第一课 位置与运动介绍

第一课位置与运动

一、课标对本课的要求

根据一个指定物体描述另一个物体的位置（前后、左右、远近等）。

知道描述物体的运动需要位置、方向和快慢。

活动建议有游戏：我在哪里？

观察一个玩具一小车在不同时刻的位置变化、运动方向和快慢。

二、知识结构

各知识之间的关系如下图所示

四、探究程序

（一）物体的位置1．描述物体位置的标准

描述物体位置时需要确定

标准，根据物体与这个标准的关

系，说出物体在空间的确切位

置。描述物体位置的标准不同，

对物体位置的描述就不相同。

图1－1中的A 、B 两个人观察物体的位置。如果他们都以自己所在位置为标准，以自己面对方向为前，A 认为物体在前方偏左处，B 认为物体在后方偏右处。

2．坐标系

科学家用坐标精确地描述物体的位置和位置的变化，并且进行有关的运算。坐标系由相互垂直的数轴建立坐标系，常用的坐标系有直角坐标系和球坐标。

在直线上运动的物体做一维运动，只用一

个坐标就可以描述物体的位置，例如图1－2

中的国旗沿直的旗杆升起，只要知道国旗上升

的距离，即与旗杆底部A 之间的距离，就可

以知道它此时所在的位置。 图1－2 旗杆顶 A 旗杆底 国旗 B A

B ·物 B 右 A 右 A 前 B 前 图1－1 · ·

图1－3 在平面上运动的物体做二维运动，需要用两个坐标描述；例如一只蚂蚁在墙上爬行，只有知道这只蚂蚁向上移动的距离和横向移动的距离后，才能够确定它此时的位置。

在空间运动的物体做三维运动，则需要用三个坐标描述；例如离开北京在空中飞行的飞机，只有知道飞机飞行的方向、飞行高度和飞行距离才能够知道它的位置。

3．直角坐标

由三个互相垂直的数轴组成，如图1－3所示。如果把墙脚设为坐标系的原点O ，把墙竖直向上的棱设为坐标轴OZ 轴，把两条水平方向的棱设为坐标轴OX 、OY 轴，它就是一个直角坐标系。根据这个直角坐标系就可以确定教室中各个物体的位置。

4．球坐标

球坐标也是常见的一种坐标，图1－4说明了球坐标与直角坐标的关系。图中的x 、y 、z 为直角坐标三个互相垂直的坐标轴， 图1－4 x y

r、φ、θ则为球坐标的三个坐标轴。r为物体M与坐标原点O之间的距离；φ为or与oz轴之间的夹角；从M向oxy平面做垂线，与oxy平面的交点为F，θ为oF与ox轴之间的夹角。根据r、φ、θ这三个坐标，同样可以确定物体的位置。球坐标与直角坐标之间的关系为

x＝r sinφcosθ

y＝r sinφsinθ

z＝r cosφ

科学家用做了简单变化的球坐标表示物体的位置。地球的纬度与球坐标中的θ角对应，它以赤道面为准，向北转动为北纬、向南转动为南纬，南北纬度各为90度，赤道处物体的纬度为0度；地球的经度与球坐标中的φ角对应，它以过地轴和格林威治的平面为准，向东转动为东经，向西转动为西经，东西经度各为180度，格林威治的经度为0度。

由于地球上的物体均在地球表面，即物体的r为地球的半径（约3600千米），所以只用经纬两个坐标就能够确定地球上物体的位置。北京中心地区的纬度为北纬39.9度，经度为东经116.4度。

（二）物体的运动与静止

1．运动

宇宙是由物质组成的，物质和运动是密切相关的。宇宙中的所有物质都处于永不停止的运动之中，没有不运动的物质；运动是物质的根本属性和存在形式，一切运动都是物质的运动，没有脱离物质的运动，运动的主体是物质。

根据现代科学所揭示的情况，宇宙中的物质运动大致有五种基本形式：机械运动、物理运动、化学运动、生物运动和社会运动。机械运动是最基本最简单的一种运动形式。

物质的运动是永恒的，既不能创造，也不能消灭，只可能从一种形式转换为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。一切物质都处于不断的运动、变化、发展中。

各种形式的运动之间存在着联系，较高级的运动形式是在较低级的运动形式基础上形成的；较高级的运动形式包括较低级的运动形式，各种运动形式在一定条件下可以相互转化，各种运动形式又是相互区别的，各有自己特殊的本质和规律。既不能把高级的运动形式归结为低级的运动形式，也不能把多样的运动形式归结为某一种具体的运动形式。

2．运动和静止的相对性

大量事实表明，世界所有的物体都在不停地做机械运动，不存在不运动的物体，运动是绝对的。一个物体的机械运动，总是通过它相对于其他物体位置的变化体现出来。离开了物体之间相对位置的变化，就无法感知物体是否在运动。

一个物体的运动，总是通过它相对于其他物体位置的变化体现出来。离开了物体之间相对位置的变化，就无法感知物体是否在运动。物体相对于不同标准具有不同的运动状态，称为运动和静止的相对性。

3．参照物

在描述物体运动情况时，被选作标准的物体称为参照物。参照物可以是一个不会变形的物体，也可以是若干个没有相对运动的物体。对于不同的参照物，同一个物体可以有不同的运动状态。

同一个物体可以有不同的运动状态。在通常情况下，如果不加说明，我们都以地球为参照物描述物体的运动。

教学的关键是让学生真正认识到：在研究机械运动时，首先要确定一个标准，在没有确定标准之前，无法讨论物体的机械运动情况。选择不同的标准对同一个物体运动情况进行描述，描述

的结果不同。如果学生不容易理解和接受，可以不讲参照物这个概念。

4．伽利略相对性原理

在两个互相做匀速直线运动的参照系中，所有的机械运动规律都是相同的。物体的机械运动都遵从这个机械运动的相对性原理，它被称为“伽利略相对性原理”。

爱因斯坦把这个原理做了扩展，成为相对论的一条基本原理——相对性原理。

（三）物体运动的速度

1．速度和速率

科学中的速度表示物体运动情况，包括速度的大小（表示运动的快慢）和速度的方向（即运动的方向）。如果一个物体的速度保持不变，即这个物体的速度大小及速度方向都不变，这个物体做匀速直线运动。

速度的大小称为速率。在小学阶段，研究物体的运动速度时，往往不考虑它的方向，所说的速度指的就是速率。本教材中所说的速度大多也指速率。教学时，如果有学生问到这个问题，告诉他们“速度的大小叫做速率”即可。