资源简介

第1节 空间和时间（教学设计）
年级 高一年级 学科 物理 教师
课题 第1节 空间和时间
教学 目标 物理观念 让学生理解参考系、坐标系，构建空间位置与时间的基础物理观念。
科学思维 引导学生运用数学方法，借坐标系分析物体空间位置，培养科学思维。
科学探究 组织探究活动，促使学生用不同方式描述空间时间，提升创新能力。
科学态度 与责任 借物理学史，培养学生严谨探索的科学态度与应用物理知识的责任感。
教学重难点 教学重点： 理解空间、时间概念，会根据问题情境选择参考系。 教学难点： 领会空间和时间的抽象性及在不同情境下的相对性。
教学过程
教师活动 学生活动
教学引入 【情景1】 甲同学和乙同学第一次乘高铁列车，把一枚硬币立于窗台上。甲同学说：“硬币静止不动！”乙同学却说：“你看错了，硬币是运动的。”你认为甲乙同学的说法谁对谁错？ 亚里士多德说过：不了解运动，就不了解自然。 问题1：在物理学中，什么叫做机械运动？ 结论1：机械运动：物体的空间位置随时间变化叫做机械运动。 它是自然界最简单最基本的运动形式。在物理学中，研究物体做机械运动的分支叫力学。 如何描述物体的机械运动呢？ 根据教师所提问题，分组讨论。
新课讲授 一、参考系 问题2：你是如何判断出来硬币静止或者运动的？为什么人们的看法会不一样呢？ 自然界的一切物体都处于永恒的运动中，绝对静止的物体是不存在的。我们在地球上，以为地球是静止的，其实地球是绕太阳运动的。当地球绕太阳运动的时候我们又以为太阳是静止的，其实太阳也是绕着银河系运动的。 通过多媒体课件动图展示：地球绕太阳和太阳绕着银河系运动的动态图。 就此意义而言，我们说运动是绝对的。但是，描述某个物体的位置随时间的变化，总是相对于其他物体而言的，这便是运动的相对性。 结论2：运动是绝对的，静止是相对的。 可见，要描述一个物体的运动，首先要选定某个其他物体作为参考，观察物体的位置相对于这个“其他物体”是否随时间变化，以及怎样变化。我们以这个精神小伙来分析：①房屋向右运动，则假定人是静止。②精神小伙向左运动，则假定房屋是静止。 归纳总结：参考系：描述物体运动时,用来作为参考(假定为不动)的物体。（初中叫参照物，这里也要注意区分和引导学生过渡） 思考：选择参考系的原则是什么？ 原则上参考系可以任意选取。但实际上总是本着观测方便和使运动的描述尽可能简单的原则选取。 通过多媒体课件动图展示：选太阳为参考系和选银河为参考系行星的动态图。加以说明“选参考系尽可能简单的原则”。 一般研究地面上运动的物体时选取地面为参考系。 一个物体一旦被选为参考系，就认为它是静止的。在选定参考系后要假定自己站在参照物中去观察物体的运动，即“参考系上长着观察者的眼睛”。 【例题1】如图所示为甲、乙、丙三艘客船在一个码头上的情景图，其中甲船上的乘客看到乙船向东运动，乙船上的乘客看到丙船和码头都向东运动，丙船上的乘客看到甲船向西运动，那么码头上的人看到三艘船的运动情况是（　　） A．三艘船都向东运动 B．甲船向东运动，其余两艘船向西运动 C．乙船向东运动 D．丙船可能静止，可能向东运动，也可能向西运动且速度比甲、乙船的速度都小 【答案】D 【详解】乙船上的乘客看到丙船和码头都向东运动，说明乙船是向西运动的，丙可能静止也可能向西运动，但速度小于乙船速度；甲船上的乘客看到乙船向东运动，说明甲船是向西运动的，且甲船的速度大于乙船的速度；丙船上的乘客看到甲船向西运动，说明丙船可能处于静止状态，也可能向东运动，也可能向西运动且速度比甲船的速度小，综合以上分析可知ABC错误，D正确。 故选D。 针对训练1（多选）在晴朗的夜晚，把相机固定在合适的位置，将各个时刻的星空照片持续拍摄下来，后期处理时，将这些照片重叠合放在一起，就可以观察到星星们划过夜空的轨迹，这就是星轨图。已知地轴的延长线通过北极星附近。如图，是在北京拍摄的星轨图。关于星轨图，下列说法正确的是（ ） A．星星在夜空中留下圆形轨道，表明一切天体都围绕地球旋转，地球是宇宙的中心 B．把所有星星的星轨图补充完整，会近似得到一系列同心圆，其圆心在北极星附近 C．若同一天在南京拍摄，则同一颗星星的星轨半径几乎不变 D．测得某星星的圆弧形星轨对应的圆心角为，则该照片连续拍摄的时间约为20分钟 【答案】BC 【知识点】同一运动在不同参考系中的描述 【详解】A．星轨图的拍摄是由固定在地面上相机拍摄的，由于地球自转导致地球相对背景恒星以整圆形式旋转因此能够得到圆形轨道，因此A选项错误； B．因为北极星正对着地轴,位于地轴的延长线上,故其位置相对于地球保持静止。所以星轨图的圆心在北极星附近，B正确； C．由于恒星相对于地球距离较远，若同一天在南京拍摄和北京拍摄两地到恒星距离可认为不变，因此则同一颗星星的星轨半径几乎不变，C正确； D．图片中一个完整的圆周对应地球自转一周，若圆心角为则曝光时间满足 得 D选项错误。故选BC。 根据教师所提问题，发表看法。 记忆并理解参考系的概念
新课讲授 二、坐标系 【情景2】 以黑色的将为原点建立一个一维坐标轴确定黑色车的位置，试试能不能确定红色车的位置，再以黑色的将为原点建立一个二维坐标轴确定黑色车和红色车的位置，比一比两个坐标轴有什么不同？ 问题3：研究运动就需要描述物体的空间位置。我们置应怎样描述物体的位置呢？ 结论3：要定量直观描述物体的位置，可以利用我们已有的数学知识，建立直线坐标系。 归纳总结： 坐标系：一般说来，为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系。 它的三要素：原点、正方向、单位长度。 【思考与交流】 对于在平面上运动的物体，比如在冰场上的花样滑冰运动员，应该如何描述他的运动，建立怎么样的坐标系呢 新课讲授 三、时间间隔和时刻 【情景3】 如图所示，你能从航班信息截图中找出哪些是表述的时刻？哪些是表述的是时间间隔吗？ 【例题2】第24届冬季奥林匹克运动会于2022年2 月 4 日20时在北京“鸟巢”隆重开幕，运动员入场仪式上中国代表团21时24 分入场，开幕式共用时约 100 分钟。整个竞赛过程历时16 天圆满结束，于2 月20日闭幕。则（　　） A．“20时”指的是时间间隔 B．“21 时24分”指的是时间间隔 C．“约100分钟”指的是时刻 D．“16 天”指的是时间间隔 【答案】D 【详解】A．“20时”指的是时刻，故A错误； B．“21 时24分”指的是时刻，故B错误； C．“约100分钟”指的是时间间隔，故C错误； D．“16 天”指的是时间间隔，故D正确。 故选 D。 针对训练2 “四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地”，这是战国时期著名的政治家和思想家，先秦诸子百家之一的尸佼所写的《尸子》中对于宇宙时空的理解，这里的“宇”和“宙”就是空间和时间的概念。时间在时间轴上大致可以分为三个阶段，过去、现在和未来，时间轴上的某一点则代表某一瞬间，也就是时刻，比如古代电视剧中常常出现的“午时三刻”。时刻与物体所处的状态（或位置相对应）。而时间间隔指的则是两时刻的间隔，在时间轴上用线段来表示。仔细观察如图所示的时间轴，下列说法正确的是（　　） A．第2s内是指时间轴上的C点 B．第3s内是指时间轴上AD段 C．前4s内是指时间轴上DE段 D．第3s初是指时间轴上的C点 【答案】D 【详解】A．第2s内是指时间轴上的BC段，故A错误； B．第3s内是指时间轴上的CD段，故B错误； C．前4s内是指时间轴上的AE段，故C错误； D．第3s初是指时间轴上的C点，故D正确。 故选D。 学生根据老师提出的问题进行深入思考后进行回答。 在坐标轴上把老师要求完成的内容表示出来 学生根据刚才所学和实际生活经验回答问题
课 堂 练 习 课 堂 练 习 1.一只蜜蜂和一辆汽车在平直公路上以同样大小的速度并列运动；如果这只蜜蜂眼睛盯着汽车车轮边缘上某一点，那么它看到的这一点的运动轨迹是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】因为蜜蜂与汽车速度大小相等且它们并列运动，以汽车为参考系，蜜蜂相对于汽车位置不变，它们在水平方向上相对静止，车轮边缘的点相对于车做圆周运动，运动轨迹是圆，因蜜蜂相对于车静止，所以蜜蜂看到的车轮边缘上的点的运动轨迹是圆。 故选A。 2.太阳从东边升起，西边落下，是地球上的自然现象，但在某些条件下，在纬度较高地区上空飞行的飞机上，旅客可以看到太阳从西边升起的奇妙现象。这些条件是（　　） A．时间必须是在清晨，飞机正在由东向西飞行，飞机的速度必须较大 B．时间必须是在清晨，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度必须较大 C．时间必须是在傍晚，飞机正在由东向西飞行，飞机的速度必须较大 D．时间必须是在傍晚，飞机正在由西向东飞行，飞机的速度不能太大 【答案】C 【详解】由于地球自西向东旋转，故我们看到太阳从东边升起，西边落下。如果时间在清晨，飞机向东飞行，飞机相对于太阳向东运动，乘客看到太阳仍从东边升起；若向西飞行，飞机飞行速度大于地球在该纬度速度，则看不到太阳；若向西飞行，飞机飞行速度小于地球在该纬度速度，旅客看到太阳仍从东方升起，故A、B错误；由于地球自西向东旋转，我们看到的太阳从东边升起，西边落下，乘客要看到太阳从西边升起，必须是在傍晚，并要求飞机相对于地球向西运动，飞机自东向西飞行的速度大于地球自转的速度，故C正确，D错误。故选C。 3.下列关于时刻和时间的说法错误的是（　　） A．上午第一节课从8：00到8：45共45分钟，这里的45分钟指时间间隔 B．第2s末与第3s初指的不是同一时刻 C．任何一段时间都有一个初时刻和一个末时刻 D．第2s内所表示的时间为1s 【答案】B 【详解】A．上午第一节课从8：00到8：45共45分钟，这里的45分钟指时间间隔，故A正确； B．第2s末与第3s初指的是同一时刻，故B错误； C．任何一段时间都有一个初时刻和一个末时刻，故C正确； D．第2s内所表示的时间为1s~2s这1s的时间，故D正确； 本题选择错误选项；故选B。 4.如图所示的时间轴，下列关于时刻和时间的说法中正确的是（　　） A．t2表示时刻，称为第2s末或第3s初，也可以称为第2s内 B．t0-t2表示时间间隔，称为最初2s内或第2s内 C．t1-t2表示时间间隔，称为第2s内，时长是1s D．tn-tn+1表示时间间隔，称为第ns内 【答案】C 【详解】A．t2表示时刻，称为第2秒末或第3秒初，不是第2s内，A错误； B． 表示时间，称为最初2秒内，不是第2s内，B错误； C． 表示两个时刻之间，是时间，称为第2秒内，时间长为1s， C正确； D．tn-tn+1表示时间间隔，称为第 秒内， D错误。 故选C。 5.如图所示，老鹰从空中加速扑向蹲地休息的小鸡，则（　　） A．研究老鹰飞行的姿态时，可将老 视为质点 B．研究老鹰飞行的轨迹时，可将老鹰视为质点 C．以老鹰为参考系，小鸡是静止的 D．以地面为参考系，老鹰是静止的 【答案】B 【详解】A．研究老鹰飞行的姿态时，老鹰的大小形状无法忽略，不能可将老 视为质点，故A错误； B．研究老鹰飞行的轨迹时，老鹰的大小形状可以被忽略，可将老鹰视为质点，故B正确； C．以老鹰为参考系，小鸡是运动的，故C错误； D．以地面为参考系，老鹰是运动的，故D错误。 故选B。 6.中国高铁是中国呈现给世界的一张靓丽的“名片”。在南京旅游的小帅决定乘高铁回上海，于是查到了如图所示的列车时刻表。他起初觉得G139次列车蛮好的，18:21出发，历时刚好一个半小时到达上海虹桥。但考虑到去南京南车站时间有点紧，遂选择了G141次列车。关于G141次列车的相关信息，下列说法正确的是（　　） A．“18:41”指时间间隔 B．“20:13”指时间间隔 C．“01:32”指时间间隔 D．“01:32”指时刻 【答案】C 【详解】A．“18:41”指经过南京南的时间，描述的是一个状态，可知，“18:41”指时刻，故A错误； B．“20:13”指经过终点站上海虹桥的时间，描述的是一个状态，可知，“20:13”指时刻，故B错误； CD．“01:32”指从南京南到上海虹桥的时间，描述的是一个过程，可知，“01:32”指时间间隔，故C正确，D错误。 故选C。
板 书 设 计 空间和时间 空间 描述物体位置及变化，可用坐标系定量表示 常用单位：米（m），常用工具：刻度尺 时间 描述事件先后顺序和持续过程 时刻：某一瞬时；时间间隔：两个时刻的间隔 常用单位：秒（s），常用工具：钟表
课 堂 小 结
作 业 布置 1.时间只是人类的错觉？时间背后，隐藏着哪些细思极恐的真相 ——课下利用自媒体自行完成搜索并了解 2.完成课后作业 3.配套同步作业
教学反思 在本次 “空间和时间” 教学中，多种教学法提升了学生参与度。但部分学生对时空相对性理解吃力，后续应强化此部分讲解与练习。欣慰的是，学生对物理学科兴趣有所提升，未来教学将更关注个体差异，提供个性化指导。

展开更多......

收起↑