高一物理 第三章 牛顿运动定律 五力学单位制第一课时 人教大纲版第一册.docx
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高一物理第三章牛顿运动定律五力学单位制第一课时人教大纲版第一册
2019-2020年高一物理第三章牛顿运动定律五、力学单位制（第一课时）人教大纲版第一册
从容说课
单位制的知识本身是独立于牛顿运动定律的，但国际单位制中的力的单位牛顿是应用牛顿第二定律推导出来的，因此在本章中安排了这一节内容.
本节通过实例分析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，并介绍了基本单位和导出单位的概念以及力学中的三个基本单位，在教学中应注意讲清单位制的作用，弄清物理公式和物理量的单位之间的关系．
本节课的教学目标定位如下：
1．了解什么是单位制，知道力学中的三个基本单位．
②认识单位制在物理计算中的作用．
本节课的教学重点定位于；①什么是基本单位，什么是导出单位；
②力学中的三个基本单位．
本节课的教学难点是统一单位后，计算过程的正确书写．
本节课采用讲练法和归纳法，使学生理解单位制在物理计算中的作用．
本节课的教学程序设计如下：
首先让学生知道．单位是为了测量、比较量的大小而建立的．然后通过实例分析，使学生明确：
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，并在此基础上介绍基本单位和导出单位的概念，以及在力学中的三个基本单位，并且导出力学中常见的其他单位．最后通过实例让学生了解单位制在物理计算中的作用是可以省去计算过程中单位的代人，从而使计算简单明了，并对今后物理计算中单位的使用提出了规范的要求．
教学目标
一、知识目标
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.明确单位制在物理计算中的应用.
二、能力目标
培养学生在计算中采用国际单位，从而使运算过程的书写简化.
三、德育目标
使学生理解建立单位制的重要性，了解单位制的基本思想.
教学重点
1.什么是基本单位，什么是导出单位.
2.力学中的三个基本单位.
教学难点
统一单位后，计算过程的正确书写.
教学方法
讲练法、归纳法.
教学用具
投影仪、投影片.
课时安排
1课时
教学过程
［用投影片出示本节课的学习目标］
1.知道什么是单位制，知道力学中的三个基本单位.
2.认识单位制在物理计算中的作用.
[学习目标完成过程]
一、导入新课
［教师］不同的数字可以反映出其大小，那么我们在比较物理量时，是否可以只用数字来比较呢？
［学生］不可以.
［教师］为什么呢？
试举例说明.
［学生］因为仅凭数字的大小关系并不能确定物理量的大小关系.例如：
两人身高分别为160和1.70时，我们就很难说明哪个人的身高要高一些.要想能比较还必须加上单位.
［教师］由此可见，我们在对物理量进行描述时，除了有数外，还必须有单位.那么，各物理量的单位间有何关系呢？
本节我们一起来讨论这一问题.
二、新课教学
（一）基本单位和导出单位
［教师］用投影片出示
（1）某人从相距15km的甲地到乙地，需要3h，则此人的行进速度是多少？
（2）某电动玩具半秒钟内，绕长为2.5m的轨道转了一圈，试求此电动玩具的速度？
（3）试求质量为15kg的物体的重量.
请同学们快速完成这三道简单题目.
［学生活动］完成上述题目.
［教师］检查运算结果.
［学生甲］人行进的速度是:
v=5km/h.
［学生乙］电动玩具的速度：
v=5m/s.
［学生丙］物体的重量为：
G=150N.
［教师］请问甲、乙、丙三位同学，你们是怎么样来确定计算结果的单位的呢？
［学生甲］我在用公式计算时，距离的单位取km，时间单位取h.根据公式即可推出：
速度的单位是：
km/h.
［学生乙］我在用公式计算时，距离的单位取m，时间的单位取s.根据公式推导出速度的单位是：
m/s.
［学生丙］我在用公式计算时，质量的单位取kg，加速度的单位取m/s2.根据公式推导出重量的单位：
kg·m/s2=N.
［教师总结］从同学们上面的推导及运算过程可知：
物体公式在确定数量关系的同时，也确定了物理量的单位关系.
用复合投影片出示计算结果如下表：
公式
已知量
数量
单位
所求量
数量
单位
v=
距离
15
km
速度
5
km/h
时间
3
h
v=
距离
2.5
m
速度
5
m/s
时间
0.5
s
G=mg
质量
15
kg
重量
150
N
重力加速度
10
m/s2
［巩固练习］
试利用公式推导：
压强、功、密度三个物理量的单位.
［学生活动］应用公式进行推导.
［教师总结］同学们可能得到了各不相同的单位，但我们必须保证公式前后的单位是一致的.只要满足这一条件，那么同学们得到的结果就是正确的.不过，不同的单位会给我们在对物理量进行比较时带来不必要的麻烦.我们返回看上表.
［教师］用投影片显示上表.请同学们观察前两题的计算结果，其数值大小相同吗？
［学生］相同.
［教师］那么，我们就说这两个速度的大小是相同的，可以吗？
［学生］不可以.
［教师］为什么呢？
［学生］因为它们的单位不同.
［教师］我们能比较出哪个速度大一些吗？
［学生］也不能.
［教师］那么，我们怎样就能进行比较了呢？
［学生］统一单位.
［教师］怎样去统一单位呢？
［学生］把公式中已知量的单位统一后，根据公式推导出的单位也就一样了.
［教师总结］由于物理量的单位带有一定程度的任意性，所以在统一单位时不同国家可能有不同的单位.这就给经济全球化的发展带来麻烦.为了避免这种麻烦的发生，国际组织对几个基本物理量的单位作了规定（见下表），这样就使全球有了一系列通用的单位.我们把这几个量的单位叫基本单位.
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
［教师］现在请同学们利用规定的国际单位推导一下速度、加速度、力的单位.
［学生活动］利用公式对上述物理量的单位进行推导.
［教师］检查推导情况后，用投影片出示推导结果下表:
公式
已知量
单位
所求量
单位
v=
s
m
v
m/s
t
s
a=
v
m/s
a
m/s2
t
s
F=ma
m
kg
F
kg·m/s2=N
A
m/s2
［教师总结］像我们刚才所推导的速度、加速度、力的单位都是在基本单位的基础上，利用公式推导出来的.我们把这些单位叫导出单位.由基本单位、导出单位等一系列单位所构成的单位体系叫单位制，又叫国际单位制.
［巩固训练］
1.请同学们把密度的单位：
克/升转换成国际单位制中的单位.
2.现有下列物理量或单位，按下面的要求选择填空：
①密度、②米/秒、③牛顿、④加速度、⑤质量、⑥秒、⑦厘米、⑧长度、⑨时间、⑩千克
A.属于物理量的有：
______.
B.在国际单位制中，作为基本单位的物理量有______.
C.在国际单位制中属基本单位的有______，属导出单位的有______.
参考答案：
1.由ρ=m/V得：
克/升=1×10-3kg/1×10-3m3=kg/m3
2.A.①④⑤⑧⑨
B.⑤⑧⑨
C.⑥⑩；②③
（二）单位制在物理计算中的应用
在物理计算中，如果所有已知量都用同一种单位制的单位表示，那么计算结果就用这种单位制的单位表示.反则若没有对单位先进行统一，那么在计算中的每一步都必须让单位参与运算，否则，计算结果的单位很可能要出现错误.
［例题教学］投影片出示
质量为10g的子弹，以300m/s的速度，水平射入一块竖直固定的木板，把木板打穿，子弹穿出的速度为200m/s，板厚10cm，求子弹对木板的平均作用力.
［分析］本题要求子弹对木板的平均作用力大小，该力又直接作用于木板.正常要选木板作为研究对象.但由于板的受力及运动情况均未说明，故选板作为研究对象不可能求出该力.根据牛顿第三定律知；作用力和反作用力总是大小相等、方向相反.故我们只要求得其反作用力便可间接求出此力，而其力的反作用力就是板对子弹的平均阻力，所以，我们关键是要求子弹穿过木板过程中所受的阻力.而这一阻力的作用对象是子弹，因此我们选子弹作为研究对象.
要求子弹所受的阻力，则必清楚子弹的受力，故先对子弹进行受力分析（如图所示）.在子弹所受的重力、支持力、阻力三个力当中,重力和支持力是一对平衡力，故这两力的作用效果相抵消，即合力为零.所以子弹所受的合力就等效于阻力.
根据牛顿第二定律的矢量性可知，子弹运动时的加速度a的方向就与子弹所受合力（即子弹所受阻力）方向相同，而其加速度的大小就由阻力的大小来决定.由F合=F阻=ma知，要求子弹所受阻力，则必先求子弹的加速度.
由子弹运动情况知：
a=（vt2-v02）/2s
至此，本题得解
解：
因为vt=200m/s,v0=300m/s,s=10cm
所以由vt2-v02=2as得：
a=（vt2-v02）/2s
===-2.5×105m/s2
又因为m=10g=10×10-3kg=10-2kg
所以由牛顿第二定律得：
Ff=F合=ma
=10-2kg×（-2.5×105）m/s2=-2.5×103kg·m/s2=-2.5×103N
根据牛顿第三定律知，板所受平均作用力：
F=-Ff=2.5×103N
［教师总结］从上述解题过程中可见，若题中各已知量的单位如都用国际单位表示后，那么结果中的单位也一定是国际单位.既然如此，我们在运算中就不必一一写出各物理量的单位，而只在后面写出正确的单位即可.
用投影片给出简化后的解题过程
a=（vt2-v02）/2s
=m/s2=2.5×105m/s2
Ff=F合=ma=10×10-3×2.5×105N=2.5×103N
［巩固训练］
1.下列有关力学单位制的说法中，正确的是（）
A.在力学的分析计算中，只能采用国际单位，不能采用其他单位
B.力学单位制中，选为基本单位的物理量有长度、时间、质量
C.力学单位制中，采用国际单位制的基本单位有：
千克、米、秒
D.单位制中的导出单位可以用基本单位来表示
2.一原来静止的物体，质量是700g，受到1.4N的力的作用.求物体10s所经过的路程？
答案与解析：
1.正确选项为BCD
在国际单位制中共有七个物理量的单位被作为基本单位，其中是力学部分的有长度的单位：
m；质量的单位：
kg；时间的单位：
s.而其余物理量的单位都在这些基本物理量的基础上应用公式推导而得出，即其他物理量的单位（导出单位）由基本单位来表达.国际单位制只是诸多单位制中的一种，在实际生活中还存在有其他的单位制.
2.要求物体从静止开始10s所经过的路程，根据物体的受力情况知它所做的是匀变速直线运动，所以可由s=at2来求解，而在本式中的a又是未知量，故必先求得a.由牛顿第二定律及物体的受力情况可知：
F=ma
即a=F/m，至此，本题得解.
解：
已知：
m=700g=700×10-3kg=0.7kg，F=1.4N,t=10s
由牛顿第二定律：
F合=ma得：
a=F/m=1.4/0.7m/s2=2m/s2
由运动学公式可知：
s=at2=×2×102m=100m
[课堂讨论]
1.谈一下单位制在物理计算中的作用
2.什么是基本单位？
什么是导出单位？
[学生活动]
分组讨论并解答上述问题.
[教师点拨]
1．单位制在物理计算中的作用：
（1）可对计算结果的正误进行检验，例如用力学国际单位制计算时，只有所求物理量的计算结果的单位和该物理量在力学国际单位制中的单位完全统一时，该运算过程才可能是正确的，若所求物理量的单位不对，则结果一定错.
（2）用同一单位制进行计算时，可不必一一写出各个已知量的单位，只在计算结果的后面写出所求物理量在该单位制下的单位即可，这样可以简化计算.
2.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.我们可以选定几个物理量的单位作为基本单位.
据物理公式中其他物理量和这几个物理量的关系，推导出来的其他物理量的单位叫导出单位.
三、小结
[投影小结思考题]
1.我们选定几个物理量的单位作为，基本单位是人为规定的.
利用物理公式由基本单位推导出来的其他物理量的单位，叫做.
2.和一起组成单位制.
3．力学中三个基本物理量是、、，在国际单位制中，力学中的三个基本单位是、、
四、作业
1.课本P57练习四.
2.补充题：
阅读课本P200.
五、板书设计
六、本节优化训练设计
1.关于国际单位制，下列说法中正确的是（）
A.在力学单位制中，若采用cm、g、s作为基本单位，力的单位是牛（N）
B.牛是国际单位制中的一个基本单位
C.牛是国际单位制中的一个导出单位
D.千克·米/秒2、焦/米都属于力的国际单位
2.在厘米、克、秒制中，力的单位是“达因”，1达因=1克·厘米/秒2，请推导1达因等于______N.
3.发射枪弹时，枪弹在枪筒中的运动可以看做匀加速运动.如果枪弹的加速度大小是5×105m/s2，枪筒长64cm，枪弹射出枪口时的速度是多大？
4.一个滑雪的人，从85m长的山坡上匀变速滑下，初速度是1.8m/s，末速度是18km/h，他通过这段山坡需要多长时间？
［参考答案］
1.CD
解析：
力的单位是由牛顿第二定律而导出的，当取国际单位时，由F=ma可知力的单位应是质量的单位和加速度单位的乘积，即：
N=kg·m/s2
若取厘米、克、秒作为基本单位，那么根据牛顿第二定律力的单位就应是克·厘米/秒2≠N.
故A、B错误，C选项正确.
由功的计算公式W=Fs，得F=W/s.由于功的国际单位是J，时间的国际单位是秒，所以力的国际单位也可表示为焦/秒，所以D选项是正确的.
2.10-5
解析：
把厘米·克·秒制中的所有单位都转化成国际单位后得：
1达因=1克·厘米/秒2=1×10-3kg·1×10-2m/s2=1×10-5kg·m/s2=1×10-5N
3.枪弹在枪筒中的运动可以看做初速度为零的匀加速运动，枪筒的长度就是这个匀加速运动的位移s，枪弹射出枪口时的速度就是这段位移的末速度v1.根据题目所给的条件，已知s、a和初速度v0=0,另外这一问题又不涉及时间.将vt=v0+at、s=v0t+at2两式联立求解，消去t,得到位移加速度的关系；vt2-v02=2as,利用这个关系，代入已知数据就可以求解了.
解析：
已知v0=0,s=64cm=0.64m,a=5×105m/s2.
根据公式vt2-v02=2as,可得
vt2=2as
vt=
800m/s
4.题目已经告诉我们滑雪的人沿山坡匀变速滑下，我们可以认为他的运动是直线的，因而这个问题可以应用匀变速直线运动的规律来分析解决.已知三个物理量：
v0=1.8m/s.
vt=18km/h=5.0m/s,s=85m.联立vt=v0+at,s=v0t+at2即可求得.
解析：
滑雪人做匀变速直线运动，
由vt=v0+at可得
at=vt-v0,代入s=v0t+at2中得：
s=v0t+（vt-v0）t=（vt+v0）t
解出t,代入数值得到t=
=25s
2019-2020年高一物理第三章牛顿运动定律八、惯性系和非惯性系（第一课时）人教大纲版第一册
从容说课
本节课讲述惯性系和非惯性系，对学生的要求不易过深，学生了解这部分知识就可以了．
前面学过参考系的概念，但确定力和运动的牛顿运动定律却不是对任何参考系都成立的．这就产生了惯性系和非惯性系的区别．
本节课的教学目标定位如下：
1．了解什么是惯性系，什么是非惯性系．
2．知道什么是惯性力．
本节课的教学重点为：
惯性系和非惯性系，惯性力．
本节课的教学难点为：
对惯性力的正确理解．
本节课采用讲授法和阅读归纳法使学生明确牛顿运动定律成立的参考系，叫惯性参考系．牛顿定律不成立的参考系，叫非惯性系。
研究地面上物体的运动，地面通常可认为是惯性系.相对于地面静止或匀速直线运动的参考系也是惯性系，研究行星的公转时，太阳可认为是惯性系.
本节课的教学程序安排如下：
回忆有关参考系的问题，导入新课→投影思考题，探究得到什么是惯性系和非惯性系类→比拓展讲解什么是惯性力→课堂讨论拓展本节知识.
教学目标
一、知识目标
1.了解什么是惯性系，什么是非惯性系.
2.知道什么是惯性力.
二、能力目标
培养学生的分析能力.
三、德育目标
使学生明确任何一种规律都是有一定的适用范围的.
教学重点
惯性系和非惯性系、惯性力.
教学难点
对惯性力的正确理解.
教学方法
讲授法、阅读归纳法.
教学用具
投影仪、自制投影片.
课时安排
1课时
教学过程
［用投影片出示本节课学习目标］
1.了解什么是惯性系和非惯性系.
2.了解什么是惯性力.
[学习目标完成过程]
一、导入新课
［教师］请同学们回忆一下,在直线运动中,怎样去确定物体运动与否呢?
［学生］任意选一参考系,看物体相对于参考系的位置是否发生了变化,若变化则是运动的；若没变,则是静止的.
［教师］选择不同的参考系确定出物体的运动情况相同吗?
［学生］可能相同,也可能不同.
［教师］由此可见,在运动学中选择不同参考系时,物体的运动情况不相同,但仍可以确定其运动,故参考系是可以任意选取的.但在运用牛顿运动定律时,它所需的参考系却不能是任意的.本节我们一起来讨论这一问题.
二、新课教学
（一）惯性系与非惯性系
［教师］用投影片出示题目
在一升降机内,放一质量为m的物体,物体随升降机一起运动,试讨论:
（1）当升降机对地静止时,物体对地和对升降机的运动及受力情况.
（2）当升降机匀速运动时,物体对地和对升降机的运动及受力情况.
（3）当升降机变速运动时,物体对地和对升降机的运动及受力情况.
［学生活动］阅读题目,并进行讨论.
［教师］在第一种情况下,物体对地做何运动?
受哪些力的作用?
［学生］物体对地是静止的,这时受重力和升降机地面支持力两个力的作用.
［教师］受力情况和运动情况符合牛顿运动定律吗?
［学生］根据牛顿第一定律知,物体做匀速直线运动或静止时,其所受合力应为零.在本题中,物体所受的重力和支持力是一对平衡力,故其合力为零,满足牛顿运动定律.
［教师］物体对升降机做何运动,受力与运动的关系是否满足牛顿运动定律?
［学生］此时,物体对升降机静止,重力和支持力平衡,也满足牛顿运动定律.
［教师］在第二问中,物体对地做何运动?
受哪些力的作用?
其运动和力的关系是否满足牛顿运动定律?
［学生］此时,物体对地做匀速直线运动,受重力和支持力两个力的作用.由于这两个力仍平衡,故满足牛顿第一定律.
［教师］物体对升降机又是做何运动呢?
它的受力与运动的关系是否还满足牛顿运动定律呢?
［学生］物体对升降机来说是静止的,受力仍和前面一样受重力和支持力两个力的作用,且是一对平衡力,即其合力为零,所以仍满足牛顿第一定律.
［教师总结］由上述分析可见:
以相对于地面静止或做匀速直线运动的物体作为参考系时,牛顿运动定律是成立的.我们把牛顿运动定律成立的参考系叫惯性参考系,简称惯性系.
下面接着讨论第三问所述情况.
［教师］在第三问所述情况下物体对地做何运动?
受哪些力的作用?
［学生］物体相对于地面做变速直线运动,此时物体受重力和支持力的作用,但重力与支持力不再是平衡力.
［教师］此时的受力与运动情况的关系满足牛顿运动定律吗?
［学生］满足.由于重力与支持力不平衡,故要产生加速度,并且这一加速度就是物体做变速运动时的加速度,即:
F支+G（=F合）=ma
满足牛顿第二定律.
［教师］那么物体对升降机又做何运动呢?
［学生］物体随升降机一起运动,所以它的运动状态与升降机相同.故它相对于升降机是静止的.
［教师］此时的受力与运动关系还符合牛顿运动定律吗?
［学生］不符合.
［教师］为什么呢?
［学生］以升降机为参考系确定出物体的运动情况是静止的,若牛顿运动定律成立,则它所受的合力就应为零,而事实上并不为零.所以,此时牛顿运动定律就不再成立了.
［教师总结］从上面讨论可知,牛顿运动定律并不是在任何情况下都成立的.当以相对于地面变速运动的物体作为参考系时,牛顿运动定律便不再成立.我们把牛顿运动定律不成立的参考系叫非惯性参考系,简称非惯性系.
［巩固训练］
1.______叫惯性系；______物体可以认为是惯性系.
2.______叫非惯性系；______物体是非惯性系.
[参考答案]
1.牛顿运动定律成立的参考系；地面、以及相对于地面静止或匀速运动的
2.牛顿运动定律不成立的参考系；相对于地面做变速运动的
［教师总结］从上面学习可知:
牛顿运动定律在非惯性系中是不成立的,所以我们要养成尽量不以非惯性系为参考系的习惯,以减少在应用牛顿运动定律时出错的机会.
但在应用牛顿运动定律时,是否就一定不能以非惯性系作为参考系了呢?
下面我们接着来讨论这一问题.
（二）惯性力
［教师］在前面的第三问中,我们如何修改条件就可使牛顿运动定律成立了呢?
［学生］要使牛顿运动定律成立,则合力就应为零,而实际物体的受力又不为零,所以要想使牛顿运动定律成立,必须增加一假设的力,使物体满足合力为零的条件.
［教师］是否加一任意力都行呢?
如不是,那么应加一个什么样的力呢?
［学生］并不是加一任意力都行.根据题中条件物体此时实际做加速运动,故应满足牛顿第二定律.由牛顿第二定律得:
F合=F支+G=ma①
而以升降机为参考系时要求物体受力，满足：
F合=F支+G+F′=0②
结合①②两式可知，要使②式成立，则：
F′=-ma
即需增加一大小等于ma、方向和参考系加速度反向的力,这样牛顿运动定律便成立.
［教师］这个力是真实存在的吗?
［学生］不是真实存在的.
［教师］为什么呢?
［学生］因为它是人为假设的.
［教师］那它和“真实的”力有何区别呢?
［学生］根据“力是物体相互作用”知:
只要有力,则一定有施力物和受力物,而这个力找不到施力物.
［教师总结］从上述分析可知,当我们以非惯性系作为参考系应用牛顿运动定律时,须增加一假设的力F′,且大小等于物体质量与参考系运动加速度的乘积,方向与加速度相反,这样牛顿运动定律才能成立.我们把这一假设的力叫惯性力.
［巩固训练］
1.在前面例题中,若升降机以加速度a加速下降时,试以升降机为参考系,求物体对升降机地板的压力.
2.如图所示,小车的支架上通过细绳悬挂有质量为m的小球,当小车从静止开始以加速度a向右做匀加速运动时,小球将怎样运动?
利用本节课内容作出解释.
[参考答案]
1.mg-ma,方向向下.
［解］取向下为正.因为以升降机为参考系时,物体静止.
所以F合=mg-FN-ma=0
即:
FN=m（g-a）
根据牛顿第三定律知:
支持力FN与物体对地板压力为一对相互作用力,
所以:
F′=-FN=-m（g-a）
负号表示与支持力方向相反,即向下.
2.以小车作为参考系,小车做变速运动,小车从静止开始以加速度a向右做匀加速运动时（此时设向右为正）,小球除了受到真实的力——重力G和绳子的拉力F外,还受到方向向左的惯性力F,因此小球向左偏离,当偏离竖直方向为某一角度θ时,F和G的合力与惯性力大小相等、方向相反,小球相对于车
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