几个基本概念2

学科：物理教学内容：几个基本概念【学习目标】识记1．知道参考系的概念，知道对同一物体选择不同的参考系时，观察的结果可能不同，通常选择参考系时，要考虑研究问题的方便．2．知道时间和时刻的含义及其区别．理解、应用3．理解质点的概念，知道它是一种科学的抽象，理解质点是用来代替实际物体，没有形状、大小而具有物体全部质量的点，在具体问题中，能判断研究对象是否可看做质点．4．理解位移是表示质点位置变动的物理量，是矢量，可以用一条自初位置指向末位置的有向线段表示，会区分位移和路程，并会表示和计算位移和路程．【学习障碍】1．物体在什么条件下可看做质点．2．如何认识时间和时刻．3．如何理解位移这一概念．【学习策略】障碍突破1：内外法理解质点“内外法”是指在学习物理概念、规律时，深刻挖掘概念的内涵和外延，以达到理解概念目的的学习方法．利用这种方法的关键是要抓住概念的描述多提出些问题．如：质点在某些情况下，用来代替实际物体，没有形状、大小而具有物体全部质量．针对这一描述，可提出“在什么情况下”“为什么可替代”“质点与几何中的点是一样的吗”等问题．在对这些问题的思考与解决过程中加深对概念的理解．1．质点是一种科学抽象．在物理学的研究中，为了突出现象中的主要因素，而忽略次要因素，需要建立起理想的“物理模型”——是研究物理问题的一个重要方法．质点就是对实际物体的近似，是一个理想化模型，严格意义上的有质量的点实际是不存在的．所谓“理想化”，就是指它没有大小、形状，却具有物体的全部质量，人工做不出来；说它是模型，是因为它可以代表原来的真实物体，在空间占一定位置．2．质点与几何中的“点”的区别．“质点”是科学抽象的模型，具有质量，同时占有空间．而几何中的点仅表示在空间的位置．3．把物体抽象为质点的条件．能否把一个物体看做质点，并不是由物体的形状和大小来决定的，而是由它的形状和大小对所研究问题影响程度决定的．一般说来，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的或不起作用的无关因素时，就可看做质点．例如：研究平动物体发生的位移及路程情况，因物体各部分运动情况相同，可以看做质点；物体若有转动，会使各部分运动有差异，但若对我们所研究的问题影响很小，就可以看成质点；同一个物体在有些情况下可以看做质点，而在另一些情况下又不能看成质点．如：一列火车从北京开往上海，在研究运行时间或运行速度时，就可以把它看做质点；若计算它通过某座大桥所需的时间时，则必须考虑火车的长度，就不可把它看成质点；若要研究车轮的转速时，也不能把火车看做质点．注意：不能简单的认为很小的物体就可以看做质点，很大的物体就不能看做质点．如地球，在研究地球绕太阳公转时，就可以把它视为质点；在研究地球自转时，就不能把它视为质点．4．学习质点对物理学习的意义．通过学习质点这一概念，认识了研究物理问题的一种常用方法；即研究问题首先要抓住主要因素，忽略次要因素的影响，在今后学习中同学们会对它有进一步的认识．［例1］关于质点的说法正确的是A．研究列车在北京和上海之间的运行时间，可把列车当做质点B．研究列车通过南京长江大桥所用的时间，不能把列车看做质点C．研究自行车的车轮绕车轴的运动，可以把自行车的轮当做质点D．研究在公路上行驶的自行车的速度，可以把自行车看做质点解析：研究列车在北京到上海间的运行时间时,由于列车的长度比北京到上海的距离小得多，可以不考虑列车的长度(形状等次要因素)，可以把列车看做质点；研究列车通过南京长江大桥所用的时间，由于列车的长度比大桥的长度小得不多，列车的长度不能忽略不计，故不能把列车看做质点．研究自行车的车轮绕车轴的运动时，由于车轮上不同点的运动情况不同，距离车轴越远的点运动速度越大，显然不能把自行车的轮看做质点；研究自行车在公路上行驶速度时，自行车上各点的速度差别很小，可略去不计，故可把自行车看做质点，综上所述，正确答案是A、B、D．［同类变式］在研究物体的运动时，下列物体中可以当做质点处理的是A．研究一端固定可绕该端转动的木杆的运动时，此杆可做为质点来处理B．在大海中航行的船，要确定它在大海的位置时，可以把它当做质点来处理C．研究杂技演员在走钢丝的表演时，杂技演员可以当做质点来处理D．研究地球绕太阳公转时，地球可以当做质点来处理答案：BD障碍突破2:对比法理解时间与时刻时间和时刻是我们在今后学习中经常涉及的概念，但由于日常生活中一些习惯说法，如做息时间表中“什么时间上课”中“时间”的含义是“时刻”，而在“一节课多长时间”中的“时间”就是“时间间隔”的含义．在这些叙述中把时间和时刻混为一谈，致使概念不清．下面从两个角度进行对比：1．文字叙述角度．在物理中对时间和时刻的叙述非常严格．如“第3 s末”“第3 s初”是指时刻，而从第3 s初到第3 s末这一时间间隔，称为第3 s．再如，前2 s内，是指从“0时刻”到“第2 s末”的2 s的时间．2．在时间轴上的表示．在时间轴上表示时间和时刻更为直观，对比更为鲜明．在时间轴上，每一点表示一个时刻，两点之间的一段表示时间．如图2—1—1所示，A点为计时时刻，即0时刻，D点为“第3 s末”的时刻，也叫“第4 s初”．“第3 s”指的就是CD之间从“第3 s初”到“第3 s末”的1 s的时间间隔．图2—1—13．对应物理量不同．与时刻对应的物理量是状态量，如位置、速度、加速度、动量等；与时间对应的物理量是过程量，如位移、路程、功、冲量等．障碍突破3:对比法理解位移在学习物理概念时，容易出现的问题是与一些相近(或相似)概念的相混淆．学习中善于比较，就可以正确理解这一概念．1．位移和位置质点运动时，它的位置不断随时间变化，t1时刻质点位于A点，t2时刻位于B点，在Δt＝t2－t1时间内质点的位置由A点运动到B点，就把从A点指向B点的有向线段称为时间Δt内的位移．从表示方法上看，质点的位置A点、B点可用坐标表示，对直线运动，数轴Ox与速度方向在同一直线上时，x就表示质点所处的位置；对在平面内的曲线运动，则可用平面坐标(x,y)表示质点的位置．不论质点做直线还是曲线运动，它的位移总是由初位置指向末位置的有向线段．2［例2］如图2—1—2甲，竖直向上抛出一个小球，经过某位置O时开始计时，上升过程中经过A点到达最高点B，然后沿原路径下落，其有关时刻的位置如图2—1—2乙所示．若测得OA＝15 m，AB＝5 m，则自O时刻开始：图2—1—2(1)1.0 s内小球位移的大小是______，方向是______；经过的路程是______．(2)从第1.0 s末到第2.0 s末，经历的时间是______；发生的位移大小是______，方向是______，经过的路程是______．解析：(1)1.0 s 内小球是从O 点(起始位置)运动到A 点(末位置)，故位移是15 m ，方向由O 指向A ，即竖直向上．路程是15 m ．(2)经历的时间是1 s ，第1.0 s 末至第2.0 s 末是从A 点运动到B 点，位移大小是5 m ，方向竖直向上．路程是5 m ．点评：解决位移问题时，抓住位移的概念找准一段时间的初、末时刻对应的初、末位置． ［同类变式］试求：(1)3.0 s 内小球位移的大小是______，方向是______；经过的路程是______．(2)从0时刻到第4．0 s 末，经历的时间是______；发生的位移大小是______；经过的路程是______．答案：(1)15 m,竖直向上，25 m (2)4 s,0 m,40 m【同步达纲练习】1．下述关于质点的说法，正确的是A ．运转中的地球不能看做质点，而原子核可以看做质点B ．表演精彩动作的芭蕾舞演员，可看做质点C ．研究奥运会乒乓球男单冠军孔令辉打出的乒乓球时，不能把乒乓球看成质点D ．研究奥运会三米跳板女单冠军伏明霞的跳水动作，不能将她看成质点2．下列有关质点的一些说法，正确的是A ．体积小，质量小的物体就是质点B ．体积大，质量大的物体不能视为质点C ．凡是有转动的物体就不能视为质点D ．只要是研究转动问题，就一定不能把物体视为质点3．有关位移和路程的一些说法，正确的是A ．位移的大小总是小于路程B ．物体做直线运动，位移的大小总是等于路程C ．对一个运动的物体，经过一段时间，位移可以为零，但路程一定不可能是零D ．路程可以大于位移大小，也可以等于或小于位移大小4．一质点绕半径为R 的圆运动了一周，则其位移大小是______，路程是______．若质点运动了143周，则其位移大小是______，路程是______．运动过程中最大位移是______，最大路程是______．参考答案【同步达纲练习】1．解析：在所研究的问题中，如果物体的形状、大小以及物体上各部分的差异是次要的或不起作用的因素，才可以把物体看成质点．当研究地球的公转时，由于地球直径(约1.3×107 m)比地球与太阳之间的距离(约1.5×1011 m)要小得多，可以忽略不计，可把地球当做质点(忽略地球的自转)．当研究地球的自转引起的昼夜交替、季节变化等现象时，就不能忽略地球的大小和形状，当然不能把地球当做质点看待了．研究电子绕原子核的运动情况，因为原子核的半径只相当于原子半径的万分之一，所以可以把核看做质点；但若研究有关原子核结构的问题，又不能把核看成质点．选项A 错．考虑芭蕾舞演员的表演，其中有不能忽略的旋转花样动作，身体各部分运动情况不完全相同，不能视为质点．故B 选项错误．孔令辉以3∶2击败瑞典老将瓦尔德内尔夺取悉尼奥运会乒乓球男子单打冠军的精彩表演至今令人兴奋不已．他们打出的飞旋多变的乒乓球虽小，但不能做质点看,选项C 正确．伏明霞女子三米跳板，在1s 的瞬间，完成转体和翻滚等高难度动作，充分展示其优美舒展的身姿，也不能做质点看，选项D 正确．综上所述，该题的正确答案是CD ．2．解析：质点是一个物理模型，不是指小物体与大物体问题，物体能不能被视为质点，随具体问题而定．凡是物体的形状对问题的研究不产生什么影响则可视为质点，不管体积大小如何，是否转动，故A 、B 、C 错．当研究转动时，物体的形状和大小对问题会产生影响，所以不能视为质点．综上所述，故D 正确．3．解析：物体位移的大小是初、末位置间的距离，路程是物体运动轨迹的长度，但位移的大小并不一定都比路程小．当物体做直线运动且运动方向不发生改变时，物体位移大小等于路程；若方向发生改变，则位移大小小于路程大小．物体的位移大小不可能大于路程．综上所述，故C 正确．说明：在比较位移与路程的大小时，既要考虑物体做曲线运动；也要考虑物体做单向直线运动和改变运动方向的直线运动．4．0；2πR ；2R ；27πR ；2R ；27πR 解析：当质点运动143周时，位移如下图所示．运动过程中最大位移是直径．。