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日志

 
 

质点 参考系和坐标系  

2009-10-02 14:08:28|  分类: 高一物理 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一、教学目标

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.

(2)知道参考系的概念.知道选取参考系时,要考虑到使运动的描述尽可能简单.

(3)知道坐标系的概念.能够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)通过学生的观察、探究体验,使学生保持对科学的求知欲,乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理

(2)通过小组讨论,培养学生相互合作、共同探索的团队精神,并使学生学会合作与交流,逐步形成严谨求实的科学态度

(3)体验物理学研究问题的方法——科学抽象,养成正确处理问题的方法,学会在研究问题中突出主要矛盾的哲学价值观

二、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。

三、设计思路

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,创设大量贴近实际学生生活的问题情景,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。

充分运用发挥多媒体教学功能,如音乐、图片、视频素材等,为学生提供了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,帮助学生形成健康人格的。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。

四、教学设计

教师活动

学生活动

引入新课

 呈现“神舟”5号从发射到返回舱成功回收的主要阶段。

播放神州五号发射升空过程的录像。

讲述:飞船在茫茫太空遨游,如何描述它的运动呢?文学家、艺术家采用形象的手法。“凌云戏月游银汉,转瞬翔天过太空”,短短一两句话就勾勒出航天飞船的雄姿。

世界万物都在运动,对于不同物体的运动,不同的人(如文学家、艺术家等)有不同的描述,请举例说明。

那么科学家怎样描述物体的运动呢?

著名物理学家海森伯曾说过:“为了理解现象,首要条件就是引入适当的概念。只有借助于正确的概念,我们才能真正知道观察到了什么。”

本章我们首先引入描述运动的一些基本概念,进而研究最简单最基本的运动形式:直线运动。

观看录像,同时一位同学做现场播音员,解说发射过程:“2003年10月15日,一个令人骄傲的日子,一个彪炳史册的日子……”

小组讨论后学生回答:

诗人常用“气势磅礴”,“惊滔拍岸,卷起千堆雪”,“奔流凝激电,惊浪似浮霜 ”等诗词来描述江水的运动;

画家则运用简笔画加线条来描述汽车的运动。

……

创设“神舟”5号的教学情景,不仅激发学生的学习兴趣,而且学生强烈的民族自豪感将油然而生,激发了学生的爱国主义热情。

开放性问题为学生创设更多发言机会,更快加入活动,活跃课堂气氛。

从不同视角采用不同方法描述运动,引出对物理方法的思考。

应用名人名言不仅增强了说服力,而且也对学生进行方法教育,有利于培养学生的科学态度和科学精神。

讲授新课

一、物体与质点

提问:

(1)要准确描述鸽子身上各点的位置随时间的变化不是容易事,困难和麻烦出在哪儿呢?

(2)如果我们研究它从家里出发到你亲戚家送信,需要了解它各部分运动的区别吗?

(3)如何才能较准确地描述它的运动呢?

讲述:有些时候为了便于分析,常常把物体简化为一个点。

“神舟”5号飞船载人舱长7.4m,直径2.8m,用长58m,重达480t的“长征”2号火箭发射

如科学家研究“神舟”5号飞船在空中的运动位置、高度、速度等问题时就把它简化为一个有质量的点。

播放“神舟”5号运行时在指挥部荧光屏上的显示为一个小小的光点。

教师小结这样,在某些情况下,我们可以把物体简化为一个有质量的点。

物理学中,用来代替物体的有质量的点叫质点(mass point)。

信息快递:

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研究方法。质点就是这种物理模型之一。

(1)研究地球绕太阳的公转能否把地球视为一个点呢?播放太阳系运行的模拟动画。

(2)一列沿京沪铁路运动的火车,若研究它从上海到北京的运动能否把它简化为一个点?播放火车运行模拟动画。

(3)研究地球上各处的季节变化时,能否把它视为质点呢?播放地球公转和四季变化的模拟动画。

(4)研究火车通过南京长江大桥的运动时,能否把它简化为一个质点?呈现火车过桥的图片。

3通过以上几个问题请同学们进一步讨论:

(1)物体是否在所有的情况下都能看作质点?

(2)物体看作质点的条件是什么?

(3)物理中的“质点”跟几何学中的点有什么相同和不同的地方?

(4)大的物体一定不能看成质点?小的物体随时都看成质点吗?

播放地月系运行模拟动画,28届雅典奥运会上张怡宁发球录像。

学生观察思考、讨论后回答:

(1)主要由于它的身体在向前运动的同时,它的翅膀还在上下运动。也就是鸽子有一定的大小和形状,各部分的运动情况不一样。

(2)如果我们研究它长度飞行就不需要了解它各部分运动的区别。

(3)如果忽略它的大小和形状就可以了。

学生学习体会科学研究的基本方法.

学生观察思考,小组讨论后作出回答:

(1)研究地球绕太阳的公转能把地球视为点;因为日地距离远大于地球的直径。

(2)同理研究火车从上海到北京的运动也能把它简化为一个点;因为上海到北京的离远大于火车的长度。

(3)研究地球上各处的季节变化时,不能把它视为质点,因为它的大小不能忽略。

(4)同理研究火车通过南京长江大桥的运动时,也不能把它视为质点,因为火车的长度可以与大桥长度相比拟。

引导学生讨论交流、归纳总结:

(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)相同点是都无大小和形状,不同点是一个有质量,一个无质量。

(4)物体能否看成质点,与物体本身的大小无关。大的物体,如月球、飞船也可以看成质点,小的物体,如乒乓球在发球时要考虑旋转,不能看成质点。

将学生置身于一个真实的生活情景,然后设计一系列问题,让学生进行多方面的主体性探究活动,在亲身体验中获得对知识的精髓的领会与感悟。

为学生提供多样化的信息来源,给学生提供探索机会。

常用中英文对照,让学生知道常用概念的意义。

给学生一定的时间和空间,尽可能拓展学生思维,使学生主动交流,加强合作,让学生在短暂的争论中自主找到解决问题的办法,体验交流与合作的乐趣。

动画、图片、文字、音乐组合从不同感官提高学生认知能力。

归纳探究时教师要注意调空,既要放得开,又要收得拢。要及时充分肯定每一位学生的发言,以激发学生的积极性。

通过四个问题的思考,领会质点的真实意义,理解科学抽象的含义,学会独立分析,排除机械记忆。

二、参考系

1设想一下,你和你的同桌正在太空站里一边喝咖啡一边聊天。在“地球人”看来,你们随太空站以很大的速度绕地球运动。

提问:你和你的同桌能感到自己在高速运动吗?为什么?呈现太空站的图片。

教师小结:物体的运动和静止是相对的。

为描述物体的运动,需要另外选取一个物体作为标准,否则无法判断。这个作为标准的物体叫做参考系(reference frame).

提问:有一首唐代流传下来的诗词:“满眼风波多闪灼,看山恰似走来迎,仔细看山山不动——是船行。”作者为什么会有“山迎”、“船行”这样两种不同的感觉?

2、播放飞机空投的模拟动画。提问:选择不同的参考系观察结果如何?从中你有什么发现呢?

3、提问:参考系的选择是任意的。但怎样选择比较好呢?

播放地月系、太阳系运行的模拟动画(几何画板制作),请同学观察思考研究月球的运动选什么参考系较好?由此你得出的结论如何?


教师小结: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.

三、坐标系

1假设你在学校攀登楼前广场上,沿东西方向笔直地奔跑,如果要问你到了哪里,我们会怎样表示呢?(呈现学校平面图)

对我们可以选择大家所熟悉的标志作为参考,说明你的位置。那么能否借助数学方法呢?

教师小结一般说来,为了定量地描述物体的位置变化,需要在参考系上建立适当的坐标系(coordinate system)。用坐标值来表示物体的位置。

提问:如何选择坐标轴和正方向?如何选坐标原点?如何确定坐标轴上的刻度值?

如果我们以广场上旗杆作为坐标原点,x=5m,x=-10m表示什么意思?正负号表示什么意思?

2如果你在学校里从前校门到后校门,对于这种平面运动,要描述你的位置或位置的变化,应该建立怎样的坐标系?如果我们要研究“神舟”5号这种三维运行呢?

3请同学们阅读课本第13页“科学漫步”,并回答:此GPS定位器此刻处于我国哪个城市?从显示屏中你还能获得哪些信息?

老师解释:显示屏上第1行的“西”和第2行的航向267°其含义。

请同学举例说明它的还有哪些用途。

学生自由回答:虽然我们没有到过太空站,但地球上的生活经验告诉我们,我和我的同桌都会认为自己是静静地坐着。

因为这与参照物的选取有关。

学生自由回答:

“山迎”的感觉是由于选船作为参考系,“船行”是选山作为参考系。

学生观察思考,小组讨论后回答:

以飞机为参考系,看到投下的物资沿直线竖直下落,地面上的人以地面为参考系,看到物体是沿曲线下落的。

我们发现:选择不同的参考系来观察同一运动,观察的结果会有不同。

学生观察思考,自由回答: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。

学生回答:可以说在广场上旗杆东面或西面几米处。

学生思考,讨论后回答:可以建立坐标系来描述物体的物质。

教师引导学生回答:对质点的直线运动,一般选质点运动轨迹为坐标轴,质点运动的方向为坐标轴正方向,选取质点经过坐标轴原点的时刻为时间的起点。

学生回答:x=5m,表示在广场上旗杆东面5米处,x=-10m表示在广场上旗杆西面10米处。正负号表示方向。

学生回答:对于平面运动,我们可以建立平面直角坐标系描述位置或位置的变化;对于“神舟”5号可以建立三维坐标系研究它的运动。

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

学生回答: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。

“创设情景,提出问题,观察思考,自主探索,讨论交流,总结归纳”是每一个概念建立的基本教学程序。

用他们学过的物理知识去欣赏、鉴别前人的作品,对于激发学生的好奇心,培养广泛的学生兴趣,强化物理概念,提高教学效果还是大有益处的。

多媒体技术的应用,变抽象为具体,使教学更加形象、直观,便于学生理解和掌握;以动态地、对比地演示一些物理现象,便于学生观察和思维。

运用贴近学生生活的实际例子,从“最近发展区”开始教学,唤起学生心理上的激发状态.使学生始终保持在一个旺盛求知的氛围中,并从解决实际问题的过程中,得到成功的快乐,能够使学生保持持久的学习兴趣。同时激发学生仔细观察身边事物的科学态度和习惯。

在练习中巩固物体位置的表示方法,弄清正负号的物理意义,为下面的教学打下基础。

数形结合,加深理解对概念的理解,同时培养学生应用数学知识解决物理问题的能力。

在物理教学中努力渗透“科学、技术、社会”(STS)教育思想,重视物理学科与其他学科、现代科技、社会生活的联系,不但扩充学生的知识面,开扩学生的眼界,而且培养学生独立思考能力和科学的价值观。

本课小结

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?

学生回答:物理学研究问题的基本方法——建立物理模型。

反思小结为学生提供这节内容的知识框架,这不仅有利于知识的巩固,更有利于学生良好学习习惯的形成。

第一节  质点  参考系和坐标系

1、定义:用来代替物体的有质量的点叫质点。

2、实物简化为质点的条件:

物体的大小和形状对研究的问题的影响可忽略不计。

理想模型:抓住主要特征,忽略次要因素

1、选来作为标准的另外的物体叫做参考系。

2、选择不同的参考系来观察同一运动,观察的结果会有不同。

3、选择的原则:观测方便和使运动的描述尽可能简单

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.

本节课主要学习描述物体运动的几个基本概念。尽管这些概念都比较抽象,但我们老师把这堂课上得有声有色,收到了较好的教学效果。本节课主要有以下几个特点:

⑴充分利用多种教学素材(如视频、图片、动画等),创设出生动有趣、诗情画意的教学情境,使学生很快进入一种愿学、乐学的学习状态。

⑵贯彻新课程“从生活走向物理,从物理走向社会”的理念,注意从学生身边或社会实践活动中选取典型事例,并紧密联系学生已有的直接经验,使抽象的物理概念变成生动、形象的认知对象,从而有效地降低了概念学习的难度。

⑶对于质点、参考系等概念,不是将现成的结论直接告知给学生,而是着力拓展它们的建立过程,在情景中提出学习和探究的主题后,精心设计问题串,把学习的主题分解成若干问题,在一系列的解决过程中逐渐达成对概念的深入、全面的认识,从中体会基本的物理思想方法。

对于这一节的教学,感觉最困难的就是如何让学生明白质点的概念。

 
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