高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 质点和位移教案

质点和位移

【教材分析】

在实际问题中为了更准确的描述物体的机械运动，引入质点这一概念。质点是学生在高中物理接触到的第一个理性化模型，是描述运动的基础。学生通过对质点的学习，了解物理学研究中物理模型的特点，体会物理模型在探索自然规律中的作用，对学生物理思维的形成具有重要的作用。位移是运动学中的一个基本物理量，是后面学习运动的基础。

【教学目标与核心素养】

物理观念：掌握质点这一概念并根据实际问题来判断物体能否看成质点。

科学思维：能根据所要研究的实际问题，运用物理思维进行科学抽象，建立理想化质点模型。

科学探究：对“物体能否看成质点”这一问题，学生通过实例进行分析、讨论、总结，经历对问题的思考、交流和解释的过程。

科学态度与责任：培养学生勤于思考、留心自然、勇于探索的习惯。

【教学重难点】

教学重点：

1．质点的概念及物体能否看成质点的条件；

2．矢量和标量的区别。

教学难点：

哪些情况下可以把物体看成质点是本节课的难点。

【教学过程】

导入新课

观察“地球绕太阳公转”、“奔驰的列车”“飞翔的雄鹰”这三幅图片，提出问题，引出新课。

新课讲授

观察投篮照片，并思考“为什么在投篮时，篮球的运动难以描述？”学生利用自身经验，回答“篮球在运动过程中边旋转边上升，所以难以描述篮球的实际运动。”

以列车为例，提出问题。

问题：描述一列从山东开往上海的动车的运动情况。

进一步提出问题：①需要考虑车轮的转动么？②是否要考虑动车的大小形状？

引导学生，根据实际问题，突出主要因素（列车质量、位置），忽略某些次要因素（如形状、大小），将问题简化，得出质点这一理想物理模型。

一、质点

1．定义：物理学中，把这种用来代替物体的具有质量的点称为质点（mass point）。

2．质点是一个忽略次要因素（形状、大小）、突出主要因素（质量、位置）的理想化的物理模型。

问题：什么情况下，物体可以看成质点？

以飞翔的雄鹰和地球的公转、自传为例，提出以下四个问题。

问题1：研究雄鹰在远距离飞行中的运动情况

问题2：研究雄鹰在飞行中的飞行姿势

问题3：研究地球绕太阳公转

问题4：研究地球自转

为突破“物体看成质点的条件”这一重点内容，学生分析在这四种情境下，雄鹰和地球的大小、形状对所要研究的问题有无影响，从而引导学生得出物体能看成质点的条件是当物体的大小与形状在研究的问题中影响很小，可忽略不计时，可看成质点。

小试牛刀

问题1：沿一个方向推动桌面上的教材（如图），若要测量书本移动的距离，能否将它视为质点？为什么？

问题2：教材围绕自身某点转动。若要讨论教材边缘某点的运动情况，是否可以将教材视为质点？为什么？

设置熟悉的问题情境，提出问题，引导学生得到“1．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。”。进一步向学生提出“转动的物体都不能看成质点么？”这一易错问题。

展示问题3：踢足球时，足球在向前运动同时还在转动，若要描述足球的轨迹，能否将它视为质点？为什么？

引导学生得出“2．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。”

问题4：下列关于质点的说法中，正确的是（    ）

A．体积很小的物体都可看成质点

B．质量很小的物体都可看成质点

C．不论物体的质量多大，只要物体的尺寸跟物体间距相比甚小时，就可以看成质点

D．只有低速运动的物体才可看成质点，高速运动的物体不可看作质点

通过这一问题的训练，学生得出“3．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，质量的多少和运动速度的大小无关。”

问题5：分析研究下列物体运动时，研究对象能看作质点的是（AC）

A．研究“嫦娥三号”奔月的过程

B．研究奥运冠军邓琳琳在平衡木上的动作

C．研究从斜面上滑下的木块的滑行时间

D．研究运动员发出的弧旋乒乓球的旋转情况

二、位移

从厦门→福州有三种路径

（1）坐飞机

（2）坐火车

（3）先坐火车，再乘船

让学生思考，这三种路径的相同点和不同点。得出位置变化与路径无关这一特性，引出位移这一概念。

1．定义：物理学中，用位移（displacement）来描述物体的位置变化。

位移是一个既有大小又有方向的物理量，通常用字母s表示。位移可直观地用一条从初位置指向末位置的有向线段表示，该线段的长度表示位移的大小，箭头的方向表示位移的方向。

2．大小：线段的长度

3．方向：从初位置指向末位置

小试牛刀

关于位移和路程，下列说法正确的是（BC）

A．沿直线运动的物体，位移和路程是相等的

B．质点沿不同的路径由A到B，其路程可能不同而位移是相同的

C．质点通过一段路程，其位移可能等于零

D．质点运动的位移大小可能大于路程

4．引导学生完成表格，加深对位移和路程的理解。

分析表明，位移与路程不同，路程只有大小没有方向，而位移既有大小又有方向。引出矢量和标量的概念。

5．矢量：把像位移这样既有大小又有方向的物理量称为矢量（vector）。简单理解为既有大小又有方向的物理量。如位移、速度、力等。

标量：人们把像质量这样只用大小就能描述的物理量称为标量（scalar）。简单理解为只有大小没有方向的物理量。如质量、路程、密度、时间等。

矢量运算与标量运算的不同由例一引出。

例一：一位同学从操场中心A出发，向东走了40m，到达B点，然后又向北走了30m，到达C点。用有向线段表明他第一次、第二次的位移、路程和两次行走的合位移、合路程么？

学生通过对例一的思考，总结得出“标量的运算为简单的代数运算。而矢量的运算则不能代数相加”的结论。

例二：如图，一同学在距原点以东2m的A点，向东走1m到B，另一同学从A向西走4m到达C点，（1）在坐标轴上表示出这3个点的位置。（2）求该同学从A到B和从A到C的位移。

通过例二，引导学生计算如何求做直线运动物体的位移。即“物体做直线运动，位移＝末位置－初位置。位移计算得“＋”号，说明位移方向与正方向相同；位移计算得“－”号，说明位移方向与正方向相反。”

三、课堂小结

（一）质点

1．质点是用来替代物体的具有质量的点，是一个理想化的“物理模型”

2．能否将一个物体视为质点，需根据研究的具体问题而定。对于同一物体，在研究某问题时可视为质点，而在研究另一问题时则不一定能视为质点。

例如，研究地球绕太阳的公转时就可忽略地球的大小和形状，把地球视为一个质点；如果研究地球自转，地球的大小和形状则是影响问题研究的重要因素，这时就不能将地球视为质点。

（二）位移

1．位移是用来描述物体位置变化的物理量，是一段由初位置指向末位置的有向线段。

2．标量：只有大小，无方向。

矢量：有大小、有方向。