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2019-2020年高一物理 第三章 牛頓運算定律 力學(xué)單位制 第一課時 5 ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識目標(biāo) 1.知道什么是單位制，什么是基本單位，什么是導(dǎo)出單位. 2.知道力學(xué)中的三個基本單位. 3.明確單位制在物理計算中的應(yīng)用. 二、能力目標(biāo) 培養(yǎng)學(xué)生在計算中采用國際單位，從而使運算過程的書寫簡化. 三、德育目標(biāo) 使學(xué)生理解建立單位制的重要性，了解單位制的基本思想. ●教學(xué)重點 1.什么是基本單位，什么是導(dǎo)出單位. 2.力學(xué)中的三個基本單位. ●教學(xué)難點 統(tǒng)一單位后，計算過程的正確書寫. ●教學(xué)方法 講練法、歸納法. ●教學(xué)用具 投影儀、投影片. ●課時安排 1課時 ●教學(xué)過程 ［用投影片出示本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)］ 1.知道什么是單位制，知道力學(xué)中的三個基本單位. 2.認(rèn)識單位制在物理計算中的作用. ●學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程 一、導(dǎo)入新課 ［教師］不同的數(shù)字可以反映出其大小，那么我們在比較物理量時，是否可以只用數(shù)字來比較呢？ ［學(xué)生］不可以. ［教師］為什么呢？試舉例說明. ［學(xué)生］因為僅憑數(shù)字的大小關(guān)系并不能確定物理量的大小關(guān)系.例如：兩人身高分別為160和1.70時，我們就很難說明哪個人的身高要高一些.要想能比較還必須加上單位. ［教師］由此可見，我們在對物理量進(jìn)行描述時，除了有數(shù)外，還必須有單位.那么，各物理量的單位間有何關(guān)系呢？本節(jié)我們一起來討論這一問題. 二、新課教學(xué) (一）基本單位和導(dǎo)出單位 ［教師］用投影片出示 （1）某人從相距15 km的甲地到乙地，需要3 h，則此人的行進(jìn)速度是多少？ （2）某電動玩具半秒鐘內(nèi)，繞長為2.5 m的軌道轉(zhuǎn)了一圈，試求此電動玩具的速度？ （3）試求質(zhì)量為15 kg的物體的重量. 請同學(xué)們快速完成這三道簡單題目. ［學(xué)生活動］完成上述題目. ［教師］檢查運算結(jié)果. ［學(xué)生甲］人行進(jìn)的速度是:v=5 km/h. ［學(xué)生乙］電動玩具的速度：v=5 m/s. ［學(xué)生丙］物體的重量為：G=150 N. ［教師］請問甲、乙、丙三位同學(xué)，你們是怎么樣來確定計算結(jié)果的單位的呢？ ［學(xué)生甲］我在用公式計算時，距離的單位取km，時間單位取h.根據(jù)公式即可推出：速度的單位是：km/h. ［學(xué)生乙］我在用公式計算時，距離的單位取m，時間的單位取s.根據(jù)公式推導(dǎo)出速度的單位是：m/s. ［學(xué)生丙］我在用公式計算時，質(zhì)量的單位取kg，加速度的單位取m/s2.根據(jù)公式推導(dǎo)出重量的單位：kgm/s2=N. ［教師總結(jié)］從同學(xué)們上面的推導(dǎo)及運算過程可知： 物體公式在確定數(shù)量關(guān)系的同時，也確定了物理量的單位關(guān)系. 用復(fù)合投影片出示計算結(jié)果如下表： 公式 已知量 數(shù)量 單位 所求量 數(shù)量 單位 v= 距離 15 km 速度 5 km/h 時間 3 h v= 距離 2.5 m 速度 5 m/s 時間 0.5 s G=mg 質(zhì)量 15 kg 重量 150 N 重力加速度 10 m/s2 ［鞏固練習(xí)］ 試?yán)霉酵茖?dǎo)：壓強(qiáng)、功、密度三個物理量的單位. ［學(xué)生活動］應(yīng)用公式進(jìn)行推導(dǎo). ［教師總結(jié)］同學(xué)們可能得到了各不相同的單位，但我們必須保證公式前后的單位是一致的.只要滿足這一條件，那么同學(xué)們得到的結(jié)果就是正確的.不過，不同的單位會給我們在對物理量進(jìn)行比較時帶來不必要的麻煩.我們返回看上表. ［教師］用投影片顯示上表.請同學(xué)們觀察前兩題的計算結(jié)果，其數(shù)值大小相同嗎？ ［學(xué)生］相同. ［教師］那么，我們就說這兩個速度的大小是相同的，可以嗎？ ［學(xué)生］不可以. ［教師］為什么呢？ ［學(xué)生］因為它們的單位不同. ［教師］我們能比較出哪個速度大一些嗎？ ［學(xué)生］也不能. ［教師］那么，我們怎樣就能進(jìn)行比較了呢？ ［學(xué)生］統(tǒng)一單位. ［教師］怎樣去統(tǒng)一單位呢？ ［學(xué)生］把公式中已知量的單位統(tǒng)一后，根據(jù)公式推導(dǎo)出的單位也就一樣了. ［教師總結(jié)］由于物理量的單位帶有一定程度的任意性，所以在統(tǒng)一單位時不同國家可能有不同的單位.這就給經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展帶來麻煩.為了避免這種麻煩的發(fā)生，國際組織對幾個基本物理量的單位作了規(guī)定（見下表），這樣就使全球有了一系列通用的單位.我們把這幾個量的單位叫基本單位. 物理量名稱 單位名稱 單位符號 長度 米 m 質(zhì)量 千克（公斤） kg 時間 秒 s 電流 安（培） A 熱力學(xué)溫度 開（爾文） K 發(fā)光強(qiáng)度 坎（德拉） cd 物質(zhì)的量 摩（爾） mol ［教師］現(xiàn)在請同學(xué)們利用規(guī)定的國際單位推導(dǎo)一下速度、加速度、力的單位. ［學(xué)生活動］利用公式對上述物理量的單位進(jìn)行推導(dǎo). ［教師］檢查推導(dǎo)情況后，用投影片出示推導(dǎo)結(jié)果下表: 公式 已知量 單位 所求量 單位 v= s m v m/s t s a= v m/s a m/s2 t s F=ma m kg F kgm/s2=N A m/s2 ［教師總結(jié)］像我們剛才所推導(dǎo)的速度、加速度、力的單位都是在基本單位的基礎(chǔ)上，利用公式推導(dǎo)出來的.我們把這些單位叫導(dǎo)出單位.由基本單位、導(dǎo)出單位等一系列單位所構(gòu)成的單位體系叫單位制，又叫國際單位制. ［鞏固訓(xùn)練］ 1.請同學(xué)們把密度的單位：克/升轉(zhuǎn)換成國際單位制中的單位. 2.現(xiàn)有下列物理量或單位，按下面的要求選擇填空： ①密度、②米/秒、③牛頓、④加速度、⑤質(zhì)量、⑥秒、⑦厘米、⑧長度、⑨時間、⑩千克 A.屬于物理量的有：______. B.在國際單位制中，作為基本單位的物理量有______. C.在國際單位制中屬基本單位的有______，屬導(dǎo)出單位的有______. 參考答案： 1.由ρ=m/V得： 克/升=110-3 kg/110-3 m3=kg/m3 2.A.①④⑤⑧⑨ B.⑤⑧⑨ C.⑥⑩；②③ （二）單位制在物理計算中的應(yīng)用 在物理計算中，如果所有已知量都用同一種單位制的單位表示，那么計算結(jié)果就用這種單位制的單位表示.反則若沒有對單位先進(jìn)行統(tǒng)一，那么在計算中的每一步都必須讓單位參與運算，否則，計算結(jié)果的單位很可能要出現(xiàn)錯誤. ［例題教學(xué)］投影片出示 質(zhì)量為10 g的子彈，以300 m/s的速度，水平射入一塊豎直固定的木板，把木板打穿，子彈穿出的速度為200 m/s，板厚10 cm，求子彈對木板的平均作用力. ［分析］本題要求子彈對木板的平均作用力大小，該力又直接作用于木板.正常要選木板作為研究對象.但由于板的受力及運動情況均未說明，故選板作為研究對象不可能求出該力.根據(jù)牛頓第三定律知；作用力和反作用力總是大小相等、方向相反.故我們只要求得其反作用力便可間接求出此力，而其力的反作用力就是板對子彈的平均阻力，所以，我們關(guān)鍵是要求子彈穿過木板過程中所受的阻力.而這一阻力的作用對象是子彈，因此我們選子彈作為研究對象. 要求子彈所受的阻力，則必清楚子彈的受力，故先對子彈進(jìn)行受力分析（如圖所示）.在子彈所受的重力、支持力、阻力三個力當(dāng)中,重力和支持力是一對平衡力，故這兩力的作用效果相抵消，即合力為零.所以子彈所受的合力就等效于阻力. 根據(jù)牛頓第二定律的矢量性可知，子彈運動時的加速度a的方向就與子彈所受合力（即子彈所受阻力）方向相同，而其加速度的大小就由阻力的大小來決定.由F合=F阻=ma知，要求子彈所受阻力，則必先求子彈的加速度. 由子彈運動情況知： a=(vt2-v02)/2s 至此，本題得解 解：因為vt=200 m/s,v0=300 m/s,s=10 cm 所以由vt2-v02=2as得： a=(vt2-v02)/2s = ==-2.5105 m/s2 又因為m=10 g=1010-3 kg=10-2 kg 所以由牛頓第二定律得： Ff=F合=ma =10-2 kg(-2.5105) m/s2 =-2.5103 kgm/s2 =-2.5103 N 根據(jù)牛頓第三定律知，板所受平均作用力： F=-Ff=2.5103 N ［教師總結(jié)］從上述解題過程中可見，若題中各已知量的單位如都用國際單位表示后，那么結(jié)果中的單位也一定是國際單位.既然如此，我們在運算中就不必一一寫出各物理量的單位，而只在后面寫出正確的單位即可. 用投影片給出簡化后的解題過程 a=(vt2-v02)/2s = m/s2 =2.5105 m/s2 Ff=F合=ma=1010-32.5105 N=2.5103 N ［鞏固訓(xùn)練］ 1.下列有關(guān)力學(xué)單位制的說法中，正確的是 A.在力學(xué)的分析計算中，只能采用國際單位，不能采用其他單位 B.力學(xué)單位制中，選為基本單位的物理量有長度、時間、質(zhì)量 C.力學(xué)單位制中，采用國際單位制的基本單位有：千克、米、秒 D.單位制中的導(dǎo)出單位可以用基本單位來表示 2.一原來靜止的物體，質(zhì)量是700 g，受到1.4 N的力的作用.求物體10 s所經(jīng)過的路程？ 答案與解析： 1.正確選項為BCD 在國際單位制中共有七個物理量的單位被作為基本單位，其中是力學(xué)部分的有長度的單位：m；質(zhì)量的單位：kg；時間的單位：s.而其余物理量的單位都在這些基本物理量的基礎(chǔ)上應(yīng)用公式推導(dǎo)而得出，即其他物理量的單位（導(dǎo)出單位）由基本單位來表達(dá).國際單位制只是諸多單位制中的一種，在實際生活中還存在有其他的單位制. 2.要求物體從靜止開始10 s所經(jīng)過的路程，根據(jù)物體的受力情況知它所做的是勻變速直線運動，所以可由s=at2來求解，而在本式中的a又是未知量，故必先求得a.由牛頓第二定律及物體的受力情況可知：F=ma 即a=F/m，至此，本題得解： 解：已知：m=700 g=70010-3 kg=0.7 kg F=1.4 N,t=10 s 由牛頓第二定律：F合=ma得： a=F/m=1.4/0.7 m/s2=2 m/s2 由運動學(xué)公式可知： s=at2=2102 m=100 m 三、小結(jié) 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了什么是基本單位，什么是導(dǎo)出單位，什么是單位制，知道了力學(xué)中的三個基本單位以及統(tǒng)一單位后，解題過程的正確書寫方法. 四、作業(yè) 1.課本P57練習(xí)四. 2.補充題：閱讀課本P200. 五、板書設(shè)計