高中物理人教版 (2019)必修 第一册4 力学单位制优质课件ppt

4.4 力学单位制  

教学目标与核心素养

物理观念：知道基本单位、导出单位和单位制的概念。

科学思维：知道国际单位制及七个基本量和基本单位。

科学探究：掌握根据物理量关系式确定物理量单位的方法。

科学态度与责任：掌握运算过程中单位的规范使用方法，能用单位制判定表达式的正误。

教学重难点

重点：(1)什么是基本单位，什么是导出单位。

      (2)力学中的三个基本单位。

      (3)单位制。

难点：统一单位后正确书写计算过程。

教学过程

【新课引入】

一个数学悖论

1元=100分

100分=10分×10分

10分×10分=0.1元×0.1元

0.1元×0.1元=0.01元

最后证得：1元=0.01元

问题出在哪里？问题出现在单位上，学完本课你就知道了。

【新知探究】

一、基本单位   导出单位

在1875以前年全世界没有统一的单位，如长度的单位：

中国人：尺，英国人：英尺，法国人：米

在国际交流中非常不方便： 1875年法国政府邀请20个国家政府代表来商讨. 成立国际计量局

仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

问题1：根据上图中数字和单位的描述，单从数值上考虑，能直接比较三者的体重吗？为什么？要比较0.755吨、200磅、85 kg的大小，应该怎么做？

提示：不能。单位不统一，没办法直接进行比较。把吨、磅、kg换算成统一的单位，如均换算成kg，然后再进行比较。

问题2：计量一头大象的质量常用吨(t)作单位，但在计量人的质量时却用千克(kg)作单位，为什么？

提示：1 t＝1×103 kg，大象比较重，人相对较轻，故大象的质量用t作单位，而人的质量用kg作单位。

问题3：由v＝，若位移的单位用m，时间的单位用s，则速度的单位是什么？由a＝，若速度的单位用m/s，时间的单位用s，则加速度的单位是什么？由此可想到什么？

提示：m/s；m/s2；物理学的关系式在确定了物理量之间的关系时，也确定了物理量的单位之间的关系。

问题4：自由落体加速度g的单位是m/s2，在初中学习时，g的单位曾用N/kg，这两个单位相同吗？

提示：相同。由F＝ma知1 N＝1 kg·m/s2，故1 N/kg＝1 m/s2。

问题5：由活动4、5可总结出什么？

提示：只要选定几个物理量的单位，就能利用物理量之间的关系式推导出其他物理量的单位。

讨论、交流、展示，得出结论。

1．物理学的关系式在确定了物理量之间的关系时，也确定了物理量的单位之间的关系。

2．单位制：由基本单位和导出单位组成。

(1)基本量和基本单位：在物理学中，只要选定几个物理量的单位，就能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位。被选定的物理量叫作基本物理量，相应的单位叫作基本单位。

(2)导出单位：由基本量根据物理关系推导出来的其推导出来的相应单位叫作导出单位。

3．单位制的意义

 (1)单位是物理量的重要组成部分，同一个物理量，选用不同的单位时，数值不同，统一单位能够便于交流。

(2)能推导出所得结果的代数式的单位。

(3)根据单位制能够对结果作出基本判断。

二、国际单位制

1.国际单位制

由m、kg、s等七个基本单位以及由它们推导出来的导出单位组成的一整套单位，叫国际单位制。

国际单位制基本单位如表。

国际单位制单位除m、kg、s 、A 、K 、mol、 cd这七个基本单位外，还有其它导出单位如：m2、m/s、kg/m3、N、J、kW、C、Ω ……

2.非国际单位制单位

由长度、质量、时间等七个基本物理量的其它单位以及由它们推导出来的导出单位组成的一整套单位。就是非国际单位制。

三个力学非国际单位制基本单位如表。

非国际单位制单位如：km、 mm、g、h、cm2 、cm/s、 km/h、 g/cm3，……

例1　现有以下一些物理量和单位，按下面的要求选择填空(填写字母的代号)。

①密度　②米/秒　③牛顿　④加速度　⑤质量　⑥秒　⑦厘米　⑧长度　⑨时间　⑩千克

(1)属于物理量的是________。

(2)在国际单位制中，作为基本量的物理量有________。

(3)在国际单位制中，属于基本单位的有________，属于导出单位的有________。

分析： (1)题目中哪些是物理量的单位？

提示：②③⑥⑦⑩。

(2)国际单位制中基本单位有哪些？

提示：米、千克、秒等七个基本单位。

解答　属于物理量的有①④⑤⑧⑨；属于单位的有②③⑥⑦⑩；在国际单位制中，作为基本量的物理量有⑤⑧⑨；在国际单位制中，属于基本单位的有⑥⑩，属于导出单位的有②③。

答案　(1)①④⑤⑧⑨　(2)⑤⑧⑨　(3)⑥⑩　②③

1基本物理量的所有单位均为基本单位，但是基本单位并不都是国际单位制中的单位，国际单位制中的单位也不一定是基本单位，要从概念上理解基本单位与国际单位之间的联系与区别。

2只用一个符号表示的单位不一定就是基本单位，例如牛顿N是导出单位；两个或更多的符号表示的单位也可能是基本单位，例如千克kg就是基本单位。

【对点练习】　下列说法中，正确的是(　　)

A．在力学单位制中，若采用cm、kg、s作为基本单位，力的单位是N

B．在力学单位制中，若力的单位是N，则采用cm、kg、s作为基本单位

C．牛顿是国际单位制中的一个基本单位

D．牛顿是力学单位制中采用国际单位的一个导出单位

答案　D

解析　在力学范围内，国际单位制中的基本量为长度、质量、时间，相应的基本单位为米(m)、千克(kg)、秒(s)，1 N＝1 kg·m/s2，所以牛顿是力学单位制中采用国际单位的一个导出单位，D正确，A、B、C错误。

单位制在计算中的应用

仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

x＝v0t2＋at3公式对吗？

x＝3 m/s×(2 s)2＋×6 m/s2×(2 s)3＝？

单位太复杂了，朕不做了。

问题1：一次，小华在做物理作业时，推导出某物体运动时的位移x、初速度v0、加速度a和时间t之间的关系为x＝v0t2＋at3，小华以为发现了一条新的运动规律，高兴地拿去给老师看。老师一看，立即遗憾地告诉他，这个公式是错误的，不可能有满足这个公式的运动。请问为什么说该式是错误的？

提示：若采用国际单位制，等式x＝v0t2＋at3，左边x的单位是m，而等式右边得出的单位却是m·s，故该关系式肯定是错误的。

问题2：在计算过程中，小华代入数据计算时，各物理量的单位必须统一为同一单位制吗？

提示：必须统一为同一单位制。

问题3：小华在计算过程中，每一个量都带单位，写起来太繁琐，有更简洁的方法吗？

提示：有，不必一一写出各量后面的单位，每个量都用同一种单位制，这样在计算过程中只要在每个数字计算式和结果后面带上该单位制中其对应的单位即可。

讨论、交流、展示，得出结论。

单位制的三大应用

(1)简化计算过程

在利用物理公式进行计算时，为了在代入数据时不使计算式过于繁杂，要把各个量换算到同一单位制中，这样计算时就不必一一写出各量的单位，只要在所求结果后写上对应的单位即可。

(2)检验计算结果

各量的单位统一成国际单位，计算结果的单位和所求物理量的国际单位一致时，该运算过程才可能是正确的。若所求物理量的单位不对，则结果一定错。

(3)推导单位

物理公式在确定各物理量的数量关系时，也确定了各物理量的单位关系，所以可以根据物理公式中物理量间的关系，推导出物理量的单位。

例2　质量为1.5 t的汽车在前进中遇到的阻力是车重的0.05倍，汽车在水平地面上做匀加速直线运动时，5 s内速度由36 km/h增至54 km/h。求汽车发动机的牵引力的大小。(g取10 m/s2)

分析：(1)将各物理量的单位统一到国际单位制：

1.5 t＝________ kg，36 km/h＝________ m/s，54 km/h＝________ m/s。

提示：1.5×103　10　15

(2)怎样计算发动机的牵引力？

提示：由牛顿第二定律F合＝F－Ff＝ma可得发动机的牵引力F＝ma＋Ff。

解答　将各物理量的单位统一到国际单位制中，

m＝1.5 t＝1.5×103 kg，v0＝36 km/h＝10 m/s，v＝54 km/h＝15 m/s，t＝5 s。

因v＝v0＋at，F－Ff＝ma，

故F＝ma＋Ff＝＋0.05mg

＝ N＋0.05×1.5×103×10 N

＝2.25×103 N。

答案　2.25×103 N

【对点练习】汽车空载时的质量是4×103 kg，它能运载的最大质量是3×103 kg。要使汽车在空载时以一定加速度加速前进，受到的合力为2.5×104 N，那么满载时以同样大小的加速度前进，汽车受到的合力是多少？

解析　空载时，m1＝4×103 kg，F1＝2.5×104 N，

由牛顿第二定律得加速度：

a＝＝ m/s2＝6.25 m/s2，

满载时，总质量为m1＋m2＝7×103 kg，

由牛顿第二定律得合力：

F2＝(m1＋m2)a＝7×103×6.25 N＝4.375×104 N。

答案　4.375×104 N

例3　物理学中有些结论不一定要通过计算才能验证，有时只需通过一定的分析就能判断结论是否正确。根据流体力学知识，喷气式飞机喷出气体的速度v与飞机发动机燃烧室内气体的压强p、气体密度ρ及外界大气压强p0有关。试分析判断下列关于喷出气体的速度的倒数的表达式可能正确的是(　　)

A.＝    B.＝

C.＝    D.＝

问题：不知道具体的物理原理，也能判断表达式的正误吗？

提示：是的。将表达式中各物理量的国际单位全部代入式中，对单位进行运算，若得到的单位不是表达式所对应的物理量的国际单位，则表达式一定错误。

解析　先根据等式的等号两边单位相同判断；再根据内外压强差越大，喷气速度越大判断。物理关系式的等号两侧单位要相同，A、B选项中等号右侧的单位为 ＝ ＝ ＝ ＝＝s/m，C选项中等号右侧单位是m/s，D选项中等号右侧单位是kg/(m2·s)，C、D错误；结合实际情况，内外压强差越大，喷气速度越大，故A可能正确，B错误。

答案　A

提示：对于一个物理问题，根据单位制就可以对结果作出一个基本的判断，即在国际单位制中所得结果的代数式的单位与所求量的单位相符，则结果可能是正确的；如果所得结果代数式的单位与所求量的单位不相符，那么结果一定是错误的。

【对点练习】在物理学中，把作用于物体上的力F与作用时间t的乘积定义为冲量I，即I＝Ft，则下列选择中用国际单位制中的基本单位表示冲量单位的是(　　)

A．N·m/s        B．N·m        C．kg·m/s        D．kg·m/s2

答案　C

解析　根据牛顿第二定律可知：F＝ma，即1 N＝1 kg·m/s2，由I＝Ft可得，冲量的单位是N·s,1 N·s＝1 kg·m/s2·s＝1 kg·m/s，C正确，A、B、D错误。

【课堂小结】

【随堂演练】

见PPT课件

课后反思

导出单位的形式和物理公式是非常的相似，有时候我们从一些没有导出简化过的导出单位也是可以得到物理公式的。但是导出单位在平时的学习生活中很少见到或用到，力的单位是牛，从小我们就知道牛是比较有力的，用来做力的单位，马用作采油机的单位，所以用牛来做力的单位也合理。但是千克米每二次方秒是力的单位就比较难以理解。只能通过加强概念理解，来帮助理解力的单位。

在计算过程中要代入单位计算，但是又要我们省略，那学生就蒙圈了，到底这个东西重不重要呢。我们学习单位制是为了规范化做题，理解物理量间的关系。