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1、§1.1 認(rèn)識運(yùn)動 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 一、知識與技能 1．認(rèn)識建立質(zhì)點(diǎn)模型的意義和方法。 2．理解參考系的選取在物理中的作用，會根據(jù)實(shí)際情況選定參考系。 3．認(rèn)識一維直線坐標(biāo)系，掌握坐標(biāo)系的簡單應(yīng)用． 二、過程與方法 1．體會物理模型在探索自然規(guī)律中的作用，初步掌握科學(xué)抽象理想化模型的方法．讓學(xué)生將生活實(shí)際與物理概念相聯(lián)系，通過具體事例引出質(zhì)點(diǎn)的這個(gè)理想化的模型．通過幾個(gè)具體的例子讓學(xué)生自主討論，在討論與交流中自主升華為物理中的概念． 2．通過參考系的學(xué)習(xí)，知道從不同角度研究問題的方法。讓學(xué)生從熟悉的常見現(xiàn)象和已有的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，體驗(yàn)不同參考系中運(yùn)動的相對性，揭示參考系在確定物體

2、運(yùn)動時(shí)客觀存在的必要性和合理性，促使學(xué)生形成勤于觀察、勤于思考的習(xí)慣，提高學(xué)生自主獲取知識的能力． 3．體會用坐標(biāo)方法描述物體位置的優(yōu)越性，可用不同的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并體會比較，增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并力求解決問題的意識和能力． 三、情感態(tài)度與價(jià)值觀 1．認(rèn)識運(yùn)動是宇宙中的普遍現(xiàn)象．運(yùn)動和靜止的相對性．培養(yǎng)學(xué)生熱愛自然，關(guān)心科技發(fā)展、勇于探索的精神． 2．通過質(zhì)點(diǎn)概念和參考系的學(xué)習(xí)，體會物理規(guī)律與生活的聯(lián)系 3．滲透抓住主要因素，忽略次要因素的哲學(xué)思想． 4．滲透具體問題具體分析的辯證唯物主義思想，幫助學(xué)生建立辯證唯物主義的世界觀． 5．通過本節(jié)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理課程的興趣．

3、 【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】 1.理解質(zhì)點(diǎn)概念以及初步建立質(zhì)點(diǎn)概念所采用的抽象思維方法。 2.在研究具體問題時(shí)，如何選取參考系。 【知識要點(diǎn)】 一、機(jī)械運(yùn)動（簡稱運(yùn)動）：物體與物體間或是物體的一部分和另一部分相對位置隨時(shí)間發(fā)生改變的過程，是最基本、最簡單、最普遍的運(yùn)動形式。 二、物體和質(zhì)點(diǎn)： 1、 質(zhì)點(diǎn)：用來代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn)。 2、將物體看成質(zhì)點(diǎn)的條件： ⑴物體的大小、形狀對所研究的問題的影響可以忽略不記時(shí) ⑵平動的物體可以視為質(zhì)點(diǎn)。 三、參考系：在描述一個(gè)物體的運(yùn)動時(shí)，選來作為標(biāo)準(zhǔn)的另外的物體。 【問題探究】 下列描述中隱含的參考系是什么? 1．“小小竹排江中游，巍巍青山兩岸

4、走”． 2．“月亮在蓮花般的云朵里穿行”． 3．坐在美麗的校園內(nèi)學(xué)習(xí)毛澤東的詩句“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”時(shí)，我們感覺是靜止不動的．這與詩句里的描述是否矛盾?說明理由． 4．敦煌曲子詞中有這樣的詩句：“滿眼風(fēng)波多閃爍，看山恰似走來迎，仔細(xì)看山山不動，是船行”．其中“看山恰似走來迎”和“是船行”所選的參照系分別是什么? 參考答案：1．河岸；竹排． 2．云朵． 3．地面、地心．人隨地球一起圍繞地軸自轉(zhuǎn)，而且地球赤道周長大約是s=4.0×104km，即大約為八萬里． 4．這兩種現(xiàn)象是由于選取參考系不同造成的．第一種現(xiàn)象是以人為參考系，人看到遠(yuǎn)處的山向人靠近；第二種現(xiàn)象是

5、以地面為參考系，山是靜止的，船在行駛． 【疑難解析】 物理研究中常建立起一些理想化的模型，它是物理學(xué)對實(shí)際問題的簡化，也叫科學(xué)抽象．它撇開與當(dāng)前觀察無關(guān)的因素和對當(dāng)前考察影響很小的次要因素，抓住與考察有關(guān)的主要因素進(jìn)行研究、分析、解決問題，質(zhì)點(diǎn)就是一個(gè)理想化的模型．[誤解一] 以為質(zhì)點(diǎn)是指一個(gè)很小的點(diǎn)．但在小木塊的翻倒過程中，木塊各點(diǎn)繞一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動，各點(diǎn)運(yùn)動情況不同，不可看作質(zhì)點(diǎn)．至于作布朗運(yùn)動的粒子，盡管體積極小，仍受到來自各個(gè)方向上的液體分子（具有更小體積）的撞擊，正是這種撞擊作用的不平衡性使之作無規(guī)則運(yùn)動，也不可把布朗運(yùn)動粒子視為質(zhì)點(diǎn)．[誤解二]以為火車在鐵道上的運(yùn)動為平動，可視

6、為質(zhì)點(diǎn)．而本題實(shí)際考察的是經(jīng)過某路標(biāo)的時(shí)間，就不能不考察它的長度，在這情況中不能視其為質(zhì)點(diǎn)． 【典型例題】 例1、分析下列運(yùn)動，研究對象能否當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)？ （1）做花樣溜冰的運(yùn)動員； （2）運(yùn)行中的人造地球衛(wèi)星； （3）轉(zhuǎn)動著的砂輪； （4）從斜面上滑下的木塊． 答案：（1）花樣滑冰運(yùn)動員的動作復(fù)雜，既有旋轉(zhuǎn)也有平移．若對運(yùn)動員的動作進(jìn)行技術(shù)分析，顯然不能把其視為質(zhì)點(diǎn)，但若只研究運(yùn)動員滑冰場上的滑行路線，也可把運(yùn)動員視為質(zhì)點(diǎn)．（2）若只研究人造地球衛(wèi)星繞地球的軌道運(yùn)動，由于人造衛(wèi)星本身的大小與衛(wèi)星離地球的距離小得多，則應(yīng)把人造地球衛(wèi)星看作質(zhì)點(diǎn)；但若對人造地球衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整控制，

7、則不能把其看作質(zhì)點(diǎn)．（3）砂輪轉(zhuǎn)動時(shí)，砂輪各部分的轉(zhuǎn)動情況與砂輪的大小和形狀有關(guān)，故不能把砂輪看作質(zhì)點(diǎn)．（4）從斜面上滑下的木塊，其各部分的運(yùn)動情況都相同，故可把木塊看作質(zhì)點(diǎn)． 例2敦煌曲子詞中有一首：“滿眼風(fēng)光多閃爍，看山恰似走來迎，仔細(xì)看山山不動，是船行”．請用物理學(xué)知識解釋“山走來”和“山不動，是船行”。你由此又得到什么看法？ 解析：作者得出“山走來”是以自己（即船）作為參考系；得出“山不動，是船行”則是以大地為參考系。 可見參考系不同，對于物體運(yùn)動的結(jié)論是不同的。 拓展：其實(shí)，對于不同的參考系，非但得出某物體是運(yùn)動還是靜止的結(jié)論可能會不同，其他一些結(jié)論（例如運(yùn)動的方向、速度

8、有多大、是直線運(yùn)動還是曲線運(yùn)動等）也會不同。 【規(guī)律總結(jié)】 1、機(jī)械運(yùn)動：物體在空間中所處的位置發(fā)生了變化，也簡稱運(yùn)動。 2、參考系： 在判斷某物體運(yùn)動時(shí)用來與這個(gè)物體進(jìn)行比較的參照物體，就叫參照物。 參考系指建立在參照物上的一個(gè)坐標(biāo)系，注意與參照物的區(qū)別。 3、質(zhì)點(diǎn)——理想模型：不考慮物體的形狀、大小，把物體看成有質(zhì)量的點(diǎn)。 質(zhì)點(diǎn)是一種科學(xué)抽象，是在研究物體運(yùn)動時(shí)，抓住主要因素，忽略次要因素，對實(shí)際物體的近似，是一個(gè)理想化模型。 一個(gè)物體能否視為質(zhì)點(diǎn)，要具體情況具體分析。如：一列火車從北京開往上海，在計(jì)算運(yùn)行時(shí)間時(shí)，可以忽略列車的長短，把它視為質(zhì)點(diǎn)；但是，同樣這列火車，要

9、計(jì)算它通過黃河鐵路大橋所需時(shí)間時(shí)，必須考慮列車的長度，不可把列車視為質(zhì)點(diǎn)。 一個(gè)物體能否看作質(zhì)點(diǎn)，主要取決于物體的大小和形狀在所研究的問題中是否屬于次要的、可以忽略的因素，而不是僅僅取決于物體的大小。地球雖然很大，但在研究地球繞太陽的公轉(zhuǎn)時(shí)，地球的大小相對它到太陽的距離可以忽略，故可視為質(zhì)點(diǎn)；乒乓球雖然小，在研究它的旋轉(zhuǎn)對運(yùn)動的影響時(shí)，卻不能看成質(zhì)點(diǎn) 實(shí)際物體在下列三種情況下都可簡化為質(zhì)點(diǎn)： （1）物體上的各點(diǎn)的運(yùn)動情況都是相同的，所以研究它上面某“點(diǎn)”的運(yùn)動規(guī)律就可以代表它的整體運(yùn)動情況了，故此物體也可當(dāng)質(zhì)點(diǎn)處理。 （2）物體的大小和形狀對研究問題的影響可忽略不計(jì)。 （3）有轉(zhuǎn)動、

10、但相對平動而言可以忽略時(shí)，也可以把物體視為質(zhì)點(diǎn)。 如汽車在運(yùn)行時(shí)，雖然車輪有轉(zhuǎn)動，但我們關(guān)心的是車輛整體運(yùn)動的快慢，故汽車可以看成質(zhì)點(diǎn)。 【當(dāng)堂反饋】 1．甲、乙、丙三架觀光電梯，甲中乘客看一高樓在向下運(yùn)動；乙中乘客看甲在向下運(yùn)動；丙中乘客看甲、乙都在向上運(yùn)動．這三架電梯相對地面的運(yùn)動情況是 （ ） A．甲向上、乙向下、丙不動 B．甲向上、乙向上、丙不動 C．甲向上、乙向上、丙向下 D．甲向上、乙向上、丙也向上，但比甲、乙都慢 2．下列關(guān)于質(zhì)點(diǎn)的說法中，正確的是（ ） A．體積很小的物體都可看成質(zhì)點(diǎn) B．質(zhì)量很小的物體都可看成質(zhì)點(diǎn) C．不論物體的質(zhì)量多大，只要

11、物體的尺寸跟物體間距相比甚小時(shí)，就可以看成質(zhì)點(diǎn) D．只有低速運(yùn)動的物體才可看成質(zhì)點(diǎn)，高速運(yùn)動的物體不可看作質(zhì)點(diǎn) 3．下列各種情況，可以把研究對象看作質(zhì)點(diǎn)的是（ ） A． 研究小木塊的翻倒過程 B． 討論地球的公轉(zhuǎn) C． 解釋微粒的布朗運(yùn)動 D． 計(jì)算整列列車通過某一路標(biāo)的時(shí)間 【參考答案】 1．選B、C、D．電梯中的乘客觀看其他物體的運(yùn)動情況時(shí)，是以自己所乘的電梯為參照物．甲中乘客看高樓向下運(yùn)動，說明甲相對于地面一定在向上運(yùn)動．同理，乙相對甲在向上運(yùn)動，說明乙對地面也是向上運(yùn)動，且運(yùn)動得比甲更快．丙電梯無論是靜止，還是在向下運(yùn)動，或以比甲、乙都慢的速度在向上運(yùn)動，丙中乘客看

12、甲、乙兩電梯都會感到是在向上運(yùn)動． 2．選C．一個(gè)實(shí)際物體能否看成質(zhì)點(diǎn)，跟它體積的絕對大小、質(zhì)量的多少以及運(yùn)動速度的高低無關(guān)，決定于物體的尺寸與物體間距相比的相對大?。纾厍蚩煞Q得上是個(gè)龐然大物，其直徑約為1.28×107 m，質(zhì)量達(dá)到6×1024kg，在太空中繞太陽運(yùn)動的速度每秒幾百米．由于其直徑與地球離太陽的距離（約1.5×1011m）相比甚小，因此在研究地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，完全可以忽略地球的形狀、大小及地球自身的運(yùn)動，把它看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)． 3． 選B．討論地球的公轉(zhuǎn)時(shí)，地球的直徑（約1.3×104km）和公轉(zhuǎn)的軌道半徑（約1.5×108km）相比要小得多，因而地球上各點(diǎn)相對于太陽的運(yùn)

13、動差別極小，即地球的大小和形狀可以忽略不計(jì)，可把地球視為質(zhì)點(diǎn)． 【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】 1.下列情況中的物體，哪些可以看作質(zhì)點(diǎn) A.研究從北京開往上海的一列火車的運(yùn)行速度 B.研究汽車后輪上一點(diǎn)運(yùn)動情況的車輪 C.體育教練員研究百米跑運(yùn)動員的起跑動作 D.研究地球自轉(zhuǎn)時(shí)的地球 2.關(guān)于參考系的描述中正確的是 A.參考系必須是固定不動的物體 B.參考系必須是正在做勻速直線運(yùn)動的物體 C.參考系必須是相對于地面靜止的物體 D.參考系必須是為了研究物體的運(yùn)動而假定為不動的那個(gè)物體 3.兩輛汽車在平直的公路上行駛，甲車內(nèi)的人看見窗外的樹木向東移動，乙車內(nèi)的人發(fā)現(xiàn)甲車沒

14、有運(yùn)動，如果以大地為參照系，上述事實(shí)說明 A.甲車向西運(yùn)動，乙車不動 B.乙車向西運(yùn)動，甲車不動 C.甲車向西運(yùn)動，乙車向東運(yùn)動 D.甲乙兩車以相同的速度都向西運(yùn)動 4.火車向東行駛， 對于下列參考系，乘坐火車的人是運(yùn)動（指出運(yùn)動方向）還是靜止？ （1）對于地面上的房屋是______；  （2）對于車廂內(nèi)的行李架是______； （3）對于旁邊的一列同速行駛的列車是______； （4）對于旁邊的一列行駛速度比他乘坐的列車快的列車是______. 【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練參考答案】 1.A 2.D 3.D4.（1）向東運(yùn)動 （2）靜止 （3）靜止 （4）向西運(yùn)動

15、 【反思】 收 獲 疑 問 【閱讀資料】 理想模型 不考慮物體本身的形狀和大小，并把質(zhì)量看作集中在一點(diǎn)時(shí)，就將這種物體看成“質(zhì)點(diǎn)”．研究問題時(shí)用質(zhì)點(diǎn)代替物體，可不考慮物體上各點(diǎn)之間運(yùn)動狀態(tài)的差別．它是力學(xué)中經(jīng)過科學(xué)抽象得到的概念，是一個(gè)理想模型．所謂“理想模型”就是為了便于研究而建立的一種高度抽象的理想客體，作為科學(xué)抽象的結(jié)果，“理想模型”也是一種科學(xué)概念．它突出了事物的主要特征，抓住了主要因素，忽略了次要因素，是在一定程度和范圍內(nèi)對客觀存在的復(fù)雜事物的一次近似反映． 在物理的研究中，“理想模型”的建立具有十分重要的意義．首先，引入“理想模型”可以使問

16、題的處理大為簡化而又不會發(fā)生大的偏差，在現(xiàn)實(shí)世界中，有許多實(shí)際的事物與這種“理想模型”十分接近，在一定條件下，作為一種近似處理，可以把實(shí)際事物當(dāng)做“理想模型”來處理，即可以將研究“理想模型”的結(jié)果直接地應(yīng)用于實(shí)際事物．例如在研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)的運(yùn)動時(shí)，由于地球的直徑(約1.3×104km)比地球和太陽之間的距離(約1.5×108km)小得多，地球上各點(diǎn)相對于太陽的運(yùn)動可以看做是相同的，即地球的形狀、大小可以忽略不計(jì)．在這種情況下，就可以直接把地球當(dāng)做一個(gè)“質(zhì)點(diǎn)”來處理．研究一般的真實(shí)氣體時(shí)，在通常的溫度和壓強(qiáng)范圍內(nèi)，可以把它近似地當(dāng)做“理想氣體”，從而直接運(yùn)用“理想氣體”的狀態(tài)方程來處理．其次

17、，對于復(fù)雜的對象和過程，可以先抽象出“理想模型”，然后將研究“理想模型”的結(jié)果加以修正，使之與實(shí)際的對象或過程相符合，這是物理學(xué)中經(jīng)常采用的一種研究方法．把復(fù)雜的事物或過程用簡化的模型來代替，更能突出主要因素，使問題簡化，便于研究它的主要性質(zhì)，便于找出其中的主要規(guī)律．解決主要矛盾之后，再考慮次要矛盾，進(jìn)行修正，從而逐步逼近客觀實(shí)際．因此，“理想模型”是從簡單研究過渡到復(fù)雜研究的一種手段．再次，由于在“理想模型”的抽象過程中，舍去了大量的起作用很小的次要因素，突出了事物的主要特征，從而使得“理想模型”的研究結(jié)果能夠超越現(xiàn)有的條件，指示研究的方向，形成科學(xué)的預(yù)見．例如，在固體物理的理論研究中，常常

18、以沒有“缺陷”的“理想晶體”作為研究對象，但應(yīng)用量子力學(xué)對這種“理想晶體”進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，表明其強(qiáng)度竟比普通金屬材料的強(qiáng)度大1000倍．由此，人們想到；既然“理想晶體”的強(qiáng)度比實(shí)際晶體的強(qiáng)度大1000倍，那就說明常用金屬材料的強(qiáng)度之所以減弱，就是因?yàn)椴牧现杏性S多“缺陷”的緣故．如果能設(shè)法減少這種“缺陷”，就可能大大提高金屬材料的強(qiáng)度．后來，實(shí)踐果然證實(shí)了這個(gè)預(yù)言，人們沿著這一思路制造出了若干極細(xì)的金屬絲，其強(qiáng)度接近于“理想晶體”的強(qiáng)度，稱之為“金胡須”．總之，由于客觀事物及其運(yùn)動變化具有質(zhì)的多樣性，它們的運(yùn)動規(guī)律往往是非常復(fù)雜的，不可能一下子把它們認(rèn)識清楚．而采用“理想模型”來代替實(shí)際的客體，

19、就可以使事物的規(guī)律具有比較簡單的形式，從而便于人們?nèi)フJ(rèn)識和掌握它們． 在中學(xué)物理中，有許多理想化模型．如質(zhì)點(diǎn)、單擺、點(diǎn)電荷、點(diǎn)光源、理想氣體、理想變壓器等都是理想化的研究對象；勻速直線運(yùn)動、自由落體運(yùn)動、簡諧運(yùn)動、絕熱過程等都是理想化的變化過程；光滑平面、輕桿、輕繩、均勻介質(zhì)等都是理想化的條件．這些理想模型從不同的側(cè)面和角度描述和揭示了實(shí)際問題中各種事物和物理過程的特征． 任何理想模型都有它的運(yùn)用條件和適用范圍，把一個(gè)實(shí)際問題抽象成什么樣的模型，這要看問題研究的目的、性質(zhì)和具體情況而定，不要有意或無意地把什么對象、什么條件、什么過程歸入哪一類模型，而應(yīng)對具體問題作出具體分析后再作出選擇．在

20、平時(shí)的學(xué)習(xí)中，關(guān)鍵是掌握理想化模型的方法，想想如何從一個(gè)實(shí)際問題抽象出一個(gè)正確的模型，弄清是為了什么目的而作這樣的簡化和抽象． 模型的方法也是一種解決物理問題的重要思維方法．在解決各種問題時(shí)，一般都要用到自己熟悉的物理(理想)模型．例如，解決力學(xué)問題時(shí)，常常出現(xiàn)汽車、小球、小物體之類，你會很自然地確定是否能把它們視為質(zhì)點(diǎn)．不管是否意識到，你實(shí)際上是利用自己所熟悉的物理模型處理問題的．從思維過程來看，解決問題時(shí)要對問題中的具體情況進(jìn)行分析，識別該情況可歸入哪種物理模型，只是這種識別比較簡單，可能沒有自覺意識到．我們應(yīng)當(dāng)自覺利用熟悉的物理模型．善于識別不熟悉的情境，把它轉(zhuǎn)化或者等效為熟悉的物理模型，但這種轉(zhuǎn)化或者等效是有條件的，需要經(jīng)過推理，論證其等效性；不加論證，只從表面類似來等效，可能會出錯(cuò)．會不會把不熟悉的情境，轉(zhuǎn)化為熟悉的物理模型是一個(gè)人駕馭所學(xué)知識能力高低的一種表現(xiàn)．