资源简介

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1.1质点参考系教学设计
一、核心素养目标
1.物理观念
（1）通过对生活中机械运动的分析，准确建立“质点”的理想化模型概念，理解模型建立的条件和意义，明确质点是忽略物体形状和大小、仅用一个点代表物体的理想化物理模型。
（2）掌握“参考系”的定义及选择原则，能结合具体情境判断物体的运动状态与参考系的关系，理解运动的相对性，建立“描述运动必须选定参考系”的基本物理观念。
能运用质点模型和参考系知识解释生活中的运动现象（如车辆行驶、天体运动），区分可视为质点与不可视为质点的场景，初步形成运用理想化模型解决物理问题的意识。
2.科学思维
（1）经历“具体物体运动—抽象共性—建立模型”的思维过程，从“研究火车行驶时间”“研究地球公转”等实例中提炼共性，归纳质点模型的建立条件，培养抽象概括和模型建构能力。
通过对“不同参考系下物体运动状态不同”的分析，体会“换位思考”的思维方法，能从多个视角判断物体的运动情况，突破“绝对运动”的思维误区，培养辩证思维能力。
在“质点模型的适用情境判断”和“参考系的合理选择”中，形成“具体问题具体分析”的思维习惯，能根据研究目的和问题特点选择合适的物理模型和参考系，提升逻辑推理能力。
3.科学探究
（1）参与“探究质点模型的适用条件”实验活动，通过对比“研究乒乓球旋转”和“研究乒乓球飞行轨迹”、“研究运动员动作”和“研究运动员赛跑成绩”等不同场景，记录实验现象并分析差异，归纳质点模型的建立规律。
开展“不同参考系下的运动描述”探究任务，小组合作设计实验方案（如甲同学静止，乙同学行走，丙同学观察），分别以地面、甲、乙为参考系描述运动状态，交流分析实验结果，培养合作探究和现象分析能力。
在“生活中运动现象调查”中，自主收集不同场景的运动实例，运用质点和参考系知识进行分类分析，提出“如何更简洁描述运动”的问题，培养发现问题和解决问题的能力。
4.科学态度与社会责任
（1）通过了解质点模型在航天工程（如卫星轨道计算）、交通导航（如车辆定位）中的应用，认识理想化模型对科学研究和技术发展的重要作用，增强科技自信和对物理学科的兴趣。
在模型建立和参考系选择中，培养严谨求实的科学态度，理解“忽略次要因素、抓住主要矛盾”是科学研究的重要方法，不随意扩大或缩小模型的适用范围，养成严谨的思维习惯。
结合“运动的相对性”分析生活中的实际问题（如交通肇事责任判断、航空导航定位），认识物理知识在解决实际问题和保障社会安全中的作用，增强社会责任意识。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）质点的概念及理想化模型的意义：①明确质点的定义——用来代替物体的有质量的点；②理解模型建立的本质——忽略次要因素（形状、大小），抓住主要因素（质量）；③掌握质点的适用条件——当物体的形状和大小对研究问题的影响可以忽略不计时。
（2）参考系的概念及选择：①明确参考系的定义——为描述物体的运动而选定的作为标准的物体；②掌握参考系的选择原则——任意性、方便性，理解运动的相对性——物体的运动状态取决于所选参考系。
（3）核心应用：①能准确判断具体情境中物体能否视为质点；②能根据研究目的选择合适的参考系，并描述物体的运动状态；③能解释“不同参考系下运动描述不同”的生活现象。
2.教学难点
（1）质点模型的理解与适用条件判断：难以准确把握“形状和大小对研究问题的影响可忽略”的标准，容易出现“大物体不能视为质点，小物体一定能视为质点”的错误认知（如地球公转可视为质点，乒乓球旋转不可视为质点）。
（2）参考系的相对性理解：在复杂情境（如多个物体相对运动）中，难以从不同参考系视角准确描述物体的运动状态，容易混淆“相对运动”和“绝对运动”，无法清晰区分“运动”和“静止”的相对性。
（3）理想化模型思想的建立：高一学生首次接触理想化模型，难以理解“忽略实际物体的形状大小”的科学性和必要性，容易将质点与实际物体的“点”混淆，缺乏“抓住主要矛盾”的科学思维方法。
（4）结合质点和参考系的综合应用：在“用质点模型描述物体相对不同参考系的运动”时，难以同时兼顾模型适用条件和参考系选择，出现“模型误用”或“参考系混乱”的问题。
三、教学环节
（一）情境导入：运动的多样性与描述困惑
1.展示系列机械运动情境图片与短视频：①情境1：公路上行驶的汽车、高铁；②情境2：球场上旋转的足球、飞行的篮球；③情境3：地球绕太阳公转，月球绕地球转动；④情境4：运动员在赛道上奔跑，裁判在终点计时。
2.提出问题链：“这些物体都在做什么运动？”“如果要计算高铁从北京到上海的时间，需要关注高铁的长度吗？”“如果要研究足球的旋转轨迹，能把足球当成一个点吗？”“我们说‘汽车在运动’，是以什么为标准判断的？如果坐在汽车里的人看路边的树，树是运动的吗？”
3.学生自由发言后，教师总结：“生活中的运动无处不在，但描述运动时会遇到‘是否需要考虑物体细节’‘以什么为标准描述’等问题，今天我们就通过‘质点’和‘参考系’两个概念，解决这些描述运动的基本问题。”引出课题。
设计意图：通过生活化的运动情境激发兴趣，制造“描述运动的困惑”，让学生初步感知“忽略物体细节的必要性”和“参考系选择的重要性”，为两个核心概念的学习铺垫认知基础。
（二）概念建构一：质点——理想化物理模型
1.从具体实例抽象质点概念
（1）实例1：研究高铁从北京到上海的运行时间
①提出问题：高铁长度约200米，北京到上海距离约1318千米，计算运行时间时，是否需要考虑高铁的长度？②学生讨论后教师分析：高铁长度与两地距离相比，对运行时间的影响极小，可忽略不计，此时可将高铁简化为一个“有质量的点”来研究。
（2）实例2：研究地球绕太阳的公转
①数据展示：地球直径约1.28×10 千米，地球与太阳的距离约1.5×10 千米；②分析：地球直径与日地距离相比，可忽略不计，研究公转时，地球的形状和大小对公转轨迹的影响极小，可将地球简化为一个“有质量的点”。
（3）实例3：研究乒乓球的旋转与飞行轨迹
①对比分析：研究乒乓球旋转时，需要关注球的表面各点的运动差异，不能忽略其形状大小；研究乒乓球从球台一端飞到另一端的轨迹时，球的大小对轨迹影响极小，可视为一个点。
（4）概念定义：教师明确——质点是在研究物体的运动时，为了简化问题，抓住主要因素（质量），忽略次要因素（形状和大小）而引入的理想化物理模型，它是一个有质量的点，实际并不存在。
2.质点模型的适用条件探究
（1）小组讨论：“哪些情况下物体可以视为质点？哪些情况不可以？”结合以下实例总结：
①可视为质点的情况：A.研究某同学从家到学校的步行时间；B.研究飞机从广州到北京的飞行航线；C.研究陨石坠入地球的运动轨迹。
②不可视为质点的情况：A.研究某同学做广播体操的动作；B.研究飞机螺旋桨的转动；C.研究跳水运动员的空中姿态。
（2）规律总结：物体能否视为质点，不取决于物体的大小、形状和质量，而是取决于物体的形状和大小对所研究问题的影响是否可以忽略不计。①当物体的线度（长度、宽度等）远小于所研究问题的空间尺度时，可视为质点；②当研究的问题不涉及物体的转动或形状相关的细节时，可视为质点。
3.理想化模型的意义
（1）教师讲解：理想化模型是物理学研究的重要方法，它通过忽略次要因素，将复杂问题简化，使我们能更清晰地抓住问题的本质。质点模型是物理学中最基本的理想化模型之一，为后续研究机械运动的规律奠定了基础。
（2）类比理解：“就像我们在地图上用一个点代表一座城市，不是因为城市是一个点，而是为了简化交通路线的研究”，帮助学生理解质点模型的简化意义。
（三）概念建构二：参考系——运动描述的标准
1.运动的相对性与参考系的引入
（1）演示实验：教师在讲台上行走，提出问题：“我是运动的还是静止的？”
①学生回答后，教师引导：“以地面为标准，我是运动的；以讲台为标准，我是运动的；以坐在座位上的同学为标准，我是运动的；但以我手中的粉笔为标准，我是静止的。”
（2）生活实例：“坐在行驶的汽车里的人，看到路边的树向后退，看到身边的乘客是静止的”，分析：树的“后退”是以汽车为标准，乘客的“静止”也是以汽车为标准，而汽车的“行驶”是以地面为标准。
（3）核心问题：“物体的运动或静止是绝对的吗？”学生明确——运动是相对的，要描述一个物体的运动，必须先选定一个作为标准的物体，这个标准物体就是参考系。
2.参考系的概念与性质
（1）概念定义：参考系是为了描述物体的运动而选定的作为参照标准的物体或物体系。我们说物体“运动”或“静止”，都是相对于所选定的参考系而言的。
（2）参考系的基本性质：
①任意性：参考系的选择是任意的，可以选择地面、树木、行驶的车辆等任意物体作为参考系；②标准性：被选定的参考系，我们假定它是静止的；③差异性：同一物体的运动，相对于不同的参考系，其运动描述可能不同（运动的相对性）；④方便性：实际选择参考系时，以描述运动简便、研究问题方便为原则，通常默认以地面为参考系。
3.参考系选择的实例分析
（1）实例1：描述“神舟飞船与空间站的对接”
①选择原则：为了清晰描述对接过程，通常以空间站为参考系，此时神舟飞船的运动状态是“缓慢靠近”；若以地面为参考系，两者都在高速运动，描述较为复杂。
（2）实例2：交通警察判断“交通事故中车辆的运动情况”
①选择标准：通常以地面、路边的参照物（如路灯、护栏）为参考系，因为这些参考系固定，能准确判断车辆的实际运动速度和方向。
（3）实例3：地球的运动描述
①以太阳为参考系，地球绕太阳公转；②以地轴为参考系，地球在自转；③以地面上的物体为参考系，地球是静止的。
4.参考系与坐标系的关联
（1）教师讲解：为了定量描述物体相对于参考系的位置变化，需要在参考系上建立坐标系（如直线运动建立一维坐标系，平面运动建立二维坐标系），坐标系是参考系的数学抽象，后续我们将通过坐标系精确描述质点的位置和运动。
（四）综合应用：质点与参考系的结合分析
1.典型情境分析
（1）情境1：“高铁从郑州东站出发，2小时后到达武汉站，全程约536千米”
①质点判断：研究高铁的运行时间和路程时，高铁的形状大小对研究问题影响极小，可视为质点；②参考系选择：描述高铁的“出发”“到达”和“路程”，默认以地面为参考系。
（2）情境2：“乒乓球运动员在比赛中，将球击出后，球在空中做弧线运动，同时发生旋转”
①质点判断：研究球的弧线运动轨迹时，可视为质点；研究球的旋转时，不可视为质点；②参考系选择：以球台为参考系，球做弧线运动；以运动员为参考系，球的运动轨迹更复杂。
（3）情境3：“同步卫星绕地球运行，在地面上的人看来，它始终静止在某一位置”
①质点判断：研究同步卫星的运行轨道时，可视为质点；②参考系选择：以地面为参考系，卫星静止；以太阳为参考系，卫星随地球一起绕太阳运动。
2.解题思路总结
（1）涉及质点的问题：①明确研究的问题是什么；②分析物体的形状和大小对该问题的影响是否可忽略；③判断能否视为质点并进行后续分析。
（2）涉及参考系的问题：①明确研究对象；②根据问题需求和方便性原则选择参考系；③以选定的参考系为标准，描述物体的运动状态（静止或运动、运动方向等）。
（五）误区辨析：澄清易混淆概念
1.质点相关误区
（1）误区1：“体积小的物体一定能视为质点，体积大的物体一定不能视为质点”
①辨析：体积大小不是判断标准。例如，原子体积很小，但研究原子的内部结构时，不能视为质点；地球体积很大，但研究地球公转时，可视为质点。
（2）误区2：“质点就是几何中的点”
①辨析：质点是“有质量的点”，突出“质量”这一物体的基本属性；几何中的点没有质量，仅表示位置，二者本质不同。
2.参考系相关误区
（1）误区1：“运动的物体不能作为参考系”
①辨析：参考系的选择是任意的，运动的物体也可以作为参考系。例如，坐在行驶的汽车里，以汽车为参考系（运动的），路边的树是运动的。
（2）误区2：“默认参考系是地面，所以地面是绝对静止的”
①辨析：地面只是我们常用的参考系，实际上地面随地球一起在自转和公转，并不是绝对静止的。物理中没有“绝对静止”的参考系，所有参考系都是相对的。
四、核心知识归纳：质点与参考系知识体系
1.质点核心知识
核心内容 具体说明
定义 忽略物体的形状和大小，用来代替物体的有质量的点（理想化模型）
本质 抓住主要因素（质量），忽略次要因素（形状、大小），简化问题
适用条件 物体的形状和大小对研究问题的影响可忽略不计（与物体大小无关）
常见场景 可视为质点：研究物体的宏观运动轨迹、运动时间；不可视为质点：研究物体的转动、动作、姿态
注意事项 ①实际不存在，是理想化模型；②同一物体在不同研究问题中，可能视为质点也可能不可视为质点
2.参考系核心知识
核心内容 具体说明
定义 为描述物体运动而选定的作为标准的物体或物体系
核心意义 运动是相对的，只有选定参考系，才能确定物体的运动状态
基本性质 ①任意性：可选任意物体；②标准性：假定参考系静止；③差异性：不同参考系下运动描述不同；④方便性：优先选便于研究的参考系（通常选地面）
常见应用 ①交通：以地面为参考系描述车辆运动；②航天：以空间站为参考系描述飞船对接；③天文：以太阳为参考系描述行星运动
注意事项 ①描述运动时必须明确参考系，未说明则默认地面；②不能选研究对象自身作为参考系（无意义）
3.质点与参考系的关联
（1）研究机械运动时，通常先判断物体能否视为质点，再选定合适的参考系，最后描述质点相对于参考系的运动状态；（2）质点模型的应用依赖于参考系的选择，同一质点在不同参考系下的运动描述不同；（3）两者都是描述机械运动的基础，质点简化了研究对象，参考系明确了运动描述的标准，共同为后续学习位移、速度等物理量奠定基础。
五、课堂练习
（一）基础巩固题
1.关于质点，下列说法正确的是（）
A.质点是实际存在的物体
B.体积很小的物体一定能视为质点
C.质量很大的物体一定不能视为质点
D.物体能否视为质点取决于研究问题的性质
2.下列情况中，能将物体视为质点的是（）
A.研究某同学骑自行车时车轮的转动情况
B.研究地球绕太阳公转的周期
C.研究跳水运动员在空中的翻转动作
D.研究乒乓球比赛中球的旋转方向
3.关于参考系，下列说法正确的是（）
A.参考系必须是静止的物体
B.参考系的选择是任意的，任何物体都能作为参考系
C.同一物体的运动，相对于不同的参考系，描述结果一定相同
D.描述物体的运动时，必须选择地面作为参考系
4.坐在行驶的火车里的乘客，看到路边的树木向后退，这是以为参考系；若以另一列并行且速度更快的火车为参考系，该乘客乘坐的火车是（选填“运动”或“静止”）的。
（二）能力提升题
5.下列说法中，正确的是（）
A.研究飞机从上海到乌鲁木齐的飞行时间，飞机可视为质点
B.研究火车通过一座桥梁的时间，火车可视为质点
C.研究“嫦娥五号”探测器在月球表面的着陆姿态，探测器可视为质点
D.研究运动员在100米赛跑中的冲刺动作，运动员可视为质点
6.甲、乙、丙三人各乘一台升降机，甲看到楼房在上升，乙看到甲在下降，丙看到乙在上升，甲看到丙在下降。若以地面为参考系，下列说法正确的是（）
A.甲在上升
B.乙在下降
C.丙在下降
D.三人都在下降，但下降速度不同
7.请判断下列情境中物体能否视为质点，并说明理由：
（1）研究从北京开往广州的高铁的运行速度；
（2）研究高铁车轮的转动情况；
（3）研究火星探测器从地球到火星的飞行轨迹；
（4）研究火星探测器在火星表面的采样动作。
8.平直公路上，甲、乙两车沿同一方向行驶，甲车速度为30m/s，乙车速度为20m/s。以甲车为参考系，乙车的速度大小为多少？方向如何？以乙车为参考系，甲车的速度大小为多少？方向如何？（假设两车匀速行驶）
（三）拓展创新题
9.某同学发现“坐高铁时，看到对面的高铁开动，有时会误以为自己乘坐的高铁在动”，请设计一个实验探究“参考系选择对运动感知的影响”。要求：（1）写出实验目的；（2）列出实验器材；（3）简述实验步骤；（4）说明如何分析实验数据以得出结论。
10.结合质点和参考系知识，分析“为什么在体育比赛中，不同项目的计时和判罚会选择不同的参考系”。要求：（1）举例说明至少两种体育项目（如百米赛跑、花样滑冰、足球比赛）；（2）分别分析各项目选择参考系的依据和目的；（3）以百米赛跑为例，说明若选择不同的参考系（如地面、领跑运动员），对比赛成绩的描述会有什么差异，解释为什么最终以地面为参考系判罚成绩。
六、练习答案与解析
（一）基础巩固题答案与解析
1.答案：D
解析：A错误，质点是理想化模型，实际不存在；B错误，体积小的物体若研究其转动（如原子内部结构），不能视为质点；C错误，质量大的物体若研究其公转（如地球），可视为质点；D正确，物体能否视为质点取决于研究问题的性质，即形状大小对研究问题的影响是否可忽略。
2.答案：B
解析：A错误，研究车轮转动需关注车轮形状，不能视为质点；B正确，研究地球公转周期，地球大小与日地距离相比可忽略，能视为质点；C错误，研究跳水运动员动作需关注姿态，不能视为质点；D错误，研究乒乓球旋转需关注球的形状，不能视为质点。
3.答案：B
解析：A错误，参考系可以是运动的物体（如行驶的汽车）；B正确，参考系选择任意；C错误，不同参考系下运动描述可能不同（如路边的树相对于地面静止，相对于行驶的车运动）；D错误，参考系可任意选择，不一定选地面。
4.答案：火车（或乘客自身）；运动
解析：乘客看到树木后退，是以自身乘坐的火车为参考系；另一列火车速度更快，以其为参考系，该乘客的火车位置发生变化，因此是运动的。
（二）能力提升题答案与解析
5.答案：A
解析：A正确，研究飞机飞行时间，飞机大小对时间影响可忽略，能视为质点；B错误，研究火车过桥时间，需考虑火车长度（过桥时间=（桥长+车长）/速度），不能视为质点；C错误，研究探测器着陆姿态，需关注形状动作，不能视为质点；D错误，研究运动员冲刺动作，需关注身体姿态，不能视为质点。
6.答案：C
解析：以地面为参考系，甲看到楼房上升，说明甲在下降；乙看到甲下降，乙的运动状态有三种可能：①下降且速度比甲快，②静止，③上升；丙看到乙上升，甲看到丙下降，结合甲在下降，可判断丙在下降且速度比甲快；综上，甲、丙一定在下降，乙可能下降（速度比甲慢）、静止或上升，C正确。
7.答案：
（1）能视为质点；理由：研究高铁运行速度，高铁的形状和大小对速度计算的影响可忽略不计。
（2）不能视为质点；理由：研究车轮转动，需要关注车轮的形状和转动细节，不能忽略其大小和形状。
（3）能视为质点；理由：研究飞行轨迹，探测器的大小与地球到火星的距离相比，影响极小，可忽略。
（4）不能视为质点；理由：研究采样动作，需要关注探测器的机械臂动作和姿态，不能忽略其形状和大小。
8.答案：以甲车为参考系，乙车速度大小10m/s，方向与甲车运动方向相反；以乙车为参考系，甲车速度大小10m/s，方向与甲车运动方向相同。
解析：参考系选择后假定其静止，相对速度=研究对象速度-参考系速度（矢量）。以甲车为参考系，v乙'=v乙-v甲=20-30=-10m/s（负号表示方向相反）；以乙车为参考系，v甲'=v甲-v乙=30-20=10m/s（正号表示方向相同）。
（三）拓展创新题答案与解析
9.答案：
（1）实验目的：探究不同参考系选择对人体运动感知的影响，解释“误以为自身运动”的原因。
（2）实验器材：两辆并排静止的玩具汽车（A和B）、水平桌面、秒表、记号笔。
（3）实验步骤：①在桌面上用记号笔标记静止参考线（如桌面边缘）；②将A、B并排放在标记线处，实验者观察两车均静止；③让助手缓慢拉动B车向右运动，实验者仅观察B车，记录自己是否感知A车在运动；④实验者同时观察B车和桌面边缘（静止参考系），再次让助手拉动B车，记录是否感知A车在运动；⑤改变B车运动速度（快、中、慢），重复步骤③和④，记录每次感知结果。
（4）数据分析：对比仅观察B车（以B为参考系）和同时观察B车与桌面（以桌面为参考系）的感知结果，若仅观察B车时多次出现“感知A车运动”的情况，而结合桌面参考系时无此感知，说明参考系选择单一（仅以运动的B为参考）时，易误判自身（A车）的运动状态，证明参考系选择对运动感知有显著影响。
10.答案：
（1）举例：百米赛跑、花样滑冰。
（2）①百米赛跑：参考系选择地面；依据和目的：地面是固定参考系，能准确反映运动员的实际运动速度和路程（100米），保证比赛的公平性，便于统一计时和判罚；②花样滑冰：参考系选择冰面（地面）和裁判视角；依据和目的：以冰面为参考系能判断运动员的滑行轨迹和旋转动作的规范性，裁判视角的参考系能更直观评估动作的美观度和难度，兼顾技术和艺术评分。
（3）百米赛跑中，以地面为参考系，运动员的成绩是从起点到终点的实际时间（如10秒）；以领跑运动员为参考系，若领跑运动员速度比该运动员快，该运动员的相对时间会更长（如相对时间1秒），相对路程更短。最终以地面为参考系判罚的原因：①地面是所有运动员共有的参考系，保证判罚标准统一；②能反映运动员相对于比赛场地的实际运动能力，符合比赛“比实际奔跑速度”的核心目的，避免因参考系选择不同导致的判罚混乱。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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