高中物理人教版(2019)必修1: 4.4 力学单位制 学案

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名称 高中物理人教版(2019)必修1: 4.4 力学单位制 学案
格式 docx
文件大小 128.6KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-08-18 20:36:31

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文档简介

【标题】第四节 力学单位制
解读课程 学科素养
课标要点 核心素养
1.知道单位制、基本单位和导出单位的概念. 2.知道国际单位制中力学中的三个基本单位. 3.知道物理运算过程中单位的规范使用和表示方法. 1.了解基本单位与导出单位的区别,能进行简单的推理.(科学思维) 2.能利用力学的单位,解决简单的问题.(科学探究) 3.体会计算结果单位的重要性,养成书写规范的好习惯.(科学态度与责任)
预习新知 自主学习
一、基本量、基本单位和导出单位
1.物理学的关系式在确定了物理量之间的数量关系的同时,也确定了物理量的单位之间的关系.
2.基本量: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.这些被选定的物理量叫作基本量.
3.基本单位:基本量的单位.力学中,长度、质量、时间是基本量,它们的单位米、千克、秒是力学中的基本单位.
4.导出单位:由基本量单位根据物理关系推导出来的其他物理量的单位.
凡是用比值定义法得到的物理量,其单位都是导出单位.因为这些物理量的单位都是根据物理学关系式推导出来的.
二、单位制和国际单位制
1.单位制:基本单位和导出单位一起组成了单位制.
2.国际单位制:1960年第11届国际计量大会制定了一种国际通用的,包括一切计量领域的单位制,简称SI.
3.国际单位制的基本单位
物理量名称 物理量符号 单位名称 单位符号
长度 l 米 m
质量 m 千克 kg
时间 t 秒 s
电流 I 安 A
热力学温度 T 开[尔文] K
物质的量 n,(ν) 摩[尔] mol
发光强度 I,(Iv) 坎[德拉] cd
要注意物理量和物理量的符号是不同的,同样,单位名称和单位符号也是不同的,看清题目要求所填内容.
探究知识 提升素养
知识点1 对单位制的理解
兴趣探究
美国国家航空航天局(NASA)在20世纪末曾发射过一个火星探测器,但它由于靠火星过近,结果因温度过高而起火,并脱离轨道坠入火星的大气层.航空航天局调查事故原因时发现:原来探测器的制造商洛克希德·马丁公司计算加速度时使用了英制单位,而喷气推动实验室的工程师理所当然地认为他们提供的数据是以国际单位制算出来的,并把这些数据直接输入电脑.从这次事故的原因上,你能得到什么启示?
【答案】在国际上采用统一的单位制是非常重要的,也是非常必要的.
知识归纳
1.单位制的意义:单位是物理量的组成部分,对于物理量,如果有单位一定要在数字后带上单位,同一个物理量,选用不同单位时其数值不同.统一单位,便于人们的相互交流,统一人们的认识.
2.单位制的组成
(1)国际单
位制 
(2)常用单
位制 
考向例题
考向 基本单位和导出单位
【例1】现有下列物理量或单位,按下面的要求选择填空:
A.力 B.米/秒 C.牛顿 D.加速度 E.质量 F.秒 G.厘米 H.长度 I.时间 J.千克 K.米
(1)属于物理量的是    (只填代号);
(2)在国际单位制中,其单位作为基本单位的物理量有    ;
(3)在国际单位制中属于基本单位的是    ,属于导出单位的是    .
【解析】(1)属于物理量的是A、D、E、H、I.
(2)在国际单位制中,其单位作为基本单位的物理量有E、H、I.
(3)在国际单位制中属于基本单位的是F、J、K,属于导出单位的是B、C.
【答案】(1)A、D、E、H、I (2)E、H、I (3)F、J、K;B、C
误区警示:(1)基本物理量的所有单位均为基本单位,但是基本单位并非都是国际单位制中单位,国际单位制中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)、焦耳(J)、瓦特(W)等都不是基本单位,它们是导出单位.
(3)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.
即时巩固
1.(多选)关于国际单位制,下列说法正确的是 (  )
A.国际单位制是世界各国统一使用的一种通用的单位制
B.各国均有不同的单位制,国际单位制是为了交流方便而采用的一种单位制
C.国际单位制是一种基本的单位制,只要在物理运算中各物理量均采用国际单位制中的单位,则最后得出的结果必然是国际单位制中的单位
D.国际单位制中的基本单位的物理量是长度、能量、时间
【解析】为了运算的简捷,交流方便,各国都要统一采用通用单位制,这就是国际单位制,故A、B选项正确.只要运算过程中各量均采用国际单位制中的单位,最终得到的结果也必然是国际单位制中的单位,这是国际单位制的又一重要作用,故C选项正确.国际单位制中规定基本单位的物理量中没有“能量”,D选项错误.
【答案】ABC
知识点2 单位制的应用
兴趣探究
如图所示,圆锥的高是h,底面半径是r,某同学记的圆锥体积公式是V=πr3h.
(1)圆锥的高h、半径r的国际单位各是什么?体积的国际单位又是什么?
(2)将h、r的单位代入公式V=πr3h,计算出的体积V的单位是什么?这说明该公式对还是错?
【答案】(1)米(m)、米(m)、立方米(m3).
(2)由V=πr3h,可得V的单位是m4,与体积的国际单位m3相矛盾,说明该公式是错的.
知识归纳
单位制的应用主要有以下几个方面:
1.简化计算过程的单位表达:在解题计算时,已知量均采用国际单位制,计算过程中不用写出各个量的单位,只要在式子末尾写出所求量的单位即可.
2.判断比例系数的单位:根据公式中物理量的单位关系,可判断公式中比例系数有无单位,如公式F=kx中k的单位为N/m,Ff=μFN中μ无单位,F=kma中k无单位.
3.推导物理量的单位:物理公式确定了各物理量的数量关系的同时,也确定了各物理量的单位关系,所以我们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.
4.单位制可检查物理量关系式的正误
根据物理量的单位,如果发现某公式在单位上有问题,或者所求结果的单位与采用的单位制中该量的单位不一致,那么该公式或计算结果肯定是错误的.
考向例题
考向一 单位制在运算中的应用
【例2】一物体在2 N的外力作用下,产生10 cm/s2的加速度,求该物体的质量.下列几种不同的求法,其中单位运用正确、简洁而又规范的是 (  )
A.m== kg=0.2 kg
B.m===20 =20 kg
C.m== kg=20 kg
D.m===20 kg
【解析】在应用公式进行数量运算的同时,也要把单位代入运算.带单位运算时,单位换算要准确.可以把题中已知量的单位都用国际单位表示,则计算结果的单位就是用国际单位表示的,这样在统一已知量的单位后,就不必一一写出各个量的单位,只在数字后面写出正确单位即可.选项A中a=10cm/s2没有变成国际单位,B项中解题过程正确,但不简洁,D项中数据后面没有单位,只有C项运算正确且简洁而又规范.
【答案】C
题后反思:若已知量的单位用国际单位制单位表示,计算结果的单位也是国际单位制单位,因此,在解题时只要将已知量的单位统一成国际单位制单位,在计算过程中就没必要一一写出各个量的单位,只在最后结果写出正确单位就可以了.
即时巩固
2.一辆质量为4×103 kg的汽车在水平地面上匀速行驶.某个时刻关闭发动机,经过20 s滑行40 m而停止下来,求汽车所受阻力为多大?
【解析】选汽车为研究对象,则根据速度公式和位移公式可得0=v0-at
根据位移公式,得x=v0t-at2
由以上两式解得a=,v0=
a=m/s2=0.2m/s2
v0=m/s=4m/s
根据牛顿第二定律知汽车所受阻力大小
F=ma=4×103×0.2N=800N
【答案】800 N
考向二 利用单位制检验物理公式
【例3】在解一文字计算题中(由字母表达结果的计算题),一个同学解得位移x=(t1+t2),其中F、m、t分别表示力、质量和时间.用单位制的方法检查,这个结果 (  )
A.可能是正确的
B.一定是错误的
C.如果用国际单位制,结果可能正确
D.用国际单位制,结果错误,如果用其他单位制,结果可能正确
【解析】位移x的国际单位是米,由(t1+t2)得·s=·s=m/s.所给等式左边单位是长度单位,而右边单位是速度单位,所以结果一定是错误的.选用的单位制不同,只影响系数,故B正确,A、C、D错误.
【答案】B
基础性达标作业
1.下列各组属于国际单位制的基本单位的是 (  )
A.质量、长度、时间   B.力、时间、位移
C.千克、米、秒 D.牛顿、克、米
【解析】A、B选项中所给的都是物理量,不是物理单位,故A、B错误;千克、米、秒分别为质量、长度、时间三个基本量的单位,C正确;D项中牛顿是导出单位,克不属于国际单位制中的基本单位,D错误.
【答案】C
2.“歼-15”舰载机在“辽宁”号航母上着落瞬间的某个物理量大小为80 m/s,方向与跑道平行,这个物理量是 (  )
A.路程 B.位移
C.瞬时速度 D.平均速度
【解析】“歼-15”舰载机在“辽宁”号航母上着落瞬间的某个物理量大小为80m/s,m/s是速度的单位,并且着落瞬间的速度表示瞬时速度,故C正确.
【答案】C
3.杠杆的平衡条件是“动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂”,如果将“力乘以力臂”定义为“力矩”,则杠杆的平衡条件可以概括为“动力矩等于阻力矩”,由此可见,引入新的物理量往往可以简化对规律的叙述,更便于研究或描述物理问题,根据你的经验,力矩的单位如果用国际单位制中的基本单位表示应该是 (  )
A.N·m B.N·s
C.kg·m/s D.kg·m2/s2
【解析】由题意可知,力矩等于力与力臂的乘积,则可知力矩的单位应为N·m=kg·m2/s2,选项D正确.
【答案】D
4.(多选)在研究匀变速直线运动的实验中,取相邻计数点间的时间间隔为0.1 s,测得相邻时间间隔内位移差的平均值Δx=1.2 cm,若还测出小车的质量为500 g,则下列关于加速度、合外力的大小及单位的计算中,既正确又符合运算要求的是 (  )
A.a= m/s2=120 m/s2
B.a= m/s2=1.2 m/s2
C.F=500×1.2 N=600 N
D.F=0.5×1.2 N=0.6 N
【解析】计算中各物理量的单位要统一用同单位制,只有这样才能直接得到某物理量的单位.加速度和时间用的是国际单位,位移差也应该用国际单位m,故A选项错误;加速度、位移差、时间都是应用国际单位,应用匀变速直线运动推论公式正确,故B选项正确;力和加速度用的是国际单位,质量也应该用国际单位kg,故C选项错误;加速度、加速度、质量都是应用国际单位,应用牛顿第二定律公式正确,故D选项正确.
【答案】BD
5.(多选)声音在某种气体中的速度表达式可以只用气体的压强p、气体的密度ρ和没有单位的比例系数k表示.根据上述情况,判断下列关于声音在该气体中的速度的表达式肯定错误的是 (  )
A.v=k B.v=k
C.v=k D.v=k
【解析】压强p可由公式p=求得,则p的单位为,密度ρ可由公式ρ=求得,则ρ的单位为kg/m3.由于题中k没有单位,则k的单位为m/s,故选项A的表达式可能正确;k的单位为s/m,显然不是速度的单位,选项B的表达式错误;k的单位为m2/s2,不是速度的单位,选项C的表达式错误;的单位为s2/m2,也不是速度的单位,选项D的表达式错误.
【答案】BCD
6.质量为10 g的子弹,以300 m/s的水平初速度射入一块竖直固定的木板,把木板打穿,子弹射出木板时的速度是200 m/s.若木板厚度为10 cm,求子弹对木板的平均作用力.
小明同学的做法如下:
由运动学公式v2-=2ax得
a== m/s2=-2.5×103 m/s2
由牛顿第二定律知
F=ma=10×(-2.5×103) N=-2.5×104 N
你同意他的解法吗?若不同意,请给出正确的解答.
【解析】不同意,原因是单位未统一到同一单位制中.
正确解法如下:
x=10cm=0.1m,m=10g=10-2kg
a=m/s2=-2.5×105m/s2
F=ma=10-2×(-2.5×105)N=-2.5×103N,负号表示作用力的方向与速度的方向相反.
【答案】见解析
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