2019-2020年高中物理 1.1《質(zhì)點 參考系和坐標(biāo)系》教案1 新人教版必修1.doc

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2019-2020年高中物理 1.1《質(zhì)點 參考系和坐標(biāo)系》教案1 新人教版必修1 質(zhì)點模型是高中物理提出的第一個物理模型，也是最簡單的模型，對質(zhì)點概念的形成以及質(zhì)點模型的建立過程，教學(xué)要求是初步的.由于運(yùn)動的相對性，描述質(zhì)點的運(yùn)動時必須明確所選擇的參考系，為了準(zhǔn)確、定量地描述質(zhì)點的運(yùn)動，又要建立坐標(biāo)系.質(zhì)點、參考系和坐標(biāo)系是描述物體運(yùn)動的基礎(chǔ)知識，所以本教學(xué)設(shè)計是逐步展開的. 本課程的教學(xué)設(shè)計要解決兩個問題：一是通過在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)多樣的問題情景，引導(dǎo)學(xué)生討論并總結(jié)質(zhì)點的概念；二是合作探究引入?yún)⒖枷岛妥鴺?biāo)系的意義，以及如何建立合適的參考系和坐標(biāo)系，然后介紹全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，讓學(xué)生了解信息，拓展視野. 教學(xué)重點 1.質(zhì)點、概念的建立. 2.明確參考系的概念及運(yùn)動的關(guān)系. 教學(xué)難點 1.質(zhì)點模型的條件判斷. 2.坐標(biāo)系的建立. 時間安排 1課時 三維目標(biāo) 知識與技能 1.知道質(zhì)點的概念及條件. 2.知道參考系的概念及作用. 3.掌握坐標(biāo)系的簡單應(yīng)用. 過程與方法 1.體驗質(zhì)點的條件及意義，初步掌握“科學(xué)抽象”這種研究方法. 2.體會用坐標(biāo)方法描述物體位置的優(yōu)越性，可用不同的方法設(shè)計實驗并體會比較.增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并力求解決問題的意識和能力. 情感態(tài)度與價值觀 1.認(rèn)識運(yùn)動是宇宙中的普遍現(xiàn)象，運(yùn)動和靜止的相對性,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.通過分析不同參考系中的運(yùn)動現(xiàn)象不同，幫助學(xué)生建立辯證唯物主義的世界觀. 課前準(zhǔn)備 1.自制課件、羽毛、竹蜻蜓. 2.課前觀察各種物體的實際運(yùn)動，并能粗略描述它們的運(yùn)動特點. 教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 情景導(dǎo)入 如圖1-1-1所示，靜坐在汽車?yán)锏某丝?，司機(jī)說他靜止沒動，路旁的孩子贊嘆他前進(jìn)得真快.一個說他靜止，一個說他運(yùn)動，誰說的對呢？通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們就能解決這個問題了. 圖1-1-1 故事導(dǎo)入 某天，上海市某出租車公司經(jīng)理正在辦公室忙碌著.突然，本公司司機(jī)小趙急匆匆趕來報告，說他駕駛的汽車在昨夜被盜.公司經(jīng)理聽完匯報后，及時報警.警方詢問后得知該車裝有GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，迅速采取了應(yīng)急預(yù)案，由技術(shù)部啟動全球定位追蹤系統(tǒng)，馬上發(fā)現(xiàn)該車位置在“N2959.913′,E11623.505′”附近. 警方根據(jù)該信息迅速布置警力，警察仿佛從天而降，使犯罪分子轉(zhuǎn)眼間落入法網(wǎng).這主要還是GPS全球定位系統(tǒng)的功勞.那什么是GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)呢？通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你就會對它的工作原理有個簡單的認(rèn)識. 影片導(dǎo)入 （課件展示）特技跳傘運(yùn)動員在某次高空特技表演中的精彩片斷，那驚心動魄的場面讓同學(xué)們激動不已.讓學(xué)生仔細(xì)觀察，思考為什么其中的一名運(yùn)動員看身邊的隊員，好像沒有下落；可當(dāng)他俯視大地時，看到大地迎面而來，這是為什么？學(xué)習(xí)了本節(jié)知識，你就會知道其中的道理了. 推進(jìn)新課 一、物體和質(zhì)點 教師演示1:教師將課前準(zhǔn)備好的羽毛舉高后釋放，讓同學(xué)們認(rèn)真觀察羽毛的運(yùn)動情景. 提出問題 羽毛在下落的過程中有什么特點？ 學(xué)生認(rèn)真思考后回答出羽毛的下落情況：一方面有自轉(zhuǎn);一方面整體下落. 教師演示2：教師將漂亮的竹蜻蜓雙手一搓，竹蜻蜓便飛到同學(xué)們中間. 提出問題 竹蜻蜓的運(yùn)動跟羽毛的運(yùn)動一樣嗎？它又有什么特點？ 學(xué)生合作討論得到結(jié)果：既有向前的飛行，又有自身的轉(zhuǎn)動. 課件展示：通過大屏幕播放各種各樣的物體的運(yùn)動：雄鷹拍打著翅膀在空中翱翔，足球在綠茵場上飛滾，火車在田野里高速行駛，劉翔箭一般沖向終點線…… 教師點評：自然界物體的運(yùn)動是多種多樣的，要想詳細(xì)而準(zhǔn)確地描述物體上各部分的運(yùn)動，是一件十分困難的事. 根據(jù)剛才的演示實驗思考，描述物體運(yùn)動的困難和麻煩出在哪里？能不能克服這些麻煩呢？ 結(jié)論歸納：詳細(xì)描述的困難就在于物體有自己的大小和形狀. 教師點評：物體的大小和形狀在一些問題的描述過程中，起著重要的作用，不可忽略，如教練研究劉翔跨欄的動作要領(lǐng)；裁判根據(jù)田亮在空中翻滾的動作打分時，大小和形狀就起了關(guān)鍵作用. 討論交流：是不是我們研究的所有問題，大小和形狀都起關(guān)鍵作用而不可忽略呢？ 創(chuàng)設(shè)情景 （大屏幕播放） 情景一：地球繞太陽公轉(zhuǎn).（flash動畫模擬） 情景二：遠(yuǎn)洋航行的輪船，指揮部要確定它在海洋中的位置.（視頻） 情景三：從斜面上滑下的木塊. 情景四：火車在從南京開往上海的途中. 合作討論：在情景一中研究地球公轉(zhuǎn)一周的時間；情景二中研究輪船的位置坐標(biāo)；情景三中研究木塊的運(yùn)動；情景四研究火車全程所用的時間. 在以上四種情景中，物體的形狀和大小對所研究的問題有沒有影響？ 學(xué)生合作討論后得到結(jié)論：在以上所研究的問題中，物體的大小和形狀對所研究的問題沒有影響. 看來，在某些情況下，真的可以不考慮物體的大小和形狀.但是能忽略掉物體的質(zhì)量嗎？顯然是不行的.因此，我們突出“物體具有質(zhì)量”這一要素，把它簡化為一個有質(zhì)量的點，稱為質(zhì)點.那么，對實際運(yùn)動的描述，就轉(zhuǎn)化為對質(zhì)點的運(yùn)動描述. 教師引導(dǎo)：引導(dǎo)學(xué)生對比以上所看到的物體的各種運(yùn)動，并作對比，討論在什么情況下物體的大小和形狀可以忽略，即探究可看作質(zhì)點的條件. 問題：沿一個方向推動桌面上的書（如圖1-1-3），如果測量書本移動的距離，是否可以將書本視為質(zhì)點，為什么？如果測量桌面上的書經(jīng)過桌面上A點所需要的時間，是否可以將書本視為質(zhì)點，為什么？ 圖1-1-3 結(jié)論：可見，將一個物體看作質(zhì)點是有條件的.同樣是一本書的運(yùn)動，在研究不同的問題時，前者可以看作質(zhì)點，后者就不能看作質(zhì)點. 教師設(shè)疑：哪些物體可以看作質(zhì)點呢？ 學(xué)生在教師的引導(dǎo)下嘗試總結(jié)： 如情景三中物塊的下滑屬于物體的平動，平動時物體上各點的運(yùn)動特征都是相同的,故有： 1.平動的物體可以看作質(zhì)點. 在研究地球的公轉(zhuǎn)周期時，雖然地球是轉(zhuǎn)動的，但不影響周期時間，故有： 2.物體有轉(zhuǎn)動，但物體的轉(zhuǎn)動不是我們所要研究的主要問題時，物體本身的形狀和大小已變成次要因素，可以看作質(zhì)點. 特別提醒：并不是很大的物體就不能當(dāng)作質(zhì)點，也不是很小的物體就一定能看作質(zhì)點，關(guān)鍵看物體的形狀和大小在研究物體的運(yùn)動中是否為次要因素，或判斷物體做怎樣的運(yùn)動，能否選一個點來代替. 視野拓展 (課件展示閱讀材料) 課題：質(zhì)點與理想化模型 內(nèi)容：質(zhì)點是一個理想化的物理模型，盡管不是實際存在的物體，但它是實際物體的一種近似，是為了研究問題的方便而進(jìn)行的科學(xué)抽象，它突出了事物的主要特征，抓住了主要因素，忽略了次要因素，使所研究的復(fù)雜問題得到了簡化. 在物理的研究中，“理想化模型”的建立，具有十分重要的意義.引入“理想化模型”可以使問題的處理大為簡化而又不會發(fā)生大的偏差，在現(xiàn)實世界中，有許多實際的事物與這種“理想化模型”十分接近，在一定條件下，作為一種近似，可以把實際事物當(dāng)作“理想化模型”來處理，即可以將研究“理想化模型”的結(jié)果直接應(yīng)用于實際事物：例如在研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)的運(yùn)動時，由于地球的直徑（約1.3104 km） 比地球和太陽之間的距離(約1.5108 km)小得多，可以把地球上各點相對于太陽的運(yùn)動看作是相同的，即地球的形狀、大小可以忽略不計，在這種情況下，就可以直接把地球當(dāng)作一個“質(zhì)點”來處理.特別地，高中階段我們主要研究能夠簡化為質(zhì)點的物體的運(yùn)動. 方法指導(dǎo)：在物理學(xué)中，突出問題的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的“物理模型”，將其作為研究對象，是經(jīng)常采用的一種科學(xué)研究方法. 課堂訓(xùn)練 有人說：“當(dāng)一列客車從北京開往上海時，（如圖1-1-4所示）就可以把這列車看成質(zhì)點.”這種說法正確嗎？ 圖1-1-4 解析：這個人的說法是錯誤的.第一，研究的問題沒有明確.第二，在沒有明確研究的是什么問題之前就把這列車的大小和形狀當(dāng)成起作用很小的次要因素而不考慮是錯誤的.如果研究這列車在整個路段的運(yùn)行速度或運(yùn)行時間，這個人的說法是正確的；如果研究這列車能運(yùn)送多少旅客或研究通過某一站牌所用的時間，就不能把列車看成質(zhì)點了. 二、參考系 公路上向左勻速行駛的汽車如圖1-1-5甲，經(jīng)過一棵果樹附近時，恰有一顆果子從上面自由落下，圖乙是其運(yùn)動的軌跡.地面上的觀察者看到的運(yùn)動軌跡是C，車中人以車為參考系看到的果子的運(yùn)動軌跡卻是B.（不計阻力 圖1-1-5 同樣的蘋果落地，為什么會觀察到不同的軌跡呢？ 學(xué)生分組積極思考討論：是因為觀察者所處的位置，即觀察角度不同. 師生活動：找一位同學(xué)站到講臺前面，站好不動.教師從講臺一側(cè)走向另一側(cè)，同時問該同學(xué)：“我是靜止的還是運(yùn)動的？”該同學(xué)回答：“老師是運(yùn)動的.”第二次與該同學(xué)并排同速走動，再次詢問：“我是運(yùn)動的嗎？”該生回答：“我沒有看到老師運(yùn)動.”但是坐在教室里的其他同學(xué)說老師運(yùn)動了，為什么？ 教師設(shè)疑：為什么對于同一物體的同一狀態(tài)，關(guān)于運(yùn)動和靜止的說法不一樣呢？ 學(xué)生合作討論后回答：是因為觀察的角度即所選參考系不同. 總結(jié)：自然界的一切物體都處于永恒的運(yùn)動中，絕對靜止的物體是不存在的；運(yùn)動是絕對的.運(yùn)動又具有相對性.因此，要描述一個物體的運(yùn)動，首先要選定某個其他物體作參考，觀察物體相對于這個物體的位置是否隨時間變化，以及怎樣變化. 描述物體的運(yùn)動時，另外選來作為標(biāo)準(zhǔn)的物體，稱為參考系. 課堂交流：下述物理過程中選擇什么為參考系較恰當(dāng)？ 課件展示問題： 1.xx年，所有的目光都集中在火星.繼美國宇航局的兩臺火星探險漫游者“勇氣”號和“機(jī)遇”號之后，歐洲的火星快車飛船已順利地將“獵兔犬”2號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)作為參考系，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為參考系，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，并注意體會參考系的選取與運(yùn)動的相對性. （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？體會一下，同一物體相對于不同的參考系運(yùn)動狀態(tài)相同嗎？ （2）受類似現(xiàn)象的啟發(fā)，人們實現(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)動的空間站實行空中對接.實現(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)動著的物體，其運(yùn)動速度就會有明顯不同.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兩個“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. 拓展延伸：一跳傘運(yùn)動員在下落過程中，看到身旁的直升機(jī)在向上運(yùn)動，則直升機(jī)相對于地面的運(yùn)動情況是怎樣的？ 參考答案：跳傘運(yùn)動員在下落過程中，看到身旁的直升機(jī)在向上運(yùn)動，是以自己作參考系，即以跳傘運(yùn)動員為標(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；（2）直升機(jī)向上升;（3）直升機(jī)下落，但速度比跳傘運(yùn)動員慢.以上三種情況都能使跳傘運(yùn)動員與直升機(jī)間的距離不斷增大.因此，跳傘運(yùn)動員無法根據(jù)自己看到的現(xiàn)象來判斷直升機(jī)相對于地面的運(yùn)動情況. 三、坐標(biāo)系 學(xué)習(xí)了參考系后，我們就能定性粗略地描述物體的運(yùn)動狀態(tài)，但是在實際的生產(chǎn)、生活、軍事中對物體的位置及位置變化有更詳細(xì)的要求. 圖1-1-6 問題：如圖1-1-6所示，某人從學(xué)校門口A處開始散步，先向南走了50 m到達(dá)B處，再向東走了100 m到達(dá)C處，最后又向北走了150 m到達(dá)D處，則A、B、C、D各點的位置如何表示？ 學(xué)生分組討論，可能說法較多，如B點在A點南面50 m處、C在A的東南方向等. 教師點評：學(xué)生的描述在日常生活中是能夠簡單表明意思的.但嚴(yán)格地說是不準(zhǔn)確的.對于上述問題有下面的解決方式： 可以A點為坐標(biāo)原點，向東為x軸正向，向北為y軸正向，則各點坐標(biāo)分別為：A（0，0）、B（0，-50 m）、C（100 m,-50 m）、D（100 m,100 m）. 總結(jié)歸納：一般說來，為了定量地描述物體的位置及位置的變化,需要在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系.在坐標(biāo)軸上，刻度應(yīng)均勻分布. 課堂探究 創(chuàng)設(shè)一個實例讓學(xué)生思考，可以結(jié)合本地實際選取相應(yīng)的例子. 參考示例：如圖1-1-7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？ 3.如何確定坐標(biāo)軸上的刻度值? 圖1-1-7 課堂小結(jié) 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了質(zhì)點概念的建立，能夠看作質(zhì)點的條件判斷；參考系及坐標(biāo)系的建立.本節(jié)課不僅對運(yùn)動的描述奠定了知識基礎(chǔ)，而且確立了物理模型的思想.本節(jié)主要內(nèi)容包括： 1.質(zhì)點的概念；2.物體可以看作質(zhì)點的條件判斷；3.參考系；4.坐標(biāo)系. 布置作業(yè) 1.教材第11頁第1、2、3題. 2.了解并應(yīng)用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），記錄顯示屏中關(guān)于你所在地的信息并與同學(xué)交流. 板書設(shè)計 1 質(zhì)點 參考系和坐標(biāo)系 活動與探究 課題：了解GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應(yīng)用. 內(nèi)容：讓學(xué)生課下通過查找資料或上網(wǎng)等方式，了解討論GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應(yīng)用. 參考資料： 應(yīng)用領(lǐng)域有交通管理、測量、海洋調(diào)查、海洋捕撈、輔助農(nóng)業(yè)和林業(yè)的大面積作業(yè)（除蟲、播種）、資源開發(fā)等，今后世界各國的飛機(jī)、船舶、火車、汽車、便攜式個人電腦、手持電話、都將安裝GPS接收機(jī)，將使GPS技術(shù)深入到社會生活的各個領(lǐng)域，它的巨大經(jīng)濟(jì)效益正日漸顯現(xiàn).南京大學(xué)善鄰信息技術(shù)有限公司已開發(fā)出北京、江蘇、上海、廣州、深圳、香港等地的衛(wèi)星車載導(dǎo)航系統(tǒng)，并走向應(yīng)用. 車載GPS定位系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是由計算機(jī)、打印設(shè)備、電臺組成的實時 監(jiān)控中心，另一部分是由接收機(jī)、處理器、調(diào)制解調(diào)器、發(fā)射機(jī)組成的移動終端，兩部分用無線電通信聯(lián)系，監(jiān)控中心通信電臺既接收車輛的定位信息，并在數(shù)字化電子地圖上顯示，又將監(jiān)控中心的命令發(fā)送給受監(jiān)控的車輛實施管理和指揮. “出車前，只要指定目的地和必經(jīng)地點，車載定位系統(tǒng)就能幫助你選擇一條最佳路線，既省錢、又省時、又能繞開交通堵塞的地方；不熟悉道路，它隨時告訴你怎樣走，在離交叉路口300 m處顯示路口示意圖，并用語言提示你往哪拐；你去某單位，不知道地點，用單位名稱或電話號碼即可確定電子地圖上的位置；沒有汽油了，它會告訴你最近的加油站在哪；沿途它可提示經(jīng)過的商店，風(fēng)景名勝……”顯示了車載定位系統(tǒng)的先進(jìn)功能. 軍用領(lǐng)域可為飛機(jī)、艦船、坦克、導(dǎo)彈作實時導(dǎo)航和制導(dǎo)，為目標(biāo)提供精確定位，提高中、遠(yuǎn)程武器的命中率.美國國防部認(rèn)為，研制GPS系統(tǒng)雖耗資130多億美元，歷時20年，但在20世紀(jì)90年代初期海灣戰(zhàn)爭中的收益已超過全部投資.據(jù)有關(guān)資料報道，在海灣戰(zhàn)爭的沙漠風(fēng)暴行動中，美國和聯(lián)合國軍隊，大約使用了7 000臺GPS接收機(jī)，幫助空軍飛行員與前線指揮機(jī)構(gòu)保持聯(lián)系，在沙漠中尋找道路，并成為戰(zhàn)場上精確指揮控制、中遠(yuǎn)程精確打擊和精確兵力投送的關(guān)鍵設(shè)備. 習(xí)題詳解 1.解答：“一江春水向東流”是水相對地面（岸）的運(yùn)動，“地球的公轉(zhuǎn)”是說地球相對太陽的運(yùn)動，“鐘表時、分、秒針都在運(yùn)動”是說時、分、秒針相對鐘表表面的運(yùn)動，“太陽東升西落”是太陽相對地面的運(yùn)動. 說明：要求學(xué)生聯(lián)系一些常見的運(yùn)動指認(rèn)參考系，可加深學(xué)生對參考系的理解.這類問題有時也需要仔細(xì)、深入地思考才能得出正確的答案.如我們說通信衛(wèi)星是靜止衛(wèi)星、說靜止衛(wèi)星相對地球靜止是模糊的. 說靜止衛(wèi)星相對地面（某點）靜止是正確的，靜止衛(wèi)星相對地球中心是運(yùn)動的. 2.解答：詩中描寫船的運(yùn)動，前兩句詩寫景，詩人在船上，臥看云動是以船為參考系.云與我俱東是說以兩岸為參考系，云與船均向東運(yùn)動，可認(rèn)為云相對船不動. 說明：古詩文和現(xiàn)代文學(xué)中，我們會發(fā)現(xiàn)一些內(nèi)容與自然科學(xué)有關(guān)，表明人文科學(xué)與自然科學(xué)是相關(guān)的.教材選用本詩是為了凸現(xiàn)教材的人文因素. 3.解答：xa=-0.44 m,xb=0.36 m 設(shè)計點評 本節(jié)內(nèi)容是運(yùn)動描述的入門篇，而質(zhì)點模型的建立又是一項非常重要的知識點.所以本設(shè)計通過實例說明要準(zhǔn)確描述物體的運(yùn)動是十分困難的，分析困難的原因，并逐步指出建立質(zhì)點概念的必要性，繼而分析條件判斷，本設(shè)計充分展示了物理學(xué)研究的科學(xué)思維過程，讓學(xué)生體驗什么是科學(xué)思維的方法.本教學(xué)設(shè)計通過實例解決，突破了坐標(biāo)系的建立這一教學(xué)重點.新課引入和教學(xué)過程中，提出了許多實際生活中的真實問題，把這些問題引入課堂，不僅能引起學(xué)生的興趣、激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望，而且可以將所學(xué)和所用緊密聯(lián)系在一起，使學(xué)習(xí)變得更有意義.