高中物理人教必修一《4 力學(xué)單位制》公開課優(yōu)秀教案教學(xué)設(shè)計

1、4力學(xué)單位制1知道什么是單位制，什么是基本量和基本單位，什么是導(dǎo)出量和導(dǎo)出單位。2知道國際單位制，以及國際單位制中力學(xué)的三個基本量及其基本單位。3認識單位制在計算中的作用，會在計算中正確、簡潔地書寫單位。一、基本單位1物理學(xué)的eq o(,sup4(1)關(guān)系式在確定了物理量之間的關(guān)系時，也確定了物理量的eq o(,sup4(2)單位之間的關(guān)系。2基本量：在物理學(xué)中，只要選定幾個物理量的單位，就能夠利用物理量之間的關(guān)系推導(dǎo)出其他物理量的單位，這些被選定的物理量叫作eq o(,sup4(3)基本量。3基本單位：eq o(,sup4(4)基本量的單位。4導(dǎo)出量：由eq o(,sup4(5)基本量根據(jù)物

2、理關(guān)系推導(dǎo)出來的其他物理量叫作導(dǎo)出量。5導(dǎo)出單位：由基本量根據(jù)eq o(,sup4(6)物理關(guān)系推導(dǎo)出來的相應(yīng)單位叫作導(dǎo)出單位。6單位制：eq o(,sup4(7)基本單位和eq o(,sup4(8)導(dǎo)出單位一起就組成了一個單位制。二、國際單位制1國際單位制：1960年第11屆國際計量大會制訂的一種eq o(,sup4(1)國際通用的、包括一切計量領(lǐng)域的單位制，叫作國際單位制，簡稱SI。2國際單位制的基本單位判一判(1)物理量的單位均可以互相導(dǎo)出。()(2)一般來說，物理公式主要確定各物理量之間的數(shù)量關(guān)系，并不一定同時確定單位關(guān)系。()(3)質(zhì)量是物理學(xué)中的基本物理量。()(4)時間是國際單位

3、制中的基本單位。()(5)kgm/s是國際單位制中的導(dǎo)出單位。()提示：(1)物理量的單位可以通過相應(yīng)的物理公式導(dǎo)出，并不是物理量的單位都可以互相導(dǎo)出。(2)物理學(xué)的關(guān)系式不僅確定了物理量之間的數(shù)量關(guān)系，同時還確定了物理量的單位之間的關(guān)系。(3)(4)時間是物理學(xué)中的基本物理量，秒是國際單位制中的基本單位。(5)想一想(1)力的單位“牛頓”是基本單位嗎？提示：不是，由Fma得，1 N1 kgm/s2，即“牛頓”是導(dǎo)出單位。(2)一個物理量的單位若用兩個或兩個以上的基本單位的符號表示，這個物理量的單位一定是導(dǎo)出單位嗎？提示：是。導(dǎo)出單位是由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來的其他物理量的單位，所以都是由

4、兩個或兩個以上的基本單位的符號表示。(3)賽車比賽中兩輛摩托車的速度分別為v1160 km/h、v250 m/s，甲同學(xué)說v1v2，乙同學(xué)說v1v1。課堂任務(wù)對單位制的理解仔細觀察下列圖片，認真參與“師生互動”?；顒?：根據(jù)上圖中數(shù)字和單位的描述，單從數(shù)值上考慮，能直接比較三者的體重嗎？為什么？要比較27.5噸、200磅、85 kg的大小，應(yīng)該怎么做？提示：不能。單位不統(tǒng)一，沒辦法直接進行比較。把噸、磅、kg換算成統(tǒng)一的單位，如均換算成kg，然后再進行比較?；顒?：計量一頭大象的質(zhì)量常用噸(t)作單位，但在計量人的質(zhì)量時卻用千克(kg)作單位，為什么？提示：1 t1103 kg，大象比較重，人

5、相對較輕，故大象的質(zhì)量用t作單位，而人的質(zhì)量用kg作單位?；顒?：由veq f(x,t)，若位移的單位用m，時間的單位用s，則速度的單位是什么？由aeq f(v,t)，若速度的單位用m/s，時間的單位用s，則加速度的單位是什么？由此可想到什么？提示：m/s；m/s2；物理學(xué)的關(guān)系式在確定了物理量之間的關(guān)系時，也確定了物理量的單位之間的關(guān)系。活動4：自由落體加速度g的單位是m/s2，在初中學(xué)習(xí)時，g的單位曾用N/kg，這兩個單位相同嗎？提示：相同。由Fma知1 N1 kgm/s2，故1 N/kg1 m/s2?；顒?：由活動4、5可總結(jié)出什么？提示：只要選定幾個物理量的單位，就能利用物理量之間的關(guān)

6、系式推導(dǎo)出其他物理量的單位。活動6：討論、交流、展示，得出結(jié)論。1物理學(xué)的關(guān)系式在確定了物理量之間的關(guān)系時，也確定了物理量的單位之間的關(guān)系。2單位制：由基本單位和導(dǎo)出單位組成。(1)基本量和基本單位：在物理學(xué)中，只要選定幾個物理量的單位，就能夠利用物理量之間的關(guān)系推導(dǎo)出其他物理量的單位。被選定的物理量叫作基本量，相應(yīng)的單位叫作基本單位。(2)導(dǎo)出量和導(dǎo)出單位：由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來的其他物理量叫作導(dǎo)出量，推導(dǎo)出來的相應(yīng)單位叫作導(dǎo)出單位。3單位制的意義(1)單位是物理量的重要組成部分，同一個物理量，選用不同的單位時，數(shù)值不同，統(tǒng)一單位能夠便于交流。(2)能推導(dǎo)出所得結(jié)果的代數(shù)式的單位。(3

7、)根據(jù)單位制能夠?qū)Y(jié)果作出基本判斷。4單位制的組成例1現(xiàn)有以下一些物理量和單位，按下面的要求選擇填空(填寫字母的代號)。密度米/秒牛頓加速度質(zhì)量秒厘米長度時間千克(1)屬于物理量的是_。(2)在國際單位制中，作為基本量的物理量有_。(3)在國際單位制中，屬于基本單位的有_，屬于導(dǎo)出單位的有_。(1)題目中哪些是物理量的單位？提示：。(2)國際單位制中基本單位有哪些？提示：米、千克、秒等七個基本單位。規(guī)范解答屬于物理量的有；屬于單位的有；在國際單位制中，作為基本量的物理量有；在國際單位制中，屬于基本單位的有，屬于導(dǎo)出單位的有。完美答案(1)(2)(3)1基本物理量的所有單位均為基本單位，但是基本

8、單位并不都是國際單位制中的單位，國際單位制中的單位也不一定是基本單位，要從概念上理解基本單位與國際單位之間的聯(lián)系與區(qū)別。2只用一個符號表示的單位不一定就是基本單位，例如牛頓N是導(dǎo)出單位；兩個或更多的符號表示的單位也可能是基本單位，例如千克kg就是基本單位。eq avs4al(變式訓(xùn)練1)下列說法中，正確的是()A在力學(xué)單位制中，若采用cm、kg、s作為基本單位，力的單位是NB在力學(xué)單位制中，若力的單位是N，則采用cm、kg、s作為基本單位C牛頓是國際單位制中的一個基本單位D牛頓是力學(xué)單位制中采用國際單位的一個導(dǎo)出單位答案D解析在力學(xué)范圍內(nèi)，國際單位制中的基本量為長度、質(zhì)量、時間，相應(yīng)的基本單位

9、為米(m)、千克(kg)、秒(s)，1 N1 kgm/s2，所以牛頓是力學(xué)單位制中采用國際單位的一個導(dǎo)出單位，D正確，A、B、C錯誤。課堂任務(wù)單位制在計算中的應(yīng)用仔細觀察下列圖片，認真參與“師生互動”。xv0t2eq f(1,2)at3公式對嗎？x3 m/s(2 s)2eq f(1,2)6 m/s2(2 s)3？單位太復(fù)雜了，朕不做了。活動1：一次，小華在做物理作業(yè)時，推導(dǎo)出某物體運動時的位移x、初速度v0、加速度a和時間t之間的關(guān)系為xv0t2eq f(1,2)at3，小華以為發(fā)現(xiàn)了一條新的運動規(guī)律，高興地拿去給老師看。老師一看，立即遺憾地告訴他，這個公式是錯誤的，不可能有滿足這個公式的運動

10、。請問為什么說該式是錯誤的？提示：若采用國際單位制，等式xv0t2eq f(1,2)at3，左邊x的單位是m，而等式右邊得出的單位卻是ms，故該關(guān)系式肯定是錯誤的?；顒?：在計算過程中，小華代入數(shù)據(jù)計算時，各物理量的單位必須統(tǒng)一為同一單位制嗎？提示：必須統(tǒng)一為同一單位制?；顒?：小華在計算過程中，每一個量都帶單位，寫起來太繁瑣，有更簡潔的方法嗎？提示：有，不必一一寫出各量后面的單位，每個量都用同一種單位制，這樣在計算過程中只要在每個數(shù)字計算式和結(jié)果后面帶上該單位制中其對應(yīng)的單位即可?；顒?：討論、交流、展示，得出結(jié)論。單位制的三大應(yīng)用(1)簡化計算過程在利用物理公式進行計算時，為了在代入數(shù)據(jù)時

11、不使計算式過于繁雜，要把各個量換算到同一單位制中，這樣計算時就不必一一寫出各量的單位，只要在所求結(jié)果后寫上對應(yīng)的單位即可。(2)檢驗計算結(jié)果各量的單位統(tǒng)一成國際單位，計算結(jié)果的單位和所求物理量的國際單位一致時，該運算過程才可能是正確的。若所求物理量的單位不對，則結(jié)果一定錯。(3)推導(dǎo)單位物理公式在確定各物理量的數(shù)量關(guān)系時，也確定了各物理量的單位關(guān)系，所以可以根據(jù)物理公式中物理量間的關(guān)系，推導(dǎo)出物理量的單位。例2質(zhì)量為1.5 t的汽車在前進中遇到的阻力是車重的0.05倍，汽車在水平地面上做勻加速直線運動時，5 s內(nèi)速度由36 km/h增至54 km/h。求汽車發(fā)動機的牽引力的大小。(g取10 m

12、/s2)(1)將各物理量的單位統(tǒng)一到國際單位制：15 t_ kg,36 km/h_ m/s，54 km/h_ m/s。提示：1.51031015(2)怎樣計算發(fā)動機的牽引力？提示：由牛頓第二定律F合FFfma可得發(fā)動機的牽引力FmaFf。規(guī)范解答將各物理量的單位統(tǒng)一到國際單位制中，m1.5 t1.5103 kg，v036 km/h10 m/s，v54 km/h15 m/s，t5 s。因vv0at，F(xiàn)Ffma，故FmaFfeq f(mvv0,t)0.05mgeq f(1.51031510,5) N0.051.510310 N2.25103 N。完美答案2.25103 N單位制在物理計算中的應(yīng)用技

13、巧(1)題目中的物理量必須統(tǒng)一單位制，一般是統(tǒng)一為國際單位制。(2)當采用國際單位制時，牛頓第二定律公式Fkma中的k取1。(3)當各物理量均采用國際單位，運用公式進行運算時，公式中的各量不必均寫上單位，只需在最后的數(shù)值后面寫上所求量的國際單位即可。eq avs4al(變式訓(xùn)練2)汽車空載時的質(zhì)量是4103 kg，它能運載的最大質(zhì)量是3103 kg。要使汽車在空載時以一定加速度加速前進，受到的合力為2.5104 N，那么滿載時以同樣大小的加速度前進，汽車受到的合力是多少？答案4.375104 N解析空載時，m14103 kg，F(xiàn)12.5104 N，由牛頓第二定律得加速度：aeq f(F1,m1

14、)eq f(2.5104,4103) m/s26.25 m/s2，滿載時，總質(zhì)量為m1m27103 kg，由牛頓第二定律得合力：F2(m1m2)a71036.25 N4.375104 N。例3物理學(xué)中有些結(jié)論不一定要通過計算才能驗證，有時只需通過一定的分析就能判斷結(jié)論是否正確。根據(jù)流體力學(xué)知識，噴氣式飛機噴出氣體的速度v與飛機發(fā)動機燃燒室內(nèi)氣體的壓強p、氣體密度及外界大氣壓強p0有關(guān)。試分析判斷下列關(guān)于噴出氣體的速度的倒數(shù)eq f(1,v)的表達式可能正確的是()A.eq f(1,v) eq r(f(,2pp0) B.eq f(1,v) eq r(f(2,pp0)C.eq f(1,v) eq

15、r(f(2pp0,2) D.eq f(1,v)eq r(2pp0)不知道具體的物理原理，也能判斷表達式的正誤嗎？提示：是的。將表達式中各物理量的國際單位全部代入式中，對單位進行運算，若得到的單位不是表達式所對應(yīng)的物理量的國際單位，則表達式一定錯誤。規(guī)范解答先根據(jù)等式的等號兩邊單位相同判斷；再根據(jù)內(nèi)外壓強差越大，噴氣速度越大判斷。物理關(guān)系式的等號兩側(cè)單位要相同，A、B選項中等號右側(cè)的單位為 eq r(f(kg/m3,Pa) eq r(f(kg/m3,N/m2) eq r(f(kg,mN) eq r(f(kg,mkgm/s2)eq r(s2/m2)s/m，C選項中等號右側(cè)單位是m/s，D選項中等號

16、右側(cè)單位是kg/(m2s)，C、D錯誤；結(jié)合實際情況，內(nèi)外壓強差越大，噴氣速度越大，故A可能正確，B錯誤。完美答案A對于一個物理問題，根據(jù)單位制就可以對結(jié)果作出一個基本的判斷，即在國際單位制中所得結(jié)果的代數(shù)式的單位與所求量的單位相符，則結(jié)果可能是正確的；如果所得結(jié)果代數(shù)式的單位與所求量的單位不相符，那么結(jié)果一定是錯誤的。eq avs4al(變式訓(xùn)練3)物理公式不僅反映了物理量之間的數(shù)量關(guān)系，同時也反映了物理量的單位之間關(guān)系。在物理學(xué)中，把作用于物體上的力F與作用時間t的乘積定義為沖量I，即IFt，則下列選擇中用國際單位制中的基本單位表示沖量單位的是()ANm/s BNm Ckgm/s Dkgm

17、/s2答案C解析根據(jù)牛頓第二定律可知：Fma，即1 N1 kgm/s2，由IFt可得，沖量的單位是Ns,1 Ns1 kgm/s2s1 kgm/s，C正確，A、B、D錯誤。A組：合格性水平訓(xùn)練1(單位制)關(guān)于國際單位制，下列說法錯誤的是()A國際單位制是世界各國統(tǒng)一使用的一種通用的單位制B各國均有不同的單位制，國際單位制是為了交流方便而采用的一種單位制C國際單位制是一種基本的單位制，只要在物理運算中各物理量均采用國際單位制中的單位，則最后得出的結(jié)果的單位必然是國際單位制中的單位D長度、能量、時間是國際單位制中的基本量答案D解析各國均有不同的單位制，國際單位制是為了方便交流而采用的一種單位制，是世

18、界各國統(tǒng)一使用的一種通用的單位制，A、B正確；國際單位制是一種基本的單位制，只要在物理運算中各物理量均采用國際單位制中的單位，則最后得出結(jié)果的單位必然是國際單位制中的單位，C正確；長度、時間是國際單位制中的基本量，而能量不是，D錯誤。2(單位制)在國際單位制中，力學(xué)范圍內(nèi)的三個基本單位是()A牛頓、厘米、秒 B千克、米、秒C千克、秒、焦耳 D牛頓、秒、米每秒答案B解析在國際單位制中，力學(xué)范圍內(nèi)的三個基本量為長度、質(zhì)量和時間，其對應(yīng)的三個基本單位為米、千克和秒，A、C、D錯誤，B正確。3(單位制)下列器材中，不是測量國際單位制中力學(xué)基本量的工具的是()答案B解析國際單位制中，力學(xué)中的三個基本量是

19、長度、質(zhì)量和時間，對應(yīng)的基本單位是米、千克、秒。天平用來測量質(zhì)量，彈簧秤用來測量力，秒表用來測量時間，刻度尺用來測量長度，故選B。4(單位制)(多選)下列說法中，正確的是()A在力學(xué)中，力是基本概念，所以力的單位“牛頓”是力學(xué)單位制中的基本單位B因為力的單位是牛頓，而1 N1 kgm/s2，所以牛頓是個導(dǎo)出單位C各物理量采用國際單位制單位，通過物理公式得出的最終結(jié)果的單位一定為國際單位制單位D物理公式不僅確定了物理量之間的數(shù)量關(guān)系，同時也確定了物理量間的單位關(guān)系答案BCD解析力雖然是力學(xué)中的基本的概念，但它不是力學(xué)中的基本量(力學(xué)中的基本量是質(zhì)量、長度和時間)，所以它的單位“牛頓”不是力學(xué)中的

20、基本單位，A錯誤；因為kg、m、s是基本單位，而對力的單位牛頓，有1 N1 kgm/s2，所以牛頓是導(dǎo)出單位，B正確；各物理量采用國際單位制單位，通過物理公式得出的最終結(jié)果的單位一定是國際單位制單位，C正確；物理公式不僅確定了物理量之間的數(shù)量關(guān)系，同時也確定了物理量間的單位關(guān)系，D正確。5(單位制的應(yīng)用)由萬有引力定律可知，任何兩個質(zhì)點的質(zhì)量分別為m1和m2，其間距離為r時，它們之間的萬有引力的大小為FGeq f(m1m2,r2)，式中G為引力常量。若用國際單位制表示，G的單位是()Akg2N/m2 Bkgm2/NCkg2m/N DNm2/kg2答案D解析已知FGeq f(m1m2,r2)，則

21、Geq f(Fr2,m1m2)，可知若用國際單位制表示，G的單位為：Nm2/kg2，D正確，A、B、C錯誤。6(單位制)在厘米克秒(cmgs)制中，力的單位是“達因”(dyn)：使質(zhì)量為1 g的物體產(chǎn)生1 cm/s2的加速度的力為1達因，則()A1 N101 dyn B1 N10 dynC1 N1102 dyn D1 N1105 dyn答案D解析根據(jù)牛頓第二定律Fma可得，1 N1 kgm/s21103 g1102 cm/s21105dyn，D正確。7(單位制的應(yīng)用)在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長量x與彈力F成正比，即Fkx，其中k的值與彈簧材料、原長L、橫截面積S等因素有關(guān)。理論與實驗都表明keq

22、 f(YS,L)，其中Y是由材料決定的常數(shù)，材料力學(xué)中稱之為楊氏模量。在國際單位制中，楊氏模量Y的單位為()ANm2 BNm1 Cm DN答案A解析由keq f(YS,L)，得Yeq f(kL,S)，由Fkx得，keq f(F,x)，k的單位是N/m，S的單位是m2，L的單位是m，代入Yeq f(kL,S)得Y的單位是N/m2Nm2，A正確。8(單位制的應(yīng)用)(多選)在研究勻變速直線運動的實驗中，取計數(shù)時間間隔為0.1 s，測得相鄰相等時間間隔的位移差的平均值x1.2 cm，若還測出小車的質(zhì)量為500 g，則關(guān)于加速度、合外力的大小及單位，既正確又符合一般運算要求的是()Aaeq f(x,t2

23、)eq f(1.2,0.12) m/s2120 m/s2Baeq f(x,t2)eq f(1.2102,0.12) m/s21.2 m/s2CFma5001.2 N600 NDFma0.51.2 N0.6 N答案BD解析x1.2 cm1.2102 m，根據(jù)xat2得aeq f(x,t2)eq f(1.2102,0.12) m/s21.2 m/s2，故A錯誤，B正確；又因500 g0.5 kg，由Fma得Fma0.51.2 N0.6 N，故C錯誤，D正確。9(單位制的應(yīng)用)質(zhì)量為10 g的子彈以300 m/s的水平速度射入一塊豎直固定的木板，把木板打穿，子彈穿出時的速度為200 m/s，板厚10

24、 cm。求木板對子彈的平均作用力。答案2.5103 N，方向和初速度方向相反解析以子彈為研究對象，取初速度v0的方向為正方向，依題意，有v0300 m/s，v200 m/s，x10 cm0.10 m，m10 g1102 kg。子彈穿過木板的運動可看作是勻減速直線運動，設(shè)加速度為a，由公式v2veq oal(2,0)2ax得aeq f(v2voal(2,0),2x)eq f(20023002,20.10) m/s22.5105 m/s2，負號表示加速度方向與規(guī)定的正方向方向相反，設(shè)木板對子彈的平均作用力為F，根據(jù)牛頓第二定律，有：Fma1102(2.5105) N2.5103 N，負號表示平均作

25、用力的方向與規(guī)定的正方向相反。B組：等級性水平訓(xùn)練10(單位制)高三某同學(xué)對自己在本學(xué)期學(xué)校體檢后的一些數(shù)據(jù)在單位上作了一些轉(zhuǎn)化，其中部分數(shù)據(jù)在如下選項中給出，在他給出的數(shù)據(jù)中，單位不屬于國際制單位的有()A體重G637 NB質(zhì)量m65 kgC身高H178 cmD心跳100次時間t80 s答案C解析N是國際單位制中的導(dǎo)出單位，不符合題意，A錯誤；kg是國際單位制中的基本單位，不符合題意，B錯誤；cm是常用單位，不屬于國際單位，符合題意，C正確；s是國際單位制中的基本單位，不符合題意，D錯誤。11(單位制的應(yīng)用)在解一文字計算題中(由字母表達結(jié)果的計算題)，一個同學(xué)解得xeq f(F,2m)(t

26、1t2)，其中x、F、m、t分別表示位移、力、質(zhì)量和時間。用單位制的方法檢查，這個結(jié)果()A可能是正確的B一定是錯誤的C如果用國際單位制，結(jié)果可能正確D用國際單位制，結(jié)果錯誤，如果用其他單位制，結(jié)果可能正確答案B解析xeq f(F,2m)(t1t2)中，等號左邊的單位是長度單位，而等號右邊的單位經(jīng)推理可知是速度單位，單位制選用得不同，關(guān)系式等號兩邊的系數(shù)可能不同，但不改變等號左右兩邊物理量的性質(zhì)，故不管用何種單位制，結(jié)果都一定錯誤，故B正確，A、C、D錯誤。12(單位制的應(yīng)用)2018年11月16日第26屆國際計量大會通過“修訂國際單位制”決議，正式更新包括國際標準質(zhì)量單位“千克”在內(nèi)的四項基

27、本單位的定義，新國際單位體系采用物理常數(shù)重新定義質(zhì)量單位“千克”、電流單位“安培”、溫度單位“開爾文”和物質(zhì)的量單位“摩爾”。以F表示力，v表示速度，a表示加速度，x表示位移，t表示時間，m表示質(zhì)量，借助單位制可知下列表達式可能正確的是()Axeq f(Ft,m) Bt eq r(f(x,a)Cveq r(xat) Da eq r(f(x,t2)答案B解析eq f(Ft,m)的單位為ms1，而位移x的單位為m，故A錯誤；eq f(x,a)的單位為s2, eq r(f(x,a)的單位為s，故B正確；xat的單位為m2s1；eq r(xat)的單位為mseq f(1,2)，故C錯誤；eq f(x,t2)的單位為ms2, eq r(f(x,t2)的單位