4.4力学单位制（25张ppt）

(共25张PPT)
第四章
第4节
《力学单位制》
学习目标
：
1、知道什么是单位制，什么是基本单位，什么是导出单位.
2、知道力学中的三个基本单位
.
3、认识单位制在物理计算中的作用.
一次因单位失误而导致的事故
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，但由于它飞得离火星太近，结果因温度过高而起火，并脱离轨道坠入火星大气层。航空航天局调查事故原因时发现：原来探测器制造商洛克希德·马丁公司计算加速度时的力使用了英制单位，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国际制单位算出来的，并把这些数据直接输入电脑。就是因为在单位制上的失误，结果犯了一个“极端愚蠢的错误”，价值1.25亿美元的火星探测器毁于一旦。
血的教训
需要制定国际上统一的标准
物理学的关系式确定了物理量之间的关系，也指它确定了物理量之间的单位关系。
例如:
速度
加速度
力
物理学的关系式
一般说来，物理量的单位可以任意选择，这样就会存在同一个物理量出现多个单位，与此对应存在多种单位制．古今中外都不一样，严重影响了科学技术的交流与发展，因此1960年第11届国际计量大会对此做出了规范，通过了国际单位制（代号为SI）
一、
单位制
1.基本量：在物理学中，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，这些被选用的物理量叫基本量。
2.基本单位：基本量的单位。
3.导出单位：由基本量根据物理公式推导出来的其他物理量的单位。
例如：利用v=x/t可以推导出速度的单位（m/s）；利用公式a=(v-v0)/t可以推导出加速度的单位（m/s2）；利用Ｆ＝ma可以推导出力的单位（kg·m/s2）。
说明：物理公式在确定物理量的数量关系的同时，也确定了物理量的单位关系。
4.单位制：基本单位和导出单位一起组成了单位制。
5.国际单位制
国际上通用的，包括一切科学技术领域的单位制，在1960年第11届国际计量大会上通过的以米、千克、秒制为基本的国际单位制（简称SI制）。
板书
书P78
6.国际单位制中的七个基本物理量和相应国际单位制中的基本单位如下表：
物理学中，共有七个物理量的单位被选定为基本单位
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（公斤）
kg
时间
t
秒
s
电流
I
安［培］
A
热力学温度
T
开［尔文］
K
发光强度
I，（IV）
坎［德拉］
cd
物质的量
n,(V)
摩［尔］
mol
板书
物理量
单位
备注
名称
符号
名称
符号
面积
S
平方米
m2
体积
V
立方米
m3
位移
S
米
m
速度
V
米每秒
m/s
加速度
A
米每二次秒
m/s2
角速度
ω
弧度每秒
rad/s
频率
f
赫兹
Hz
(质量)密度
ρ
千克每立方米
Kg/m3
力
F
牛顿
N
1N=1Kgm/s2
力矩
M
牛顿·米
N
·m
动量
P
千克米每秒
Kgm/s
压强
P
帕斯卡
Pa
1Pa=1N/m2
功
W
焦耳
J
1J=1Nm
能(量)
E
焦耳
J
功率
P
瓦特
W
1w=1J/s
常用的力学量的SI单位（导出单位）
物理量名称
单位名称
单位符号
长度
米
m
质量
千克(公斤)
kg
时间
秒
s
电流
安(培)
A
热力学温度
开(尔文)
K
发光强度
坎(德拉)
cd
物质的量
摩(尔)
mol
SI基本单位
重复记忆
　1．基本单位
长度单位：米（m）
质量单位：千克（kg）
时间单位：秒（s）
　2．导出单位：
速度单位：米／秒（m／s）
加速度单位：米每二次方秒（m／s
2）
力的单位：牛顿（N）
注意：力学中的国际单位制（SI）
在力学中，选定长度、质量和时间这三个物理量的单位为基本单位
思考：请分析说明为什么选“kg、m、s”作为力学的基本单位？
答：因为力学是研究物体运动变化过程中力与运动的关系的，因此，联系物体自身性质的量（质量）和空间尺度的量（长度）以及时间，必然与物体受力后运动变化联系得最密切、最普通，所以这三个物理量也最基本。
事实也表明，用这三个量做基本单位，可使力学的基本单位数目最少，所以在力学中规定m、kg、s为国际单位制的基本单位。
长度的单位有：厘米（cm）、米（m）、千米（km）等．
质量的单位有：克（g）、千克（kg）等．
时间的单位有：秒（s）、分（min）、小时（h）等．
SI中的非基本单位（也不是导出单位）
长度
厘米
cm
毫米
mm
分米
dm
时间
小时
h
分钟
min
日等等
质量
克
g
吨
t
毫克
mg
除了SI单位制，还有厘米·克·秒单位制
重复记忆
、
cm/s2
……
基本单位
导出单位
N
、g
、mg
……
、min、hour
…
m
kg
s
、
km/h
……
、g/cm3
……
m/s
m/s2
kg/m3
国
际
单
位
制
长度：
质量：
时间：
速度：
加速度
力：
密度：
kg·m/s2
、km
、cm……
单
位
制
力
学
(SI)
重复记忆
二、组合单位的读法
1.组合单位的汉文名称与其符号表示的顺序一致．在只有名称而不出现符号的场合，名称的顺序应该与有符号的情况下一致．如单位由相乘构成，无论是否使用乘的符号，名称中无对应“乘”的词，符号中的除（斜线和出现的负指数），名称中对应的词为“每”字，“每”字只出现一次而与分母中的单位多少无关．
2.例如：
（1）力矩的SI单位名称为“牛顿米”（因其符号为N·m）
（2）密度的SI单位名称为“千克每立方米”（因其符号为kg／m3）
板书
（1）根据单位制的单位和已知的导出单位，可以利用物理公式推导出其他物理量的单位，并确定该公式的比例常数。例如，在国际单位制中，根据牛顿第二定律定义是质量为1
kg的物体产生1
m/s2加速度的力为1
N，即1
N=1
kg·m/s2，这时F=kma中，k=1，所以F=ma。
（2）根据物理量的单位还可以发现错误，在查阅资料或进行计算的过程中，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。
（3）计算的时候，所有的已知量都用国际单位制的单位来表示，那么只要正确地应用物理公式，计算结果必是用国际单位来表示的。因此，解题时没有必要在式中一一写出各个物理量的单位，只要在式子末尾写出所求量的单位就可以了。简化计算过程的单位表达.
三、
单位制在物理计算中的应用
板书
【例1】一次小明在做物理作业时，推导出某物体运动时的位移s、初速度v0、加速度a和时间t之间有下面的关系：s=v0t2+1/2at3，小明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。
聪明的同学，你能很快看出该式的错误吗？
【解析】作为表示物理规律的方程，它两边的单位必须是相同的，不妨设速度、加速度、时间分别是1
m/s、1
m/s2、1
s，代入
s=v0t2+1/2at3中，得：
s=1
m/s×(1
s)2+1/2×1
m/s2×(1
s)3=3/2×m×s
我们知道，位移的单位是米，可见上式中左右两边单位不相同，因此，可判断公式s=v0t2+1/2at3是错误的，不可能有什么运动服从它。
【评析】利用单位来检查物理公式的对错是单位制的重要功能之一。依据公式两边单位是否相同能迅速加以判断。
【例2】质量m=200
g的物体，测得它的加速度a=20
cm/s2，则关于它所受的合力的大小及单位，下列运算既简捷又符合一般运算要求的是（
）
A.F=200×20=4
000
N
B.F=0.2×0.2
N=0.04
N
C.F=0.2×0.2=0.04
N
D.F=0.2
kg×0.2
m/s2=0.04
N
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。下面有几种不同的求法，其中单位运用正确、简捷而又规范的是（
）
A.m=F/a=2/10
kg=0.2
kg
B.m=F/a=2
N/0.1
m/s2=(20kg·m/s2)/(m/s2)=20
kg
C.m=F/a=2/0.1=20
kg
D.m=F/a=2/0.1
kg=20
kg
B
【解析】A中各量未统一到国际单位，结果却用国际单位，A错；C中第二项缺单位，C错，D太繁琐，故选B。
【评析】解物理题时，只要采用了国际单位制，就不必每个物理量都带单位，这样会使计算简捷规范。
D
例3
：一个静止在光滑水平面上的物体，质量是7kg，在14N的恒力作用下，5s末的速度是多大？
5s内通过的路程是多大？
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．
【例3】
（简化计算过程的单位表达）
书P79例题
物理情景
vt
v0=0
F=14N
s
物体在上述过程作匀变速直线运动吗？为什么？
书P79例题【例3】解：
Vt＝at＝2m/s2×5s＝10m/s
统一单位制
有的同学，解题时，单位弄错，常常说自己粗心。其实是单位制没有掌握好。代入数据前应统一单位制这点要形成习惯.
＝2m/s2
7kg
14N
m
F
＝
a＝
m
F
7
14
＝
a＝
＝2m/s2
m/s2
Vt＝at＝2×5m/s＝10m/s
S
＝
at2
＝
×2m/s2×25s2
2
1
2
1
＝25m
＝25m
S
＝
at2
＝
×2×25m
2
1
2
1
所以：在统一已知量的单位后，计算时只
需要在最后的结果上加上单位即可，
过程中不需要一一写出各量的单位。
看书P80
结果对吗？
单位对，结果不一定对，但对结果可以“放心”一点
答：单位不对，结果则肯定不对
物理公式既反映了各物理量间的数量关系，同时也确定了各物理量的单位关系．因此，在解题中可用单位制来粗略判断结果是否正确，如单位制不对，结果一定错误．
【例4】检验结果的正误
例2：如果地球自转速度加快以使赤道上的物体能克服地球引力而脱离地面飘浮起来，这时地球自转的最大周期T＝
(地球半径为R，地面重力加速度为g).
有位同学推出的结果是：
T＝2π
R
g
【例5】：选定了长度的单位m、质量的单位kg、时间的单位s之后，就足以导出力学中其他所有的物理量的单位，但必须依据相关的公式。
现有一个物理量及其表达式为
，其中M是质量，r是长
度量，又已知G的单位是N·m2·kg
-2，据此能否推知A是什么物理量？
答：A是速度
既不是国际单位，也不是导出单位
1、给出下列物理量或单位，请按要求填空：
A、米；
B、牛顿；
C、加速度；
D、米/秒2；
E、质量；
F、千克；
G、时间；
H、秒；
I、分钟；
J、位移；
K、厘米；
L、千克/米3；
M、焦耳；
1、在国际单位制中作为基本单位的是__________。
2、属于导出单位的是______________。
3、物理量是：_____________。其中属于矢量的是
，属于标量的是
；
A
F
H
B
D
L
M
C
E
G
J
C
J
E
G
2、质量为500g的物体受力作用后获得10m／s2的加速度，则物体受到的合外力为多少牛？
解:
m＝500g＝0.5kg
a＝10cm／s2＝0.1m／s2
由牛顿第二定律：F=ma
得F＝0.5×0.1N＝0.05N
　　利用国际单位制运算时，不需要带单位运算，只要在每一个结果的后面写上正确单位即可．
注意
1.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.物理公式既反映了各物理量间的数量关系，同时也确定了各物理量的单位关系。因此，在解题中可用单位制来粗略判断结果是否正确，如单位制不对，
结果一定错误。
单位制
基本单位
导出单位
1、米(m)
2、千克（Kg）
3、秒（S）
4、安培（A）
5、开尔文（K）
6、坎德拉（cd）7、摩尔（mol）
力学单位制中的三个基本单位
由基本单位推导出来的单位叫导出单位
选定的单位
m/s、m/s2、
N、kg/m3
kgm/s、kgm2/s2、Ns
库、欧姆、电功率等等
焦/千克等
电学
热学
热学
光学
国际单位制(简称SI单位制)
1、完成课本P80的问题与练习：1、2、3、4、5
、
6
2、导学同步自己做
作业