1 質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系

從容說課
本節(jié)首先讓學(xué)生閱讀一段有關(guān)運(yùn)動(dòng)和靜止的描述，讓學(xué)生了解更寬泛意義上的運(yùn)動(dòng)和靜止.在回顧了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的根本特征后，讓學(xué)生知道如何確定物體的運(yùn)動(dòng)和怎樣看待運(yùn)動(dòng)的物體的問題.通過對質(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.用多個(gè)討論與交流的目的在于讓學(xué)生從生活中的實(shí)際聯(lián)系物理中的概念.通過討論與交流將生活中的經(jīng)驗(yàn)升華為物理概念.本節(jié)是高中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的起始章節(jié)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是教師在中應(yīng)該注意的主要問題.內(nèi)容看起來似乎淺顯，但其中蘊(yùn)涵著許多學(xué)生在初中學(xué)習(xí)時(shí)很少接觸過的方法，教師在教學(xué)中要?jiǎng)?chuàng)設(shè)豐富多彩的情景，要使學(xué)生在愉悅的心境中開始高中階段的物理學(xué)習(xí).教師的教學(xué)手段要多樣化，教學(xué)氣氛要熱烈，在教學(xué)中建立融洽、和諧、平等的師生關(guān)系，使學(xué) 生感受到物理的魅力.通過課堂教學(xué)讓學(xué)生學(xué)會(huì)歸納，學(xué)會(huì)表達(dá)，學(xué)會(huì)設(shè)想，學(xué)會(huì)討論，學(xué)會(huì)交流，學(xué)會(huì)比較，學(xué)會(huì)換位思考，學(xué)會(huì)建立物理模型，學(xué)會(huì)小結(jié).
三維目標(biāo)
知識(shí)與技能
1.認(rèn)識(shí)建立質(zhì)點(diǎn)模型的意義和方法，能根據(jù)具體情況將物體簡化為質(zhì)點(diǎn).知道它是一種科學(xué)的抽象，知道科學(xué)抽象是一種普遍的研究方法.
2.理解參考系的選取在物理中的作用，會(huì)根據(jù)實(shí)際情況選定參考系.
3.認(rèn)識(shí)一維直線坐標(biāo)系，掌握坐標(biāo)系的簡單應(yīng)用.
過程與方法
1.體會(huì)物理模型在 探索自然規(guī)律中的作用，初步掌握科學(xué)抽象理想化模型的方法.讓學(xué)生將生活實(shí)際與物理概念相聯(lián)系，通過具體事例引出質(zhì)點(diǎn)的這個(gè)理想化的模型.通過幾個(gè)具體的例子讓學(xué)生自主討論，在討論與交流中自主升華為物理中的概念.
2.通過參考系的學(xué)習(xí)，知道從不同角度研究問題的方法.讓學(xué)生從熟悉的常見現(xiàn)象和已有的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，體驗(yàn)不同參考系中運(yùn)動(dòng)的相對性，揭示參考系在確定物體運(yùn)動(dòng)時(shí)客觀存在的必要性和合理性，促使學(xué)生形成勤于觀察、勤于思考的習(xí)慣，提高學(xué)生自主獲取知識(shí)的能力.
3.體會(huì)用坐標(biāo)方法描述物體位置的優(yōu)越性，可用不同的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并體會(huì)比較，增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并力求解決問題的意識(shí)和能力.

情感態(tài)度與價(jià)值觀
1.認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)是宇宙中的普遍現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)和靜止的相對性.培養(yǎng)學(xué)生熱愛自然、關(guān)心科技發(fā)展、勇于探索的精神.
2.通過質(zhì)點(diǎn)概念和參考系的學(xué)習(xí)，體會(huì)物理規(guī)律與生活的聯(lián)系.
3.滲透抓住主要因素，忽略次要因素的哲學(xué)思想.
4.滲透具體問題具體分析的辯證唯物主義思想，幫助學(xué)生建立辯證唯物主義的世界觀.
5.通過本節(jié)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理課程的興趣.
教學(xué)重點(diǎn)
1.理解質(zhì)點(diǎn)概念以及初步建立質(zhì)點(diǎn)概念所采用的抽象思維方法.
2.在研究具體問題時(shí)，如何選取參考系.
3.如何用數(shù)學(xué)上的坐標(biāo)軸與實(shí)際的物理情景結(jié)合起來建立坐標(biāo)系.
教學(xué)難點(diǎn)
在什么情況下可以把物體看作質(zhì)點(diǎn)，即將一個(gè)實(shí)際的物體抽象為質(zhì)點(diǎn)的條件.
教具準(zhǔn)備
錄像資料、多媒體課件
課時(shí)安排
1課時(shí)
教學(xué)過程
［新課導(dǎo)入］
師：請同學(xué)們觀看一段錄像后思考問題（有關(guān)運(yùn)動(dòng)的話題）.
（放映錄像）選擇有關(guān)反映物體運(yùn)動(dòng)的畫面播放給學(xué)生看（可搜集整理電視片《科技之光》和《動(dòng)物世界》中的圖像）. 如：雄鷹、小鳥在空中飛翔，飛機(jī)在天空中劃過，行星、衛(wèi)星在宇宙中運(yùn)行，航天員楊利偉在宇航艙中給地球拍照，汽車在公路飛馳，輪船在海水中搏擊海浪。……
師：雄鷹在空中翱翔，足球在綠茵場上飛滾，連靜靜的山川也在“坐地日行八萬里”……宇宙中的一切物體都在不停地運(yùn)動(dòng)，無論是巨大的天體，還是微小的原子、分子等.請大家根據(jù)剛才觀看的錄像片，回顧初中學(xué)過的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，提出一些關(guān)于運(yùn)動(dòng)的話題.
生1：宇宙中一切物體都處在永恒的運(yùn)動(dòng)中.
生2：運(yùn)動(dòng)是絕對的，靜止是相對的.
生3：物體空間位置隨時(shí)間的變化就是機(jī)械運(yùn)動(dòng)，片中記錄了大量物體的運(yùn)動(dòng)情景.
生4：描述物體的運(yùn)動(dòng)要選擇參照物.
生5：“坐地日行八萬里”，我怎么沒感覺到呢？
……
教師總結(jié)學(xué)生發(fā)言，講述機(jī)械運(yùn)動(dòng).
機(jī)械運(yùn)動(dòng)：簡稱“運(yùn)動(dòng)”.指物體與物體間或是物體的一部分和另一部分間相對位置隨時(shí)間發(fā)生改變的過程，是最基本、最簡單、最普遍的運(yùn)動(dòng)形式.機(jī)械運(yùn)動(dòng)是空間位置隨時(shí)間變化的體現(xiàn).這里涉及到空間和時(shí)間的問題.
師：古希臘杰出的哲學(xué)家、科學(xué)家、圣賢――亞里士多德曾說過“不了解運(yùn)動(dòng)，就不了解自然”，這句話向我們提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn).我們要充滿信心，迎接這一挑戰(zhàn).
指導(dǎo)學(xué)生快速閱讀教材第一段，并粗看這節(jié)課的黑體字標(biāo)題，提出問題：要描述物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，本節(jié)課將從哪幾個(gè)方面去描述？
學(xué)生通過閱讀、思考，對本節(jié)涉及的概念有個(gè)總體印象，知道這些概念都是為了進(jìn)一步描述物體的運(yùn)動(dòng)而引入的，要研究物體的運(yùn)動(dòng)首先從學(xué)好這些基本概念入手.
師：我們在剛才的錄像片中看到：汽車在公路上飛馳，江水在咆哮著奔向遠(yuǎn)方，鳥兒在飛翔，樹葉在搖動(dòng)，高山上流水，瀑布直瀉千尺，雪花在空中飛舞……
（放映錄像）（播放“神舟”五號(hào)升空的錄像片）“2003年10月15日，一個(gè)令人驕傲的日子，一個(gè)彪炳史冊的日子，我國第一艘載人飛船滿載著全國人民的希望成功升空.”
師：飛船在茫茫太空中遨游，假如你是文學(xué)家，你如何描述它的運(yùn)動(dòng)呢？
參考：文學(xué)家的描述：《光明日報(bào)》2003年10月17日第一版，作者歐陽中石：“凌云戲月游銀漢，轉(zhuǎn)瞬翔天過太空.”
師：如果你是科學(xué)家，你又將如何描述呢？這就是我們今天要研究的課題――認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng).
［新課教學(xué)］
一、物體和質(zhì)點(diǎn)
針對上面看過的錄像，老師提出問題：
詳細(xì)描述物體的運(yùn)動(dòng)有什么困難？
我們需要了解物體各部分運(yùn)動(dòng)的區(qū)別嗎？
學(xué)生討論：
要準(zhǔn)確描述物體的運(yùn)動(dòng)，特別是物體各部分的詳細(xì)運(yùn)動(dòng)情況，并不是一件很容易的事.
因?yàn)?物體本身都有一定的大小和形狀，物體各部分的運(yùn)動(dòng)情況一般并不一樣.
師：在剛才看過的錄像片中，我們見到了楊利偉，看到了“神舟”五號(hào).據(jù)報(bào)道，“神舟”五號(hào)飛船載人艙長7.4 m，直徑2.8 m，用長58 m、重達(dá)480 t的“長征”2號(hào)火箭發(fā)射.升空后，顯示在指揮部熒光屏上的僅是一個(gè)小小的光點(diǎn).科學(xué)家研究它在空中的位置、離開地面的高度、飛行的速度、運(yùn)動(dòng)軌道等問題時(shí)，需要考慮它本身的大小和形狀嗎？
生：不需要，我們可以用熒光屏上的小光點(diǎn)代替這個(gè)“龐大”的飛船呀！
引入質(zhì)點(diǎn)：用來代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn).根據(jù)所研究問題的性質(zhì)和需要，抓住問題中的主要因素，忽略次要因素，建立一種理想化的模型，使復(fù)雜問題得到簡化，這是一種重要的科學(xué)研究方法.
引子：乒乓球小而輕，直徑僅4 cm，質(zhì)量約2.7 g.運(yùn)動(dòng)員研究各種旋轉(zhuǎn)球的打法時(shí)，要關(guān)注球的受力部位和受力方向?qū)π�轉(zhuǎn)的影響.這種情況下，必須考慮到球的大小和形狀，不能把它簡化為一個(gè)點(diǎn).
【討論與交流】（供參考）
1.地球是一個(gè)龐然大物，直徑約為12 800 km，與太陽相距1.5×108 km.研究地球繞太陽的公轉(zhuǎn)時(shí)，能不能把它看成質(zhì)點(diǎn)?研究地面上各處季節(jié)變化時(shí)，能不能把它看成質(zhì)點(diǎn)?
參考答案：若研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)，由于地球本身的大小比地球到太陽的距離小得多，則可以把地球看作質(zhì)點(diǎn)；但若研究地面上各處季節(jié)變化時(shí)，則不能把其看作質(zhì)點(diǎn).
2.撐桿跳高是一項(xiàng)非常刺激的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，一般來說可以把撐桿跳運(yùn)動(dòng)分為如下幾個(gè)階段：助跑、撐桿起跳、越過橫桿.討論并思考后回答，在下列幾種情況下運(yùn)動(dòng)員能否被看作質(zhì)點(diǎn)，從中體會(huì)質(zhì)點(diǎn)模型的建立過程.
（1）教練員針對訓(xùn)練錄像糾正運(yùn)動(dòng)員的錯(cuò)誤時(shí)，能否將運(yùn)動(dòng)員看成質(zhì)點(diǎn)？
（2）分析運(yùn)動(dòng)員的助跑速度時(shí)，能否將其看成質(zhì)點(diǎn)？
（3）測量其所跳高度（判斷其是否打破紀(jì)錄）時(shí)，能否將其看成質(zhì)點(diǎn)？
參考答案：（1）不能，糾正錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)不能忽略運(yùn)動(dòng)員的姿勢及動(dòng)作，也就是說不能忽略運(yùn)動(dòng)員的形狀和大小.（2）能，分析助跑速度時(shí)，可以忽略運(yùn)動(dòng)員的姿勢及動(dòng)作.（3）能.
3.物理中的“質(zhì)點(diǎn)”跟幾何中的點(diǎn)有什么相同和不同之處？
參考答案：相同之處為：都是沒有形狀和大小的點(diǎn).不同之處為：質(zhì)點(diǎn)是實(shí)際物體的抽象，它具有一定的物理內(nèi)涵，不僅具有物體的全部質(zhì)量，而且是一個(gè)相對的概念；幾何學(xué)中的點(diǎn)沒有質(zhì)量，僅表示一個(gè)位置，而且應(yīng)該是“絕對得小”.
師：請同學(xué)們對質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行小結(jié)：
生：對質(zhì)點(diǎn)小結(jié)：
1.質(zhì)點(diǎn)是一種科學(xué)抽象，是一種理想化的模型.
2.質(zhì)點(diǎn)是對實(shí)際物體的近似，這也是物理學(xué)中常用的一種重要的研究方法.
3.一個(gè)物體能否看成質(zhì)點(diǎn)，取決于它的形狀和大小在所研究問題中是否可以忽略不計(jì)，而跟自身體積的大小、質(zhì)量的多少和運(yùn)動(dòng)速度的大小無關(guān).
4.一個(gè)物體能否被看作質(zhì)點(diǎn)，取決于所研究問題的性質(zhì).即使是同一個(gè)物體，在研究的問題不同時(shí)，有的情況下可以看作質(zhì)點(diǎn)，而有的情況可能不可以看作質(zhì)點(diǎn).
【課堂探究】
親自做一做、試一試，書本在下列情景中能否被看成質(zhì)點(diǎn).
1.沿一個(gè)方向推動(dòng)桌面上的書本，如果測量書本移動(dòng)的距離，是否可以將書本視為質(zhì)點(diǎn)，為什么？
2.如果測定書本經(jīng)過桌面上方某一定點(diǎn)所需要的時(shí)間，是否可以將書本視為質(zhì)點(diǎn)，為什么？
3.還有什么情況下書本可以被視為質(zhì)點(diǎn)？什么情況下書本不能被視為質(zhì)點(diǎn)？
參考答案：
1.沿同一個(gè)方向移動(dòng)書本時(shí)，書本各部分的運(yùn)動(dòng)情況完全相同，可以將它視為質(zhì)點(diǎn).
2.相對桌面上方的某一定點(diǎn)來說，書本本身的長度（或?qū)挾龋┎荒芎雎�，并對�?jīng)過該定點(diǎn)位置所需要的時(shí)間起決定作用，所以這種情況下不能將書視為質(zhì)點(diǎn).
3.答案視學(xué)生提出的問題而定（根據(jù)學(xué)生提出的各種情景，老師進(jìn)行準(zhǔn)確恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)撥）.
說明：
將物體看作質(zhì)點(diǎn)的條件：
（1）平動(dòng)的物體可以看作質(zhì)點(diǎn)，一般研究物體的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不能把物體看作質(zhì)點(diǎn).
（2）物體有轉(zhuǎn)動(dòng)，但物體的轉(zhuǎn)動(dòng)不是我們所要研究的主要問題時(shí)，物體本身的形狀和大小已變成了次要因素.
（3）物體本身的大小對所研究的問題不能忽略時(shí)，不能把物體看作質(zhì)點(diǎn)，如研究火車過橋的時(shí)間時(shí)就不能把火車看作質(zhì)點(diǎn).
【課堂訓(xùn)練】
1.下列關(guān)于質(zhì)點(diǎn)的說法中，正確的是
A.體積很小的物體都可看成質(zhì)點(diǎn)
B.質(zhì)量很小的物體都可看成質(zhì)點(diǎn)
C.不論物體的質(zhì)量多大，只要物體的尺寸跟物體間距相比甚小時(shí)，就可以看成質(zhì)點(diǎn)
D.只有低速運(yùn)動(dòng)的物體才可看成質(zhì)點(diǎn)，高速運(yùn)動(dòng)的物體不可看作質(zhì)點(diǎn)
答案：C
解析：一個(gè)實(shí)際物體能否看成質(zhì)點(diǎn)，跟它體積的絕對大小、質(zhì)量的多少以及運(yùn)動(dòng)速度的高低無關(guān)，決定于物體的尺寸與物體間距相比的相對大小.例如，地球可稱得上是個(gè)龐然大物，其直徑約為1.28×107 m，質(zhì)量達(dá)到6×1024 kg，在太空中繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度每秒幾百米.由于其直徑與地球離太陽的距離（約1.5×1011 m）相比甚小，因此在研究地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，完全可以忽略地球的形狀、大小及地球自身的運(yùn)動(dòng)，把它看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn).
2.在以下的哪些情況中可將物體看成質(zhì)點(diǎn)?
（1）研究某學(xué)生騎車回校的速度.
（2）對這位學(xué)生騎車姿勢進(jìn)行生理學(xué)分析.
（3）研究火星探測器從地球到火星的飛行軌跡.
（4）研究火星探測器降落火星后如何探測火星的表面.
答案：（1）（3）
解析：根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的定義，研究學(xué)生騎車回校的速度只是討論學(xué)生與學(xué)校之間的位置隨時(shí)間的變化關(guān)系，無須討論學(xué)生的騎車動(dòng)作和自行車的行駛方法原理，故可把其看成質(zhì)點(diǎn).對學(xué)生的騎車姿勢進(jìn)行分析時(shí)，學(xué)生的身軀和四肢就構(gòu)成研究的對象，故不能把學(xué)生看成質(zhì)點(diǎn).火星探測器的大小相對地球與火星的距離在尺寸上完全可以忽略不計(jì)，故可把其看成質(zhì)點(diǎn).當(dāng)火星探測器在火星表面探測火星，則探測器的動(dòng)作直接影響探測的效果，所以，此時(shí)火星探測器不能看成質(zhì)點(diǎn).
3.下列情形中的物體可以看作質(zhì)點(diǎn)的是
A.跳水冠軍郭晶晶在跳水比賽中
B.一枚硬幣用力上拋，猜測它落地時(shí)是正面朝上還是反面朝上
C.奧運(yùn)會(huì)冠軍邢慧娜在萬米長跑中
D.花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員在比賽中
答案：C
解析：在跳水比賽中，人們要觀察跳水運(yùn)動(dòng)員的優(yōu)美動(dòng)作，包括空中的和入水時(shí)的動(dòng)作，所以不能看作質(zhì)點(diǎn)，故A錯(cuò).硬幣是正面朝上還是反面朝上，與硬幣的形狀有密切關(guān)系，所以不能看作質(zhì)點(diǎn)，故B錯(cuò).邢慧娜在萬米長跑中是可以看成質(zhì)點(diǎn)的，因?yàn)樵陂L跑中主要看她所用的時(shí)間，不考慮本身的形狀和大小，所以可以看成質(zhì)點(diǎn)，故C正確.花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員在比賽中主要是觀察滑冰的動(dòng)作，即“花樣”，所以不能看作質(zhì)點(diǎn)，故D錯(cuò).
二、參考系
引子：請你設(shè)想一下，你和一位同伴正坐在火車中去旅行.鐵路邊的人看到火車中的乘客在飛快地離去，而乘客自己卻認(rèn)為自己是靜止的.
教師可展示Flash動(dòng)畫課件，動(dòng)畫內(nèi)容描述為：
兩位同學(xué)在路邊看到急馳而過的一輛小汽車，大聲叫喊，
“唉呀!你看他們跑得真快啊!”
車中的人對司機(jī)說：“你動(dòng)了嗎？”
引導(dǎo)學(xué)生分析片中的對話.為什么路邊的同學(xué)說車上的人跑得快？為什么車中的一個(gè)人又認(rèn)為他和司機(jī)沒有動(dòng)？
投影教材中的圖1.1－3圖，讓學(xué)生自己分析，教師加以引導(dǎo).
生1：車中兩個(gè)小孩都是靜止的，他們都沒動(dòng).
生2：這兩個(gè)小孩是運(yùn)動(dòng)的，因?yàn)樵谲嚧安Ａ�上有幾個(gè)線條表示“風(fēng)”，這是畫家描述運(yùn)動(dòng)時(shí)常用的手法.
師：兩個(gè)小孩和車都是運(yùn)動(dòng)的，這是相對地面來說的，而兩個(gè)小孩之間是相對靜止的，他們的相對位置沒有改變.
師：平時(shí)我們說樹木、房屋是靜止的，行駛的汽車是運(yùn)動(dòng)的，這是以地面作標(biāo)準(zhǔn)來說的.坐在行駛的火車?yán)锏某丝�，認(rèn)為自己是靜止的，而在車廂里走動(dòng)的乘務(wù)員在運(yùn)動(dòng)，他還認(rèn)為路旁的樹木在向后倒退，這些都是以車廂作標(biāo)準(zhǔn)來說的.在描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，選來作為標(biāo)準(zhǔn)的另外的物體――參考系.
參考系：任何運(yùn)動(dòng)都是相對于某個(gè)參照 物而言的，這個(gè)選來作標(biāo)準(zhǔn)的參照物稱為參考系.
【討論與交流】
與同桌和前排（或后排）同學(xué)組成四人一組，思考并交流討論下列描述中隱含的參考系.
展示問題：
1.電影《閃閃的紅星》中有兩句歌詞：“小小竹排江中游，巍巍青山兩岸走.”這其中分別描述 了兩種運(yùn)動(dòng)情景，那么它們分別是以什么為參考系的？
2.“月亮在蓮花般的云朵里穿行.”
3.坐在美麗的校園內(nèi)學(xué)習(xí)毛澤東的詩句“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”時(shí)，我們感覺是靜止不動(dòng)的.這與詩句里的描述是否矛盾?說明理由.
4.敦煌曲子詞中有這樣的詩句：“滿眼風(fēng)波多閃爍，看山恰似走來迎，仔細(xì)看山山不動(dòng)，是船行.”其中“看山恰似走來迎”和“是船行”所選的參考系分別是什么?
參考答案：
1.河岸竹排.
2.云朵
3.地心、地面.這種說法不矛盾，是參考系的選擇不同.人隨地球一起圍繞地軸自轉(zhuǎn)，而且地球赤道周長大約是s=4.0×104 km，即大約為八萬里.
4.這兩種現(xiàn)象是由于選取的參考系不同造成的.第一種現(xiàn)象是以人為參考系，人看到遠(yuǎn)處的山向人靠近；第二種現(xiàn)象是以地面為參考系，山是靜止的，船在行駛.
【課堂交流】（分四小組進(jìn)行）
師：下述物理過程中選擇什么為參考系較恰當(dāng)？
課件投影問題：
1.2004年，所有的目光都集中在火星.繼美國宇航局的兩臺(tái)火星探險(xiǎn)漫游者“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)之后，歐洲的火星快車飛船已順利地將“獵兔犬”2號(hào)火星登陸車投放至火星表面.從地球表面向火星發(fā)射火星探測器的過程中，若要研究探測器的運(yùn)動(dòng)情況，各應(yīng)選擇什么為參考系?
參考答案：前者為地球，后者為火箭.
2.在印度洋海嘯救災(zāi)中，從水平勻速航行的飛機(jī)上向受災(zāi)的地區(qū)空投救災(zāi)物資.在不考慮空氣阻力的情況下，飛機(jī)上的人以飛機(jī)作參考系，他看到投下的物體是沿什么路線下落的？地面上的人以地面作參考系，觀察被投下的物體又是沿著什么路線下落的?
參考答案：前者為豎直直線，后者為曲線（拋物線）.
3.第一次世界大戰(zhàn)期間的一次空戰(zhàn)中，一個(gè)法國飛行員正在2 000米高的空中飛行，忽然，他發(fā)現(xiàn)臉旁好像有一個(gè)小東西在飛舞，他以為是一只小昆蟲，于是就伸手輕松地把它抓了過來，仔細(xì)一看，把他嚇出一身冷汗來.他抓住的不是別的，是德國飛機(jī)射向他的一顆子彈.請根據(jù)上述信息討 論回答以下問題，并注意體會(huì)參考系的選取與運(yùn)動(dòng)的相對性.
（1）子彈飛得那么快（一般為幾百米每秒），為什么沒有把他的手打穿？體會(huì)一下，同一物體相對于不同的參考系運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同嗎？
（2）受類似現(xiàn)象的啟發(fā)，人們實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)在飛行途中進(jìn)行空中加油，在航天飛行中，宇宙飛船發(fā)射到太空和正在繞地球運(yùn)動(dòng)的空間站實(shí)行空中對接.實(shí)現(xiàn)“空中加油”和“空中對接”應(yīng)滿足的基本條件是什么？
參考答案：
（1）因同一物體相對于不同的參考系有不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相對于發(fā)射子彈的槍而言，子彈的初速度雖然為幾百米每秒，但相對于其他以不同方向和速度運(yùn)動(dòng)著 的物體，其運(yùn)動(dòng)速度就會(huì)有明顯不同.當(dāng)子彈和飛機(jī)的速度大小方向相同，則子彈相對于飛機(jī)靜止，即出現(xiàn)上述情況.
（2）除了飛行員具有高超的飛行技術(shù)外，相對于同一參考系時(shí)兩個(gè)“物體”的速度要相同，即二者相對速度為零，處于相對靜止?fàn)顟B(tài)即可完成.
4.1997年6月10日，在我國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征一號(hào)”運(yùn)載火箭成功發(fā)射的“風(fēng)云二號(hào)A”氣象衛(wèi)星，是我國研制成功的第一顆靜止氣象衛(wèi)星，設(shè)計(jì)工作歷時(shí)三年.2000年6月25日，“長征三號(hào)”運(yùn)載火箭又將我國自行研制的第二顆“風(fēng)云二號(hào)B”氣象衛(wèi)星成功發(fā)射上天，在太空中順利完成與A星的“新老交替”，最終定點(diǎn)在東經(jīng)105°赤道上空，向地面?zhèn)骰刂袊�及周邊地區(qū)的高質(zhì)量的氣象資料.
（1）上述材料中的“靜止氣象衛(wèi)星”“最終定點(diǎn)在東經(jīng)105°赤道上空”，是以誰為參考系來描述衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)的？
（2）具有上述特點(diǎn)的衛(wèi)星稱為“同步衛(wèi)星”.除了“氣象衛(wèi)星”外，“同步衛(wèi)星”還有什么用途？
參考答案：
（1）是以地球?yàn)閰⒖枷�，且處于相對靜止?fàn)顟B(tài).
（2）通訊衛(wèi)星.
【課堂探究】
一跳傘運(yùn)動(dòng)員在下落過程中，看到身旁的直升機(jī)在向上運(yùn)動(dòng)，則直升機(jī)相對于地面的運(yùn)動(dòng)情況是怎樣的？
參考答案：跳傘運(yùn)動(dòng)員在下落過程中，看到身旁的直升機(jī)在向上運(yùn)動(dòng)，是以自己作參考系，即以跳傘運(yùn)動(dòng)員為標(biāo)準(zhǔn)，它們間的距離在不斷增大.如果以地面為參考系，這種情況的出現(xiàn)有以下幾種可能性：（1）直升機(jī)靜止在空中不動(dòng)；（2）直升機(jī)向上升；（3）直升機(jī)下落，但速度比跳傘運(yùn)動(dòng)員慢.以上三種情況都能使跳傘運(yùn)動(dòng)員與直升機(jī)間的距離不斷增大.因此，跳傘運(yùn)動(dòng)員無法根據(jù)自己看到的現(xiàn)象來判斷直升機(jī)相對于地面的運(yùn)動(dòng)情況.
師：參考系可以任意選擇嗎？
將教材圖1.1－4做成動(dòng)畫課件，展示給學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生分析其中的對話.
說明：為了確定物體的位置和描述物體的運(yùn)動(dòng)而被選作參考的物體或物體系叫做參考系.如果物體相對于參考系的位置在變化，則表明物體相對于該參考系在運(yùn)動(dòng)；如果物體相對于參考系的位置不變，則表明物體相對于該參考系是靜止的.同一物體相對于不同的參考系，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以不同.在運(yùn)動(dòng)學(xué)中，參考系的選擇可以是任意的.研究和描述物體運(yùn)動(dòng)，只有在選定參考系后才能進(jìn)行.如何選擇參考系，必須從具體情況來考慮.例如，一個(gè)星際火箭在剛發(fā)射時(shí)，主要研究它相對于地面的運(yùn)動(dòng)，所以把地球選作參考系.但是，當(dāng)火箭進(jìn)入繞太陽運(yùn)行的軌道時(shí)，為研究方便，便將太陽選作參考系.為研究物體在地面上的運(yùn)動(dòng)，選地球作參考系最方便，例如，觀察坐在飛機(jī)里的乘客，若以飛機(jī)為參考系來看，乘客是靜止的；若以地面為參考系來看，乘客是在運(yùn)動(dòng).因此，選擇參考系是研究問題的關(guān)鍵之一.
組織學(xué)生小結(jié)并作好適時(shí)適度的引導(dǎo)：
（1）運(yùn)動(dòng)和靜止都是相對于參考系的.
（2）參考系的選取是任意的.
（3）選擇不同的參考系，觀察的結(jié)果可能不一樣，也可能一樣.
（4）選擇參考系時(shí)，應(yīng)使物體運(yùn)動(dòng)的描述盡可能簡單、方便.
（5）比較兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況，必須選擇同一參考系才有意義.
三、坐標(biāo)系
展示問題：
有時(shí)需要準(zhǔn)確地描述某個(gè)物體所在的位置，如地理上用緯度和經(jīng)度來確定某個(gè)地點(diǎn).在軍事、大地測量等領(lǐng)域常采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）來確定方位.
要準(zhǔn)確地描述物體的位置及位置變化需要建立坐標(biāo)系.如果物體在一維空間運(yùn)動(dòng)，即沿一條直線運(yùn)動(dòng)，只需建立直線坐標(biāo)系，就能準(zhǔn)確表達(dá)物體的位置；如果物體在二維空間運(yùn)動(dòng)，即在同一平面運(yùn)動(dòng)，就需要建立平面直角坐標(biāo)系來描述物體的位置；當(dāng)物體在三維空間運(yùn)動(dòng)時(shí)，則需要建立三維直角坐標(biāo)系來描述.
【課堂探究】
創(chuàng)設(shè)一個(gè)實(shí)例讓學(xué)生思考，可以結(jié)合本地實(shí)際選取相應(yīng)的例子.
參考示例：
如圖1－1－1所示，一輛汽車從天安門沿長安街駛向西單、南菜園方向，思考汽車的位置隨時(shí)間怎樣變化？

問題：
1.如何選擇坐標(biāo)軸和正方向？
2.如何選擇坐標(biāo)原點(diǎn)？
3.如何確定坐標(biāo)軸上的刻度值？

圖1－1－1
師：對質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)，一般選質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為坐標(biāo)軸，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向，選取質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過坐標(biāo)軸原點(diǎn)的時(shí)刻為時(shí)間的起點(diǎn).
師：畫坐標(biāo)系時(shí)，必須標(biāo)上原點(diǎn)、正方向和單位長 度.
【課堂訓(xùn)練】
一質(zhì)點(diǎn)在x軸上運(yùn)動(dòng)，各個(gè)時(shí)刻的位置坐標(biāo)如下表：
t/s012345
x/m05?4?1?71
（1）請?jiān)谙旅娴膞軸上標(biāo)出質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位置.

圖1－1－2
（2）哪個(gè)時(shí)刻離坐標(biāo)原點(diǎn)最遠(yuǎn)？有多遠(yuǎn)？
參考答案：（1）如圖1－1－3標(biāo)注：

圖1－1－3
（2）在第4 s末的位置坐標(biāo)是－7 m，說明這一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)離開坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為7 m，在x軸的負(fù)向上，為最遠(yuǎn)，而其他幾個(gè)都不是最遠(yuǎn)的.
【討論與交流】
問題：田徑場上，描述百米運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中的位置，需建立什么樣的坐標(biāo)系？描述800米賽跑運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中的位置需建立什么樣的坐標(biāo)系？足球場上，描述足球運(yùn)動(dòng)員的位置需建立什么樣的坐標(biāo)系？要描述足球的位置呢？
參考答案：百米運(yùn)動(dòng)員是在一條直線上運(yùn)動(dòng)，所以應(yīng)建立直線坐標(biāo)系；800米賽跑運(yùn)動(dòng)員不是在一條直線上運(yùn)動(dòng)，而是在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，所以應(yīng)建立平面直角坐標(biāo)系；足球運(yùn)動(dòng)員也是在球場平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，也要建立平面直角坐標(biāo)系，而足球的運(yùn)動(dòng)可以在草坪上進(jìn)行，也可以在空中飛行，所以要建立立體空間直角坐標(biāo)系.
學(xué)生閱讀教材“科學(xué)漫步”欄目并思考書中提出的問題.
參考答案：從GPS定位器上顯示屏中的信息可以知道：第1行的“西”和第2行的“航向267°”表示的是航向，如圖1－1－4所示.“航速0.0 km”說明定位器現(xiàn)在相對地面靜止.第3行的“航程1.0 km”是指從出發(fā)到現(xiàn)在的里程，“累計(jì)13：32”是指從開始啟動(dòng)定位器到現(xiàn)在的時(shí)間.第4行的“N39°55.451′”和“E116°23.504′”是指定位器所處 位置在北緯39°55.451′、東經(jīng)116°23.504′.第5行“時(shí)間：10：29：57”顯示的是北京時(shí)間10點(diǎn)29分57秒.通過地理知識(shí)或查閱地圖手冊可以知道定位器此刻正處于北京市城區(qū)的西部.

圖1－1－4
［小結(jié)］
本節(jié)學(xué)習(xí)的參考系和質(zhì)點(diǎn)的概念是運(yùn)動(dòng)學(xué)甚至整個(gè)力學(xué)的最基本、最重要的概念，并且還提供了重要的科學(xué)思維方法.了解參考系的概念，對于觀察、比較、研究物體的運(yùn)動(dòng)有實(shí)際的意義.同學(xué)們要明白，嚴(yán)格意義上的“有質(zhì)量的點(diǎn)”實(shí)際上是不存在的，是一種理想化模型，是對實(shí)際物體的近似，是一種科學(xué)抽象.自然界中任何一種事物及其運(yùn)動(dòng)變化，都是比較復(fù)雜的，研究問題，要暫時(shí)撇開起作用很小的因素，抓住主要因素.如果在我們研究的問題中，物體的形狀、大小，以及物體上各部分運(yùn)動(dòng)的差異是次要的或不起作用的，就可以把它看成質(zhì)點(diǎn).
［布置作業(yè)］
教材第13頁問題與練習(xí).
［課外訓(xùn)練］
1.在下列各運(yùn)動(dòng)的物體中，可視為質(zhì)點(diǎn)的有
A.汽車的后輪，研究汽車牽引力的來源
B.沿斜槽下滑的小鋼球，研究它沿斜槽下滑的速度
C.人造衛(wèi)星，研究它繞地球的轉(zhuǎn)動(dòng)
D.海平面上的木箱，研究它在水平力作用下是先滑動(dòng)還是先滾動(dòng)
2.分析下列運(yùn)動(dòng)中研究對象能否當(dāng)作質(zhì)點(diǎn).
（1）做花樣溜冰的運(yùn)動(dòng)員；
（2）運(yùn)行中的人造地球衛(wèi)星；
（3）轉(zhuǎn)動(dòng)著的砂輪；
（4）從斜面上滑下的木塊.
3.一列火車停靠在站臺(tái)上，車廂內(nèi)的人看著窗外另一列火車，感覺到自己乘坐的火車又開動(dòng)了，可等一會(huì)兒卻發(fā)現(xiàn)自己乘坐的火車還在站臺(tái)上未動(dòng).你有過類似的經(jīng)歷嗎？出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是什么？
4.請你畫出從家出發(fā)到達(dá)學(xué)校的路線圖，嘗試描述你的位置隨時(shí)間變化的關(guān)系圖.如果提前十分鐘到達(dá)學(xué)校，那么把你經(jīng)過各處的時(shí)間也標(biāo)在圖上.
參考答案
1.答案：BC
解析：汽車牽引力的來源跟后輪轉(zhuǎn)動(dòng)情況有關(guān)，此時(shí)汽車后輪不能視為質(zhì)點(diǎn).小鋼球下滑的速度與球大小無關(guān)，可視作質(zhì)點(diǎn).研究人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，衛(wèi)星的形狀、大小可以不考慮，可視為質(zhì)點(diǎn).木箱在水平力作用下是否滾動(dòng)，與力作用點(diǎn)位置有關(guān)，物體大小不能忽略，故不能看作質(zhì)點(diǎn).實(shí)際物體能否被看作質(zhì)點(diǎn)，關(guān)鍵看物體大小、形狀對所研究的問題是否有影響，若 沒有影響，則物體可看作質(zhì)點(diǎn).所以正確選項(xiàng)應(yīng)為B、C.
2.答案：（1）花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作復(fù)雜，既有旋轉(zhuǎn)也有平移.若對運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作進(jìn)行技術(shù)分析，顯然不能把其視為質(zhì)點(diǎn)，但若只研究運(yùn)動(dòng)員滑冰場上的滑行路線，也可把運(yùn)動(dòng)員視為質(zhì)點(diǎn).（2）若只研究人造地球衛(wèi)星繞地球的軌道運(yùn)動(dòng)，由于人造衛(wèi)星本身的大小與衛(wèi)星離地球的距離小得多，則應(yīng)把人造地球衛(wèi)星看作質(zhì)點(diǎn)；但若對人造地球衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整控制，則不能把其看作質(zhì)點(diǎn).（3）砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，砂輪各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)情況與砂輪的大小和形狀有關(guān)，故不能把砂輪看作質(zhì)點(diǎn).（4）從斜面上滑下的木塊，其各部分的運(yùn)動(dòng)情況都相同，故可把木塊看作質(zhì)點(diǎn).
3.答案：車廂內(nèi)的人是注視另一站臺(tái)的火車，即人的視線已經(jīng)離開了地面，人不以自身為參考系，就會(huì)以另一站臺(tái)的火車為參考系，顯然，人習(xí)慣于以自身為參考系，故有此感覺.生活中學(xué)生和教師在乘坐汽車時(shí)也會(huì)有類似的經(jīng)歷，可以用語言引導(dǎo)學(xué)生說出自己的感受，一般會(huì)出現(xiàn)同樣感覺（特別是防震功能較好的高檔汽車）.
4.參考提示：仿照坐標(biāo)系欄目下的課堂探究建立平面直角坐標(biāo)系，刻度比例要盡量符合實(shí)際.通過實(shí)際測量盡可能地準(zhǔn)確描述.
板書設(shè)計(jì)
1 質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系
機(jī)械運(yùn)動(dòng)：簡稱“運(yùn)動(dòng)”，指物體與物體間或是物體的一部分和另一部分間相對位置隨時(shí)間發(fā)生改變的過程，是最基本、最簡單、最普遍的運(yùn)動(dòng)形式.
物體和質(zhì)點(diǎn)參考系坐標(biāo)系
概念用來代替物體的有質(zhì)量的點(diǎn).描述物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，選擇用來作參考的物體稱為參考系.為了定量地描述物體的位置及位置的變化，而需要在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系.
說明（1）質(zhì)點(diǎn)是一種科學(xué)抽象，是一種理想化的模型.
（2）質(zhì)點(diǎn)是對實(shí)際物體的近似，這也是物理學(xué)中常用的一種重要的研究方法.
（3）一個(gè)物體能否看成質(zhì)點(diǎn)，取決于它的形狀和大小在所研究問題中是否可以忽略不計(jì)，而跟自身體積的大小、質(zhì)量的多少和運(yùn)動(dòng)速度的大小無關(guān). （1）運(yùn)動(dòng)和靜止都是相對于參考系的.
（2）參考系的選取是任意的.
（3）選擇不同的參考系，觀察的結(jié)果可能不一樣，也可能一樣.
（4）選擇參考系時(shí)，應(yīng)使物體運(yùn)動(dòng)的描述盡可能簡單、方便.
（5）比較兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況，必須選擇同一參考系才有意義.（1）描述直線運(yùn)動(dòng)的物體的位置變化，可以建立一維直線坐標(biāo)系.
（2）描述平面上運(yùn)動(dòng)的物體的位置變化，可以建立二維平面直角坐標(biāo)系.
（3）描述立體空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的物體的位置變化，可以建立三維立體空間坐標(biāo)系.
活動(dòng)與探究
探究活動(dòng)的主題：亞里士多德和伽利略對物體運(yùn)動(dòng)的研究
通過查找資料或上網(wǎng)等方式，了解討論亞里士多德和伽利略對物體運(yùn)動(dòng)的研究在科學(xué)發(fā)展和人類進(jìn)步上的重大意義.
步驟學(xué)生活動(dòng)教師指導(dǎo)目的
1到圖書館、上網(wǎng)查閱相關(guān)書籍.介紹相關(guān)書籍1.讓學(xué)生更多地了解亞里士多德和伽利略在科學(xué)發(fā)展和人類進(jìn)步上的重大貢獻(xiàn).
2.培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力.
2根據(jù)查閱的資料，確定文章主題和內(nèi)容.解答學(xué)生提出的具體問題.
3相互交流活動(dòng)的感受.對優(yōu)秀文章進(jìn)行點(diǎn)評.
參考資料
1.亞里士多德對運(yùn)動(dòng)的分類
亞里士多德在科學(xué)上并不是一個(gè)坐在椅子上空想的學(xué)者，他對周圍的環(huán)境進(jìn)行了敏銳的觀察.在對運(yùn)動(dòng)的觀察中，亞里士多德注意到某些運(yùn)動(dòng)無需幫助即可維持，而另外一些運(yùn)動(dòng)只有借助外界作用才能維持.亞里士多德認(rèn)為一個(gè)無需幫助的運(yùn)動(dòng)例子是：當(dāng)你把一塊石頭推出石梁，它在無明顯幫助的情況下向地面落下.亞里士多德把這種能夠自己維持的運(yùn)動(dòng)稱為自然運(yùn)動(dòng).
除固體下落外，亞里士多德還察覺到另外三種自然運(yùn)動(dòng)：瀉下或沿坡流下的液體，上升的氣體和向上跳動(dòng)的火焰.在亞里士多德看來，這四種運(yùn)動(dòng)代表了地球上能發(fā)生的四種自然運(yùn)動(dòng).他認(rèn)為，由于地球上所有的東西都由四種不同物質(zhì)或元素――土、水、氣和火構(gòu)成，而每一種元素都力圖到達(dá)不同的自然位置，所以就產(chǎn)生了自然運(yùn)動(dòng).雖然亞里士多德所說的元素不同于化學(xué)元素，但元素這個(gè)詞仍沿用至今，意指那些構(gòu)成萬物的物質(zhì).
每個(gè)亞里士多德元素都有各自固有的自然運(yùn)動(dòng)和力圖到達(dá)的固有自然位置：土元素向下運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榈厍蛑行氖撬�的自然靜止位置（有學(xué)識(shí)的古希臘人知道大地是一個(gè)球）；水向下流動(dòng)，因?yàn)樗�的自然位置剛好在土的上方；氣上升，因�(yàn)榇髿鈱邮瞧渥匀晃恢�；而火焰向上跳，這是因?yàn)槠渥匀晃恢迷跉庵��?
亞里士多德認(rèn)為萬物皆由這四種元素構(gòu)成，一個(gè)物體的自然運(yùn)動(dòng)由該物體所含的每種元素的多少而定.巖石在水中下沉，因?yàn)閹r石主要由土構(gòu)成；木頭浮在水面，因?yàn)樗�除含土外還含有氣；而熱氣上升，因?yàn)樗�含有�?
所有這些自然運(yùn)動(dòng)要么豎直向下，要么豎直向上.水平運(yùn)動(dòng)有所不同.當(dāng)你沿著道路拉一輛小車，或水平拋出一塊石頭，或在地板上推一個(gè)箱子時(shí)，是你的活動(dòng)維持著物體運(yùn)動(dòng)：你使小車運(yùn)動(dòng)；石頭因你拋出而運(yùn)動(dòng)；你必須推這個(gè)箱子.推和拉是讓小車、石頭和箱子運(yùn)動(dòng)所必需的.亞里士多德認(rèn)為，之所以需要推與拉，是因?yàn)槲矬w必須受到強(qiáng)制才會(huì)背離其自身的本性行事，換句話說，才會(huì)做與其自然運(yùn)動(dòng)完全不同的運(yùn)動(dòng).亞里士多德把所有這些強(qiáng)制的運(yùn)動(dòng)歸類為強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，意思是需要外界的推或拉來維持它.
亞里士多德認(rèn)為地球上所有的運(yùn)動(dòng)不是自然的就是強(qiáng)迫的，但是他覺察到天上的情況則完全不同.他相信月亮、太陽、行星和恒星是由地球上找不到的第五種元素――以太（來自希臘文，意為使燃燒或發(fā)光）構(gòu)成.與地上的四種元素不同，以太沒有質(zhì)量，不會(huì)腐朽（不變的，永恒的）.以太在一切方面都是完美的，它的自然位置是在天空，它的自然運(yùn)動(dòng)是環(huán)繞地球的完美的圓周運(yùn)動(dòng).這第三種運(yùn)動(dòng)叫做天體運(yùn)動(dòng).
這個(gè)理論用幾條普遍原理解釋了相當(dāng)大范圍內(nèi)的觀察結(jié)果.它是一個(gè)勝任的和有用的理論，并得到廣泛的認(rèn)可，這種情況可部分地歸因于這個(gè)理論似乎言之成理.巖石的確是自動(dòng)下落，為了維持水平運(yùn)動(dòng)的確需要推動(dòng)，而天上的運(yùn)動(dòng)也的確與地上的運(yùn)動(dòng)不同.然而我們將看到，牛頓物理學(xué)與所有這些觀念完全對立.
亞里士多德理論支持了希臘人關(guān)于地球在宇宙中地位的另一個(gè)觀念，即地球是靜止的，星星圍 繞它運(yùn)行.亞里士多德物理學(xué)解釋了這一切的原因：地球之所以不能運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)樗�主要由土元素�?gòu)成，其自然靜止位置在地球中心；而星星做圓周運(yùn)動(dòng)則由以太的本性決定；地上的物體不能像星星那樣運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榈厣蠜]有以太.亞里士多德物理學(xué)解釋了地上與天上為什么如此不同.
中世紀(jì)基督教哲學(xué)發(fā)現(xiàn)古希臘物理學(xué)和天文學(xué)與它非常合拍.地心宇宙、由可腐壞的元素構(gòu)成的地球、由可腐壞和易朽的元素構(gòu)成的人類、萬物之自然安息位置、處于永恒的天體運(yùn)動(dòng)中由不朽的以太構(gòu)成的完美天國――所有這一切都與教會(huì)神學(xué)配合得很好.因此，一直到公元1600年前后，地心天文學(xué)和亞里士多德物理學(xué)仍在歐洲文明的哲學(xué)與文化中起著核心作用.
2.亞里士多德與伽利略給我們的啟示
縱觀物理學(xué)發(fā)展的歷史長河，我們感喟人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律之曲折、艱辛、漫長；驚嘆那些在黑夜中摸索的物理學(xué)巨匠們的頑強(qiáng)、睿智、杰出.從古代的亞里士多德、阿基米德到物理學(xué)新時(shí)代的伽利略、牛頓，到近代物理學(xué)的奠基者愛因斯坦、玻爾……一代代的物理學(xué)家所代表的人類智力的自由創(chuàng)造，使我們關(guān)于物理實(shí)在的圖景的描繪愈來愈接近客觀真理，使物理學(xué)大廈逐步地趨向完美.回顧物理學(xué)的發(fā)展歷史，重溫物理學(xué)家曾經(jīng)經(jīng)歷的種種挫折與成功，猶如實(shí)施一種智力移植；通過挖掘革命性、科學(xué)性理論的創(chuàng)造性思路或者偉大科學(xué)家從事科學(xué)創(chuàng)造的思路，使我們對物理世界的認(rèn)識(shí)更科學(xué)、合理，更富于創(chuàng)見，更機(jī)智敏捷.如借鑒歷史的明鏡，依據(jù)古人曾經(jīng)產(chǎn)生過的錯(cuò)誤，預(yù)料今天初學(xué)者腦子里會(huì)出現(xiàn)的影像，未雨綢繆、 少走彎路.讓我們以亞里士多德與伽利略為例去尋求啟迪吧.
我們從教科書上曾經(jīng)結(jié)識(shí)過這兩位偉大的學(xué)者.在落體運(yùn)動(dòng)法則問題上、在力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系問題上，這兩位時(shí)隔兩千年的學(xué)者的觀點(diǎn)的確是相去甚遠(yuǎn).在16世紀(jì)以前，亞里士多德在物理學(xué)界享有至高無上的威望，致使人們的思維、觀察和知識(shí)都緊緊束縛在亞氏所寫下的那些東西上.它使人們相信地球是宇宙的中心；輕物體的自然運(yùn)動(dòng)是向上的；重物體的自然運(yùn)動(dòng)是向下的，越重的物體下落得越快；天體物質(zhì)的自然運(yùn)動(dòng)則是圍繞宇宙中心旋轉(zhuǎn)的；這些自然運(yùn)動(dòng)無須外力作用；非自然運(yùn)動(dòng)的那些物體都是由于有外力迫使；力是維持物體非自然運(yùn)動(dòng)的原因；馬車沿著馬路行駛當(dāng)然得由馬來拉動(dòng)；推一個(gè)物體的力不再去推它，原本運(yùn)動(dòng)著的物體自然便停下來……亞里士多德的觀點(diǎn)與最簡單的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)那么吻合、與人們對事物的理解程度那么相符，所以曾一代一代地被奉若神明，視作人類知識(shí)的巔峰而保持了千百年.大自然的真諦隱匿在黑夜中，謬誤使人們困惑、迷茫，人類在混沌中摸索……伽利略偉大的工作，從根本上改變了人們關(guān)于運(yùn)動(dòng)問題的概念，使物理學(xué)進(jìn)入了新時(shí)期.伽利略運(yùn)用科學(xué)的研究方法，在幾十年時(shí)間里研究落體運(yùn)動(dòng)，研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，得出了與亞里士多德截然不同的結(jié)論.現(xiàn)在我們知道，任何物體總保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，直至有外力迫使物體改變這種狀態(tài)為止；勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止才是物體的自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，力則是導(dǎo)致物體改變自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因；自由下落的物體“下落速度與下落時(shí)間成正比”.伽利略是劃時(shí)代的物理學(xué)家，正如愛因斯坦所言：伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端.
物理教科書上，亞里士多德給同學(xué)們的形象不妙，他老是出錯(cuò)，老是作出一些輕率的結(jié)論.同學(xué)們覺得亞氏實(shí)在太不高明而伽利略則比他偉大千百倍.事實(shí)上，亞里士多德是古代一位偉大的學(xué)者，一位百科全書式的大學(xué)問家，他有著成就事業(yè)的理性方法，又有幾乎無所不及的思想成果，他在哲學(xué)、邏輯學(xué)方面的成就至今還被應(yīng)用著，不過他在物理學(xué)中卻的確是錯(cuò)誤百出并且謬種流傳，整整貽誤物理 學(xué)二十個(gè)世紀(jì).亞里士多德的悲哀不在于頭腦，也不全在于時(shí)代，而在于研究方法不當(dāng).亞里士多德的物理研究方法有什么特點(diǎn)呢?或許可以用“觀察加直覺”來概括.亞里士多德觀察了眾多的自然現(xiàn)象：火焰向上竄、石頭往下落、馬車要馬拉著跑、尖厲的聲音傳得遠(yuǎn)……于是便依賴于直覺推理得出一系列直覺結(jié)論.固然，觀察與直覺對物理研究是至關(guān)重要的，詳實(shí)的觀察與良好的直覺往往導(dǎo)致偉大的發(fā)現(xiàn)，觀察使人腦累積事物的形象，形成一種潛知，直覺的想象、鑒別與啟發(fā)便使這種潛知的信息外傳.阿基米德巧解王冠之謎發(fā)現(xiàn)浮力規(guī)律、牛頓由蘋果落地而及月亮乃至天地萬物間的引力，就是亞里士多德本人也曾從觀察月食現(xiàn)象而正確判斷地球是圓球形的.然而，物理學(xué)更是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，所以根據(jù)直接觀察所得出的直覺的結(jié)論不是常常可靠的，它們有時(shí)會(huì)將人們引入歧途，將“觀察加直覺”作為物理研究的基本方法，這也正是亞里士多德物理學(xué)的失敗之所在.
伽利略是第一位創(chuàng)造通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)理論推導(dǎo)的科學(xué)研究方法的科學(xué)家.他崇尚“實(shí)驗(yàn)加推理”，他拒絕聽信任何未經(jīng)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想，哪怕那是來自于教堂或權(quán)威.伽 利略用盡畢生的精力探索落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，他首先通過落體佯謬的思想實(shí)驗(yàn)，否定亞里士多德的重物下落快的結(jié)論.通過觀察棉花、羽毛等在空氣中落下，伽利略曾經(jīng)提出過落體速度與密度成正比例的法則，然而通過科學(xué)的推理，使伽利略認(rèn)識(shí)了不易察覺的空氣阻力，從而發(fā)現(xiàn)了自己最初的法則的錯(cuò)誤，并猜想到在沒有空氣阻力的情況下，一切物體都在同樣地增加著速度.為了建立真正的落體法則，伽利略仔細(xì)地用實(shí)驗(yàn)研究了擺的運(yùn)動(dòng)和小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)格地定義了勻變速運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)出了精密的時(shí)間測量方法，盡量地消除各種阻力的影響，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具……最終找到了物體下落速度與下落時(shí)間成正比的正確法則.伽利略的貢獻(xiàn)不只是建立了一個(gè)新的法則，而且將物理學(xué)研究推向正確的軌道，從此開始了物理學(xué)的突飛猛進(jìn).
亞里士多德與伽利略的故事告訴我們，知識(shí)就是力量，而能力與方法比知識(shí)更有力量.我們每個(gè)人都同樣地?fù)碛幸粋�(gè)健全的大腦，我們每個(gè)人都應(yīng)該可以像伽利略那樣去思索.重要的是學(xué)會(huì)認(rèn)識(shí)世界的方法和具備進(jìn)行科學(xué)研究的能力.如若我們能從亞里士多德和伽利略以及其他各位偉大學(xué)者的失敗與成功中尋求啟發(fā)和借鑒，我們也將會(huì)擁有一顆杰出的閃爍著智慧之光的大腦，去容納經(jīng)典的與現(xiàn)代的物理知識(shí)，去面對已知的與未知的物理世界.

本文來自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaoer/66421.html

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