§1.1 質(zhì)點(diǎn)和位移
一、內(nèi)容分析
1、內(nèi)容與地位
在共同必修模塊物理1的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中涉及本節(jié)的內(nèi)容有“通過對(duì)質(zhì)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，了解物理學(xué)研究中物理模型的特點(diǎn)，體會(huì)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用�！焙汀袄斫馕灰�、…”等。由于質(zhì)點(diǎn)是高中物理的入門知識(shí)，因此不僅要求學(xué)生認(rèn)識(shí)質(zhì)點(diǎn)，而且更重要的是讓學(xué)生通過對(duì)質(zhì)點(diǎn)的學(xué)習(xí)了解物理學(xué)研究中物理模型的特點(diǎn)，體會(huì)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用；位移是物體位置的變化，是運(yùn)動(dòng)學(xué)中的一個(gè)基本物理量，是后續(xù)學(xué)習(xí)速度、功等概念的基礎(chǔ)。為此,在過程中要?jiǎng)?chuàng)設(shè)問題情境,讓學(xué)生在解決問題的過程中,經(jīng)歷從物理現(xiàn)象中抽象出質(zhì)點(diǎn)這一物理模型的過程,從而真正理解質(zhì)點(diǎn)及其研究方法。要通過問題闡述引入位移的必要性、位移與路程的區(qū)別、位移與位置的聯(lián)系，讓學(xué)生真正理解位移的概念。
2、教學(xué)目標(biāo)
（1）理解質(zhì)點(diǎn)的概念，知道它是一種科學(xué)的抽象；認(rèn)識(shí)在哪些情況下，可以把物體看成質(zhì)點(diǎn)，知道這種科學(xué)抽象是一種普遍的研究方法。
（2）理解位移的概念，知道它是表示質(zhì)點(diǎn)位置變化的物理量，知道它是矢量，可以用有向線段來表示；知道位移的公式表示法；知道位移和路程的區(qū)別；理解位移——時(shí)間圖象的意義。
（3）通過經(jīng)歷從物理現(xiàn)象中抽象出質(zhì)點(diǎn)模型的過程，了解物理學(xué)研究中物理模型的特點(diǎn)，體會(huì)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用。
（4）通過對(duì)位移和位移——時(shí)間圖象的學(xué)習(xí)，體會(huì)數(shù)學(xué)在研究物理問題中的重要性。
（5）通過同學(xué)之間的交流討論，感受合作學(xué)習(xí)的快樂；通過對(duì)新知識(shí)的研究，激發(fā)探索未知世界的樂趣。
3、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：
質(zhì)點(diǎn)的概念、理想化模型的方法、位移的概念和表述是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)，對(duì)在哪些情況下可以把物體看成質(zhì)點(diǎn)是本節(jié)課教學(xué)的難點(diǎn)。
二、案例設(shè)計(jì)
（一）位移的教學(xué)
1、位移概念的引入
教師在引導(dǎo)學(xué)生簡要復(fù)習(xí)位置概念之后指出，要研究如何描述物體的運(yùn)動(dòng)我們就必須來研究如何描述物體位置的變化。為簡單起見，要先研究如何描述一個(gè)點(diǎn)的位置變化。
教師在引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)路程概念之后，通過對(duì)實(shí)例的討論說明路程不能描述物體位置的變化，路程與位置變化屬于兩個(gè)不同的概念，為了描述物體位置的變化必須引入一個(gè)新的物理量，這個(gè)物理量就叫做位移，位移即是物體位置的變化，通常用符號(hào)S來表示。位移的大小等于起點(diǎn)至終點(diǎn)的直線距離，位移的方向從起點(diǎn)指向終點(diǎn)。
2、位移的表述
（1）文字表述
教師：（用PPT幻燈片打出）有一點(diǎn)P在水平面上沿直線先向東后向西運(yùn)動(dòng)，在該直線上建有由西向東的一維坐標(biāo)系，若測(cè)得在各個(gè)時(shí)刻點(diǎn)P的位置坐標(biāo)如下表所示，你能求出點(diǎn)P在3秒內(nèi)、第3秒內(nèi)、6秒內(nèi)和第6秒內(nèi)的位移和路程嗎，若能求，請(qǐng)求出其結(jié)果；若不能求，請(qǐng)說明理由。把你思考的結(jié)果與學(xué)習(xí)小組的同學(xué)進(jìn)行交流討論。
在學(xué)生對(duì)上述問題進(jìn)行分析、思考、討論之后，教師請(qǐng)學(xué)生匯報(bào)討論結(jié)果。
該問題的正確結(jié)果是：點(diǎn)P在3秒內(nèi)的位移是15m向東、路程無法確定，因?yàn)辄c(diǎn)P在2—4秒之間的某時(shí)刻返回，開始返回的時(shí)刻和位置我們不知道；第3秒內(nèi)的位移是4m向東、路程無法確定；6秒內(nèi)的位移是2m向西、路程無法確定；第6秒內(nèi)的位移是11m向西、路程是11m。
預(yù)測(cè)：學(xué)生對(duì)該問題的思考最可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤是：A.對(duì)運(yùn)動(dòng)過程可能發(fā)生的情況沒有進(jìn)行全面細(xì)致的分析，想當(dāng)然的以為是第3秒末返回，從而導(dǎo)致對(duì)路程的判斷錯(cuò)誤；B.對(duì)位移、路程是與具體的時(shí)間段對(duì)應(yīng)的認(rèn)識(shí)模糊，把3秒內(nèi)和第3秒內(nèi)的位移或6秒內(nèi)和第6秒內(nèi)的位移混為一談；C.沒有指出位移的方向。
因此，在學(xué)生匯報(bào)討論結(jié)果的過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)問題所給出的信息，在坐標(biāo)軸上畫出點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)過程的示意圖，對(duì)點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行全面細(xì)致的分析，強(qiáng)調(diào)位移的方向性和位移、路程與所給時(shí)間段的對(duì)應(yīng)性，強(qiáng)調(diào)位移與路程的區(qū)別和聯(lián)系。
（2）公式表述
教師引導(dǎo)學(xué)生從位移是物體的位置變化和位置可以用坐標(biāo)表示出發(fā)，啟發(fā)學(xué)生寫出當(dāng)物體在一直線上運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的位移s的表達(dá)式s= x2－x1，并用上述所討論的例子來驗(yàn)證該式的正確性，強(qiáng)調(diào)s的計(jì)算結(jié)果中的正、負(fù)號(hào)的物理意義，加深對(duì)位移的理解。
3、矢量和標(biāo)量
教師向?qū)W生簡介標(biāo)量、矢量的概念
4、位移——時(shí)間圖象
教師向?qū)W生說明：可以把位置看成是一種特殊的位移，即物體相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)的位移，它的起點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)在該時(shí)刻物體所在的位置，在具體情境中要注意區(qū)分。
教師向?qū)W生指出：我們可以有多種方法來表述一個(gè)物理量隨另一個(gè)物理量的變化情況，如上述問題中我們用列表的方法表述了點(diǎn)P的位置隨時(shí)間的變化情況；在上述問題中，如果我們以時(shí)間t為橫坐標(biāo)，以位置s為縱坐標(biāo)，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖（教師用PPT打出S—t圖），我們可以得到表述點(diǎn)P的位置隨時(shí)間的變化情況的另一種方法——圖象法，我們把這個(gè)圖象稱為位移——時(shí)間圖象，顯然這里的位移——即縱坐標(biāo)s是指點(diǎn)P相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)的位移，從圖中可以形象的看出，在點(diǎn)P各時(shí)間段內(nèi)的位移，如……；用圖象法描述物理現(xiàn)象及其規(guī)律，形象直觀，它是物理學(xué)中研究問題的一種常用的方法，在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中，將會(huì)接觸到更多的圖象知識(shí)。
（二）、質(zhì)點(diǎn)的教學(xué)
1、質(zhì)點(diǎn)概念的抽象過程
教師：上面我們已經(jīng)知道如何描述一個(gè)點(diǎn)的位置變化，而實(shí)際物體都是有一定的大小、形狀的，那么我們?cè)撊绾窝芯恳粋�(gè)實(shí)際物體的運(yùn)動(dòng)問題呢？通過對(duì)下面一系列問題的思考，看看能否給我們一些啟示。
教師用PPT打出如下問題讓學(xué)生思考并按學(xué)習(xí)小組討論：
問題1、一列長度為L1的火車以速度V做勻速直線運(yùn)動(dòng)，求（1）它在時(shí)間t內(nèi)所發(fā)生的位移；（2）它經(jīng)過一長為L2的橋時(shí)所需要的時(shí)間。
問題2、如圖1所示，一半徑為r的園盤，其圓心在半徑為R的圓周上運(yùn)動(dòng)，AB為園盤上的一條直徑，在運(yùn)動(dòng)過程中方向保持不變，在從t1時(shí)刻到t2時(shí)刻這段時(shí)間內(nèi)，園盤的圓心繞O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)了1/4圓周，求在這段時(shí)間內(nèi)，A、B和園盤心三點(diǎn)的位移大小和方向。
問題3、在上題中，如果在園盤的圓心繞O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)了1/4圓周的同時(shí)，園盤自轉(zhuǎn)了90°（如圖2所示），求在這段時(shí)間內(nèi)，A、B和園盤心三點(diǎn)的位移大小，已知r=1m，R=2m。
問題4、在第3題中，若已知r=1m，R=2000m，其他條件相同，再求在這段時(shí)間內(nèi)，A、B 和園盤心三點(diǎn)的位移大小。）
教師讓學(xué)生匯報(bào)對(duì)上述問題的思考結(jié)果，并肯定學(xué)生的回答，同時(shí)把正確的結(jié)果寫在各個(gè)問題后面用PPT打出。
預(yù)測(cè)：通過對(duì)上述問題的思考可以讓學(xué)生感受到：在研究實(shí)際物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，有時(shí)需要考慮其大小和形狀，在這種情況下描述一個(gè)實(shí)際物體的運(yùn)動(dòng)往往比描述一個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要復(fù)雜得多；有時(shí)盡管物體的大小形狀給物體上不同的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)帶來差異，但這種差異對(duì)所研究的問題影響不大，完全可以忽略不計(jì)（如上述第4題的情況）
教師：如果把在上述第4題的題目改為：園盤的圓心繞O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)了1/6圓周的同時(shí)，園盤自轉(zhuǎn)了90°（如圖3所示），其他條件不變，你如何以最快的速度估算出A點(diǎn)的位移呢？
預(yù)測(cè)：學(xué)生將從上述第4題的結(jié)果中受到啟發(fā)，去計(jì)算園盤心的位移，以此做為A點(diǎn)位移的估計(jì)值，從而避開了繁難的計(jì)算，感受到了把園盤當(dāng)作一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)來研究的這種方法的簡潔。
教師在學(xué)生匯報(bào)出正確的做法和結(jié)果后，指出把實(shí)際物體當(dāng)作一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)來研究，這是物理學(xué)中的一種重要的研究方法；再引導(dǎo)學(xué)生定性評(píng)估出該結(jié)果與實(shí)際情況的差異很小，從而使學(xué)生理解這種研究方法之所以具有重要意義是因?yàn)樗哂腥缦绿攸c(diǎn)：它抓住了影響問題的主要因素，忽略了一些無關(guān)的或者次要的因素，不僅使研究的問題簡化，而且所研究的結(jié)果比較接近真實(shí)情況。
教師引導(dǎo)學(xué)生抽象出質(zhì)點(diǎn)概念，讓學(xué)生理解它是一種科學(xué)的抽象和理想化的模型以及這種理想化模型的特點(diǎn)。
2、對(duì)實(shí)際物體能否看成質(zhì)點(diǎn)的研究
教師進(jìn)一步提問：既然把物體看成質(zhì)點(diǎn)能簡化對(duì)問題的研究，那么在什么情況下可以把物體看成質(zhì)點(diǎn)呢？讓學(xué)生通過反思上述問題和學(xué)生之間的相互交流獲得如下結(jié)論：
當(dāng)物體的大小、形狀對(duì)所研究的問題沒有影響（如第1題中第（1）小題、第2題的情況）或影響很�。ㄈ绲�4題的情況）時(shí)，完全可以不考慮物體的大小和形狀，而把物體看成質(zhì)點(diǎn)。
教師肯定學(xué)生的回答后強(qiáng)調(diào)指出：一個(gè)物體能不能看做質(zhì)點(diǎn)，需要根據(jù)具體的問題來定。判斷的基本思路是物體的大小和形狀等因素對(duì)所研究的問題的影響是否可以忽略。
為了促進(jìn)學(xué)生對(duì)質(zhì)點(diǎn)及其研究方法的掌握，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考討論如下問題：
問題1、在研究地球繞太陽的公轉(zhuǎn)時(shí)，地球能否看成質(zhì)點(diǎn)？在研究地球的自轉(zhuǎn)時(shí)，地球能否看成質(zhì)點(diǎn)？（已知地球直徑約為1.3×104km，地球和太陽之間的距離約為1.5×108km）
問題2、在研究一列火車從北京開往上海的運(yùn)動(dòng)時(shí)間時(shí)，能否把火車看成質(zhì)點(diǎn)？
問題3、自行車能否看成質(zhì)點(diǎn)？
（三）、本節(jié)課小結(jié)
教師（對(duì)本節(jié)課從知識(shí)和研究方法兩個(gè)方面進(jìn)行小結(jié)。知識(shí)：1、質(zhì)點(diǎn)概念和運(yùn)用2、位移概念和表述。方法：1、理想化模型2、圖象法）
三、案例評(píng)析
本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)的思路：首先，在復(fù)習(xí)位置概念的基礎(chǔ)上，從如何描述一個(gè)點(diǎn)的位置變化這個(gè)問題出發(fā)，引入位移的概念，闡述位移的矢量性、過程性、位移與路程的區(qū)別、位移的文字表述和公式表述，介紹位移——時(shí)間圖象；其次，再從如何研究一個(gè)實(shí)際物體的運(yùn)動(dòng)問題出發(fā)，通過對(duì)預(yù)先設(shè)計(jì)的一系列問題的思考討論，經(jīng)歷從具體現(xiàn)象中抽象出質(zhì)點(diǎn)概念的過程，體驗(yàn)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用；最后通過對(duì)一系列問題的反思研究把實(shí)際物體看成質(zhì)點(diǎn)的條件，從而真正理解質(zhì)點(diǎn)概念及其研究方法。
本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)的特色是：
在教學(xué)過程中，先進(jìn)行位移的教學(xué)后進(jìn)行質(zhì)點(diǎn)的教學(xué)，從而把位置概念作為學(xué)習(xí)位移概念的基礎(chǔ)，又把位移概念作為學(xué)習(xí)質(zhì)點(diǎn)概念的基礎(chǔ)，這樣安排教學(xué)前后連貫，關(guān)注學(xué)生原有的經(jīng)驗(yàn)，符合從簡單到復(fù)雜的認(rèn)知規(guī)律。
不論是對(duì)位移的教學(xué)還是對(duì)質(zhì)點(diǎn)的教學(xué)，教師都注重創(chuàng)設(shè)問題情境，特別是在進(jìn)行質(zhì)點(diǎn)概念教學(xué)中設(shè)計(jì)的一系列問題具有承上啟下的作用，承上就是鞏固位移的知識(shí)，啟下就是引發(fā)學(xué)生對(duì)質(zhì)點(diǎn)的思考，使學(xué)生在對(duì)一系列問題的思考探究中感悟物理知識(shí)及其研究方法，避免了機(jī)械灌輸現(xiàn)象，從而能有效地培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。
本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)適合于農(nóng)村縣一級(jí)中學(xué)中等程度的學(xué)生，如果學(xué)生的物理基礎(chǔ)較好，可以讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)多一些，多進(jìn)行小組同學(xué)間的交流討論，主要的結(jié)論可以讓學(xué)生自己得出；如果學(xué)生的物理基礎(chǔ)較薄弱，教師的引導(dǎo)就要多一些，但是仍然要給學(xué)生提供思考交流的機(jī)會(huì)，以便使他們的自主學(xué)習(xí)能力逐步得到培養(yǎng)。
本文來自：逍遙右腦記憶 http://m.yy-art.cn/gaoyi/59890.html
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