上的卫星出现在我们的上空。目前全球有五个地面卫星监控站，分布于夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加西亚、目前全球有五个地面卫星监控站，分布于夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加西亚、瓜加林岛、科罗拉多泉，这些卫星地面控制站，同时监控瓜加林岛、科罗拉多泉，这些卫星地面控制站，同时监控GPS卫星的运作状态卫星的运作状态及它们在太空中的精确位置，主地面控制站更负责传送卫星瞬时常数及它们在太空中的精确位置，主地面控制站更负责传送卫星瞬时常数(EphemerasConstant)及时

18、脉偏差及时脉偏差(ClockOffsets)的修正量，再由卫星将这的修正量，再由卫星将这些修正量提供给些修正量提供给GPS接收器做为定位运用。接收器做为定位运用。GPS的定位是利用卫星基本三角定位原理，的定位是利用卫星基本三角定位原理，GPS接收装置以测量无线电信号接收装置以测量无线电信号的传输时间来量测距离，以距离来判定卫星在太空中的位置，这是一种高轨的传输时间来量测距离，以距离来判定卫星在太空中的位置，这是一种高轨道与精密定位的道与精密定位的观测方式。假设卫星在观测方式。假设卫星在11,000英哩高处，测量我们的距离，英哩高处，测量我们的距离，首先以首先以11,000英哩为半径，以此卫星为

19、圆心画一圆，而我们位置正处于球面英哩为半径，以此卫星为圆心画一圆，而我们位置正处于球面上。再假设第二颗卫星距离我们上。再假设第二颗卫星距离我们12,000英哩，而我们正处于这二颗球所交集英哩，而我们正处于这二颗球所交集的圆周上。现在我们再以第三颗卫星做精密定位，假设高度的圆周上。现在我们再以第三颗卫星做精密定位，假设高度13,000英哩，我英哩，我们即可进一步缩小范围到二点位置上，但其中一点为非我们所在的位置极有们即可进一步缩小范围到二点位置上，但其中一点为非我们所在的位置极有可能在太空中的某一点，因此，我们舍弃这一点参考点，选择另一点为位置可能在太空中的某一点，因此，我们舍弃这一点参考点，选

20、择另一点为位置参考点。参考点。如果要获得更精确的定位，则必定要再测量第四个颗卫星，从如果要获得更精确的定位，则必定要再测量第四个颗卫星，从基本物理的观念上来说，以讯号传输的时间乘以速度即是我们与卫星的距离，基本物理的观念上来说，以讯号传输的时间乘以速度即是我们与卫星的距离，我们将此测得的距离称为虚拟距离，在我们将此测得的距离称为虚拟距离，在GPS的测量上，我们测的是无线信号，的测量上，我们测的是无线信号，速度几乎达速度几乎达18万万6千英哩千英哩/Sec的光速，而时间却短的惊人，甚至只要的光速，而时间却短的惊人，甚至只要0.06秒，秒，时间的测量需要二个不同的时表，一个时表装置于卫星上以记录无

21、线电信号时间的测量需要二个不同的时表，一个时表装置于卫星上以记录无线电信号传送的时间，另一个时表则装置在接收器上，用以记录无线电信号接收的时传送的时间，另一个时表则装置在接收器上，用以记录无线电信号接收的时间，虽然卫星传送信号至接收器的时间极短，但时间上并不同步，假设卫星间，虽然卫星传送信号至接收器的时间极短，但时间上并不同步，假设卫星与接收器同时发出声音给我们，我们会听到二种不同的声音，这是因为卫星与接收器同时发出声音给我们，我们会听到二种不同的声音，这是因为卫星从从11,000英哩远的地方传来，所以会有延迟的时间，因此，我们可以延迟接英哩远的地方传来，所以会有延迟的时间，因此，我们可以延迟

22、接收器的时间，从此延迟的时间收器的时间，从此延迟的时间 速度，就是接收器到卫星的距离，此即为速度，就是接收器到卫星的距离，此即为GPS的基本定位原理。的基本定位原理。1，本堂课学习了质点、参考系概念及参，本堂课学习了质点、参考系概念及参考系的选取原则。考系的选取原则。2，学习了如何利用坐标系来描述物体的，学习了如何利用坐标系来描述物体的位置和位置变化。位置和位置变化。课后作业：课后作业：P13面的第面的第1题、题、第第2题和第题和第3题。题。课堂小结v典型例题v1、在下列物体的运动中，可视作质点的物体有 ()vA.从北京开往广州的一列火车vB.研究转动的汽车轮胎vC.研究绕地球运动时的航天飞机

23、vD.表演精彩芭蕾舞演员vE.参加一百米跑竞赛的运动员在冲刺过程中vF.在斜下推力的作用下，沿水平面滑动的箱子vG.计算子弹从枪口到靶心的飞行时间vH.测量子弹船过一张薄纸的时间。ACFGACFGv2、描述物体地运动，必须选择参考系，关于参考系，下列说法中正确地是（）v（A）早晨太阳从东方升起，参考系是地面v（B）地球绕太阳近似做圆周运动，参考系是太阳v（C）研究地面上物体的运动只能取地面为参考系v（D）在不同参考系中描述物体的运动，简繁程度会不同 ABDv3、一根长、一根长0.8米的一杆竖直放置，米的一杆竖直放置，今有一内径略大于杆直径的环，从杆今有一内径略大于杆直径的环，从杆的顶点的顶点A向下滑动，取杆的下端向下滑动，取杆的下端O为为坐标原点，取向下为正方向，图中坐标原点，取向下为正方向，图中A、B两点的坐标各是多少？环从两点的坐标各是多少？环从A到到B的过程中，位置变化了多少？的过程中，位置变化了多少？