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4.4力学单位制
〖教材分析〗
物理公式不仅是物理量之间的大小关系,还包括单位关系和方向的关系。初中学过的单位选取的原则大多是某个人对物理的贡献,学完本课以后培养学生的逻辑推理能力,知道单位是由几个基本单位通过物理公式推导出来的。探究物理量单位如何确定及利用单位制对一些问题进行判断。
〖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。
〖教学重点与难点〗
重点:1、什么是基本单位,什么是导出单位。
力学中的三个基本单位。
单位制。
难点:统一单位后正确书写计算过程。
〖教学方法〗
采用板块式问题组,结合小组讨论、自主学习、角色扮演等方法。
〖教学准备〗
多媒体课件。
〖教学过程〗
一、新课引入
从网上的数学悖论入手
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。
教学设计说明:创设问题情境,激发探究动机,引导学生思考问题。
二、新课教学
(一)基本单位
计量一头大象的质量时常用吨(t)作单位,但在计量人的质量时常用千克(kg)作单位,自由落体加速度g的单位是米每二次方秒(m/s2),在初中学习时,g的单位曾用牛顿每千克(N/kg)。这些单位的使用有什么规则吗?
在关系式中,位移长度单位用米(m),时间单位用秒(s)得出的速度单位就是米每秒(m/s)。这个单位重点斜线,它也就是“除以”或者分数的意思和公式的形式是对应的。
同理在关系式中,速度单位就是米每秒(m/s),时间单位用秒(s),那么得出的单位是米每二次方秒(m/s2),同样的m/s再除以一个s,分母就变成二次方。
通过速度公式和加速度公式对比得出: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件的关系。
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做基本量,它们的单位叫做基本单位。
我们选定的基本量有长度、时间、质量,所对应的基本单位是米、秒、千克。
基本量用符号表达分别是l、t、m,对于的单位m、s、kg。
导出量:由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量。导出单位:导出物理量的单位。
例如基本量位移(长度x)和时间t,运用公式,就可以得到速度,他就是一个导出量,单位是米每秒(m/s),由这个斜杠也可以看出对应的单位也是导出的。
再由速度v和时间t,运用公式,就可以得到加速度,他就是一个导
出量,单位是米每秒(m/s2),由这个斜杠也可以看出对应的单位也是导出的。
思考:通过多媒体课件动图展示:不同的汽车分别以11m/s、7200dm/min、3.6km/h的速度行走。不同的速度单位,谁冲得快?
因为速度单位不同,无法进行直接比较,需要统一单位。
国际单位制
如果采用不同的物理量作为基本量,或者虽然采用相同的基本量,但采用的基本单位不同,导出单位自然随之不同,从而产生不同的单位制。不同的地区使用不同的单位制,不方便交流。1960年第11届国际计量大会制订了一种国际通用的、包括一切计量领域的单位制,叫作国际单位制简称SI。
物理量包括基本物理量和导出物理量,基本物理量有时间、长度、质量,导出量就比较多例如速度、加速度、力。他们对应的单位就组成了基本的力学单位。而国际单位出来力学单位以外,还有其它单位制。
在力学范围内,规定长度、质量、时间为三个基本量,对热学、电磁学、光学等学科,除了上述三个基本量和相应的基本单位外,还要加上另外四个基本量和它们的基本单位,才能导出其他物理量的单位。
例题:光滑水平桌面上有一个静止的物体,质量是700g,在1.4N的恒力作用下开始运动,5s末的速度是多大?5s内通过的路程是多少?
解:(1)确定研究对象,构建模型:
(2)对这个物体进行受力分析:
①竖直向下的重力mg;
②地面对物体向上的支持力FN;
③水平向右的恒力F。
(3)正交分解:建立直角坐标系转化为四力的模式
(4)判断物体的运动方向,求合力F合
物体向右加速运动;所以在竖直方向没有发生位移,没有加速度,所以重力mg和支持力FN大小相等、方向相反,彼此平衡。
mg=FN
所以在水平方向有:F合=运动方向的力-反向的力=F-0
(5)根据牛顿第二定律列方程F合=ma。
F=ma
代入数据得:1.4N=0.7kg×a,解得a=2m/s2
(6)画运动草图,应用运动学公式:
速度公式:vt=vo+at
5s末的速度代入数据得:vt=10m/s
位移公
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