4.4 力学单位制-2023-2024学年高一元创物理提前学+强基础（人教版2019必修第一册）

2023-2024学年 高一 元创物理 提前学 + 强基础 必修一第四章：运动和力的关系 4 力学单位制 核心目标 1. 了解单位制，知道力学中的基本量及它们的基本单位，知道导出物理量及其单位。 2. 知道国际单位制，能根据定义或关系推导其他物理量的单位，了解单位制的意义，能规范使用物理单位。 【阅读+理解】----提前学知识要点 问题 计量一头大象的质量时常用吨（t）做单位，但在计量人的质量时却用千克（kg） 做单位。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？ 1. 基本单位  物理量具有明确的定义和物理意义，可以用不同的方法测量，测量的结果用数值和相应的单位来表示。 由位移和时间求速度时，所用的关系式为 v＝，如果位移的单位用米（m），时间的单位用秒（s），得出的速度单位就是米每秒（m/s）。 已知速度的变化量和发生这个变化所用的时间，要求加速度时，所用的关系式为a＝，如果速度的单位用米每秒（m/s），时间的单位用秒（s），得出的加速度的单位就是米每二次方秒（m/s2）。 由此可见，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之间的关系。 在物理学中，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作基本量，它们相应的单位叫作基本单位。 在上面的例子中，长度、时间就是基本量，它们相应的单位（米、秒）就是基本单位。由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量叫作导出量，推导出来的相应单位叫作导出单位，例如速度、加速度的单位。 基本单位和导出单位一起就组成了一个单位制。 2. 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。 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700 g，在1.4 N的水平恒力作用下开始运动（如图）。那么，5 s末物体的速度是多少？5 s内它的位移是多少？ 分析 由于物体在竖直方向上所受的重力与桌面的支持力平衡，水平方向上的作用力为恒力，所以物体沿水平方向做初速度为0的匀加速直线运动。 由牛顿第二定律求出物体的加速度，再根据匀变速直线运动的速度与时间的关系式、位移与时间的关系式，就可以求出速度和位移。 在国际单位制中运用牛顿第二定律F＝ma时，质量的单位必须用千克（kg），所以需要对质量的单位进行换算。 解 以静止的物体为研究对象。物体的质量m＝700 g＝0.7 kg。根据牛顿第二定律，有a＝＝＝2 N/kg＝2 m/s2 初速度v0＝0，根据匀加速直线运动的速度与时间关系式，有v＝at＝2 m/s2×5 s＝10 m/s 根据匀变速直线运动的位移与时间关系式，有x＝at2 =×2 m/s2×25 s2＝25 m 5 s末物体的速度是10 m/s，方向与恒力的方向相同；5 s内它的位移是25 m，方向与运动方向相同。 我们看到，题中的已知量的单位都用国际单位制的基本单位表示时，计算的结果也是用国际单位制的基本单位表示的。 既然如此，在统一已知量的单位后，计算过程中就不必写出各量后面的单位，只在数字计算式后面写出正确的单位就可以了。 这样，上面的计算过程就可以写成 a＝a＝＝m/s2＝2 m/s2 v＝at＝2×5 m/s＝10 m/s x＝at2＝×2 ×25 m＝25 m 思考与讨论：小刚在课余制作中需要计算圆锥的体积，他从一本书中查得圆锥体积的计算公式为V＝ πR3h。小红说，从单位关系上看，这个公式肯定是错误的。她的根据是什么？ 拓展学习：基本单位的定义 秒的定义 铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9 192 631 770个周期的持续时间为1 s。现在测量时间的最精准仪器是原子钟。如图为某原子钟的照片。 米的定义 米是光在真空中s时间间隔所经路径的长度。以上米的定义是1960年国际计量大会上批准的。与此同时，宣布废除1889年国际米原器为标准的米的定义。 国际米原器是以铂铱合金制成的。 千克的定义 国际千克原器的质量为1 kg。 国际千克原器是1889年第一届国际计量大会批准制造的，它是一个用铂铱合金制成的圆柱体，高度