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2、不同的参考系中现象不同,帮助学生建立辨证、不同的参考系中现象不同,帮助学生建立辨证唯物主义的世界观。唯物主义的世界观。v教学重点v理解质点概念以及初步建立质点概念所采用的抽象理解质点概念以及初步建立质点概念所采用的抽象思维方法。思维方法。v教学难点v将一个实际的物体抽象为质点的条件。将一个实际的物体抽象为质点的条件。v教学方法v教师启发、引导,学生自主阅读、思考,讨论、交教师启发、引导,学生自主阅读、思考,讨论、交流学习成果。流学习成果。v问题问题1 1:该如何描述物体的运动呢?:该如何描述物体的运动呢?v诗人用气势磅礴来描述大河中的水流,用矫捷如燕来描述运动员轻盈的舞姿,画家用汽车后面的线条来表示风,来描述车辆的飞驰。科学家呢科学家呢?一物体的运动v1、运动是_ 的v 一切物体都在不停一切物体都在不停_v 谁能准确描述下列物体的运动?v 如:雄鹰在空中翱翔v 足球的飞滚v 树叶、纸张的飘落v 海浪的汹涌澎湃精确描述精确描述精确描述精确描述之难之难之难之难一物体的运动v1、运动是_ 的v 难道我们真的无法描述物体的运动?v 例:飞机以某速度从南京飞向北京,v 研究火车在城市之间运行我们是否要我们是否要我们是否要我们是否要考虑飞机本考虑飞机本考虑飞机本考虑飞机本身大小?身大小?身大小?身大小?车箱的颤动车箱的颤动车箱的颤动车箱的颤动我们考虑吗我们考虑吗我们考虑吗我们考虑吗?我们已经很自然的我们已经很自然的忽略忽略某些次要因素(如某些次要因素(如形状、大小),形状、大小),只关心只关心主要的方面。主要的方面。物理方法v1、运动是_ 的v2、质点(mass point)v (1)某些情况下,将物体简化为一个某些情况下,将物体简化为一个有质量的点的点v (2)理想化的的“物理模型物理模型”v 忽略次要因素:形状、大小等v 突出主要因素:具有质量(本质属性)矛盾的主矛盾的主矛盾的主矛盾的主次方面次方面次方面次方面物体都可以看物体都可以看作质点么?作质点么?一 物体的运动v1、运动是_ 的v2、质点(mass point)v (1)某些情况下,将物体简化为一个某些情况下,将物体简化为一个有质量的有质量的点v (2)理想化的的“物理模型物理模型”v 忽略次要因素:形状、大小等v 突出主要方面:具有质量(本质属性)v (3)物体能否看作质点是物体能否看作质点是有条件的的v 物体的大小和形状在研究问题时可以忽略不计物体的大小和形状在研究问题时可以忽略不计亲身体会:v几点说明:v1、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。v2、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。v3、物体本身的大小对所研究的问题不能忽略时,不能把物体看作质点。v4、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。v5、一个物体能否看作质点取决于所研究问题的性质,即使同一个物体在研究问题不同时,有的情况下可以看作质点,而有的情况下不可以看作质点。思考与讨论:v质点和几何中的点是一回事吗?1、相同点:都是没有形状和大小的点。、相同点:都是没有形状和大小的点。2、不同点:质点是实际物体的抽象,它具有、不同点:质点是实际物体的抽象,它具有一定的物理内涵,不仅具有物体的全部质量,一定的物理内涵,不仅具有物体的全部质量,而且是一相对的物理概念;几何中的点没有质而且是一相对的物理概念;几何中的点没有质量,仅表示位置,而且应该绝对的小。量,仅表示位置,而且应该绝对的小。思维体操:v如何解释小孩的如何解释小孩的静止?v同样的物体,运动会不同?二参考系v1、运动的相对性:v 描述运动要寻找参考物体v2、参考系(reference frame)v (1)选择的任意性(一般选择地球和相对于地球静止的物体)v (2)对不同参考系,运动可能不同注意:比较两个物体的运动情况,必须选择同一个参考系才有意义。飞花两岸照船红,百里榆堤半日风。卧看满天云不动,不知云与我俱东。诗境诗境中的相对运动中的相对运动体会思考:v我们曾说过运动是绝对的,现在又说运动是相对的,矛盾么?如何确定物体位置?v 文字描述方便吗?能精确吗?v 有没有简便又准确的方法?区分:区分:定性定性与与定量定量笛卡儿发笛卡儿发笛卡儿发笛卡儿发明坐标系明坐标系明坐标系明坐标系v 若物体只在一条直线上运动,如何描述位置变化?若在某平面(操场)上呢?如何在地面定物体位置?v寻找有用信息:寻找有用信息:经度与纬度(大地坐标系)三 坐标系v1、坐标系(coordinate system)建立的作用v2、坐标系的构成要素:v 原点、正方向、标度、v 物理量、单位思维体操v从A到B位置变化了多少?v你是如何得到的?说一说 对于在平面上运动的物体,例对于在平面上运动的物体,例如冰场上的花样滑冰运动员,要描如冰场上的花样滑冰运动员,要描述他们的位置,你认为应该怎样建述他们的位置,你认为应该怎样建立坐标系?立坐标系?生活中的物理生活中的物理vGPS:全球定位系统v(授时与测距导航系统-全球定位系统vnavigation system timing and rangingglobal positioning system)v 全球定位系统是美国从20世纪70年代开始研制,历时20年,耗资200亿美元,于1994年全面建成,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。v 在美国,GPS全球卫星定位技术与“阿波罗”飞船登月、航天飞机升空,同列为20世纪“三大航天工程”。生活中的物理vGPS:全球定位系统v(授时与测距导航系统-全球定位系统vnavigation system timing and rangingglobal positioning system)v GPS系统包括三大部分:v (1)GPS卫星(空间部分)v(2)地面支撑系统(地面监控部分)v (3)GPS接收机(用户部分)v定位仪中所示位置:24颗颗GPS卫星在离地面卫星在离地面1万万2千公里的高空上,以千公里的高空上,以12小时的周期环绕地小时的周期环绕地球运行,使得在任意时刻,在地面上的任意一点都可以同时观测到球运行,使得在任意时刻,在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以颗以上的卫星。上的卫星。由于卫星的位置精确可知,在由于卫星的位置精确可知,在GPS观测中,我们可得到卫星到接收机观测中,我们可得到卫星到接收机的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用3颗卫星,就可以组成颗卫星,就可以组成3个方程个方程式,解出观测点的位置式,解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差,实际上有差,实际上有4个未知数,个未知数,X、Y、Z和钟差,因而需要引入第和钟差,因而需要引入第4颗卫星,形颗卫星,形成成4个方程式进行求解,从而得到观测点的经纬度和高程。个方程式进行求解,从而得到观测点的经纬度和高程。事实上,接收机往往可以锁住事实上,接收机往往可以锁住4颗以上的卫星,这时,接收机可按卫颗以上的卫星,这时,接收机可按卫星的星座分布分成若干组,每组星的星座分布分成若干组,每组4颗,然后通过算法挑选出误差最小的一颗,然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位,从而提高精度。组用作定位,从而提高精度。由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号的影响,以及人为的的影响,以及人为的SA保护政策,使得民用保护政策,使得民用GPS的定位精度只有的定位精度只有100米。米。为提高定位精度,普遍采用差分为提高定位精度,普遍采用差分GPS(DGPS)技术,建立基准站技术,建立基准站(差分台差分台)进进行行GPS观测,利用已知的基准站精确坐标,与观测值进行比较,从而得出观测,利用已知的基准站精确坐标,与观测值进行比较,从而得出一修正数,并对外发布。接收机收到该修正数后,与自身的观测值进行比一修正数,并对外发布。接收机收到该修正数后,与自身的观测值进行比较,消去大部分误差,得到一个比较准确的位置。实验表明,利用差分较,消去大部分误差,得到一个比较准确的位置。实验表明,利用差分GPS,定位精度可提高到,定位精度可提高到5米。米。全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的,它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样,全球定上发展起来的,它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样,全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。该系统的空间位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。该系统的空间部分使用部分使用24颗高度约颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近颗卫星均为近圆形轨道,运行周期约为圆形轨道,运行周期约为11小时小时58分,分布在六个轨道面上(每轨道面四颗)分,分布在六个轨道面上(每轨道面四颗),轨道倾角为,轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方,任何时间都可观测到度。卫星的分布使得在全球的任何地方,任何时间都可观测到四颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图形(四颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图形(DOP)。这就提)。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。供了在时间上连续的全球导航能力。GPS卫星已发展至卫星已发展至BlockII型式的定位卫星,型式的定位卫星,由由RockwellInternational制造,在轨道上重量约制造,在轨道上重量约1
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