4.4 力学单位制（解析版）高一物理知识讲学卓越讲义（新教材人教版必修第一册）

2020-2021学年高一物理卓越同步讲义（新教材人教A版必修第一册）第四章运动和力的关系4.4力学单位制一．知识点归纳知识点一基本单位1．基本量：在物理学中，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．2．基本单位和导出单位(1)基本单位：所选定的基本物理量的单位．①物理学中，共有七个物理量的单位被选定为基本单位．②在力学中，选定长度、质量和时间这三个物理量的单位为基本单位．长度的单位有厘米(cm)、米(m)、千米(km)等．质量的单位有克(g)、千克(kg)等．时间的单位有秒(s)、分钟(min)、小时(h)等．(2)导出单位：由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位．3．单位制：基本单位和导出单位一起组成了单位制．知识点二国际单位制1．不同的单位制在换算中容易出差错，对国际科学技术交流及商业往来极不方便，因此有必要在国际上实行统一的单位标准.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.2．下表是国际单位制中的七个基本物理量及相应的基本单位．知识点三单位制的应用1．简化计算过程的单位表达在物理计算中，如果所有已知物理量都用同一种单位制的单位来表示，计算结果也必定是用这种单位制中的单位来表示的．因此，在计算过程中不必把各物理量的单位一一代入，只要在式子末尾写出所求物理量的单位即可，从而使计算简便．通常物理计算中都采用国际单位制单位．2．推导物理量的单位物理公式在确定了各物理量的数量关系时，也确定了各物理量的单位关系，所以可以根据物理公式中物理量间的关系推导出物理量的单位．3．判别比例系数的单位由公式中物理量的单位关系，可判别公式中比例系数的单位的有无，如公式F＝kx中k的单位为N/m；Ff＝μFN中μ无单位；F＝kma中k＝1，无单位．4．验证结果单位制是为了测量、比较物理量的大小而建立的．因为物理公式在确定了物理量数量关系的同时，也确定了物理量的单位关系，因此，在解题时可以用单位制粗略地判断结果是否正确，若单位运算不正确，结果一定错误．知识点四单位制中的易混概念1．单位与单位制的关系物理学中为了对“量”进行测量和比较建立的单位有基本单位和导出单位，基本单位和导出单位所组成的一系列完整的单位体制叫单位制．2．物理量与物理单位的关系物理量是为了描述物理现象或规律而引入的，为了比较物理量的大小，或对“量”进行测量而建立了单位．如为了描述运动的快慢而引入了速度这个物理量，规定其单位为m/s后就可以比较速度的大小了．3．基本单位与国际单位制单位的关系基本单位是基本物理量的单位，不一定是国际单位制单位，如“km”是基本单位而非国际单位制单位，而国际单位制单位也可以是导出单位而非基本单位，如“N”是国际单位制单位但不是基本单位．4．基本单位与导出单位的关系二、题型分析题型一对单位制的理解【例1】(2019-2020学年·九江期末)2018年11月13～16日，第26届国际计量大会(CGPM)在巴黎召开，会议通过了关于“修订国际单位制(SI)”的1号决议．该决议是SI自1960年创建以来最为重大的一次变革，是科学进步的里程碑．根据决议，SI基本单位中有4个被重新定义．以下单位中哪个是本次大会被重新定义的()A．千克 B．秒C．米 D．牛顿【答案】A.【解析】：根据“修订国际单位制(SI)”的1号决议的定义，质量的基本单位仍为千克，但被重新定义．时间的单位与长度的单位没有被重新定义．牛顿仍然是导出单位，故A正确，B、C、D错误．【总结提升】(1)较长或较大的单位，统一成国际制单位时，如不方便书写，可用科学计数法表示．如长度1μm，计为10－6m.(2)一个物理量的单位如果用两个或两个以上的基本单位符号表示，这个物理量的单位一定是导出单位，如m/s、m/s2、kg/m3等，用一个符号表示的单位不一定是基本单位，如N、J、W都是导出单位．(3)千万不要认为单位制只有一种，国际单位制只是诸多单位制中的一种，选用不同的基本单位，则组成的单位制就不同，我们要学会灵活运用知识．【变式1】．现有下列物理量或单位，按下面的要求填空．(选填选项前的字母)A．密度B．米/秒C．牛顿D．加速度E．质量F．秒G．厘米H．长度I．时间J．千克(1)属于物理量的是____________．(2)在国际单位制中，作为基本单位的物理量的是_____________________________．(3)在物理量的单位中不属于国际单位制中单位的是________．(4)在国际单位制中属于基本单位的是________，属于导出单位的是________．【答案】(1)A、D、E、H、I(2)E、H、I(3)G(4)F、JB、C【解析】(1)题中所有选项中，属于物理量的是：密度、加速度、质量、长度、时间，故此空填“A、D、E、H、I”．(2)在国际单位制中，作为基本单位的物理量有：质量、长度、时间．故此空填“E、H、I”．(3)题中所给的单位中，不属于国际单位制中单位的是厘米，故此空填“G”．(4)在国际单位制中属于基本单位的是秒和千克，属于导出单位的是米/秒，牛顿．故应填“F、J”；“B、C”．题型二单位制的应用【例2】(2019-2020学年·福建漳州高一期中)轿车的加速度大小是衡量轿车加速性能的一项重要指标．近来，一些高级轿车的设计师在关注轿车加速度的同时，提出了一个新的概念，叫做“加速度的变化率”，用“加速度的变化率”这一新的概念来描述轿车加速度随时间变化的快慢，并认为，轿车的加速度变化率越小，乘坐轿车的人感觉越舒适．下面四个单位中，适合做加速度的变化率单位的是()A．m/s B．m/s2C．m/s3 D．m2/s3【答案】C.【解析】：新物理量表示的是加速度变化的快慢，所以新物理量应该等于加速度的变化量与时间的比值，而加速度的单位是m/s2，所以新物理量的单位应该是m/s3，所以C正确．【规律总结】进行物理运算时，可以把题中已知量的单位都用国际单位制单位表示，则计算结果的单位也为国际单位制单位，这样在统一已知量的单位后，就不必一一写出各个量的单位，只用在相应数字后面写出正确单位即可，从而使计算更简便.【变式】在解一文字计算题中(由字母表达结果的计算题)，一个同学解得x＝eq\f(F,2m)(t1＋t2)，用单位制的方法检查，这个结果()A．可能是正确的B．一定是错误的C．如果用国际单位制，结果可能正确D．用国际单位制，结果错误，如果用其他单位制，结果可能正确【答案】B【解析】由x＝eq\f(F,2m)(t1＋t2)式，左边单位是长度单位，而右边单位推知是速度单位，所以结果一定是错误的，单位制选用得不同，只影响系数，故A、C、D错，B对．三．课堂检测1．声音在空气中的传播速度v与空气的密度ρ、压强p有关．下列速度的表达式(k为比例系数，无单位)中正确的是()A．v＝keq\f(p,ρ) B．v＝eq\r(\f(kp,ρ))C．v＝eq\r(\f(kρ,p)) D．v＝eq\r(kpρ)【答案】B【解析】国际单位制中p的单位是N/m2,1N＝1kg·m/s2，ρ的单位是kg/m3，代入eq\r(\f(kp,ρ))可得eq\r(\f(kg·m/s2,m2·kg/m3))＝eq\r(\f(m2,s2))＝m/s，而m/s即速度的单位，故B正确，同理可得A、C、D错误．2．测量国际单位制规定的三个力学基本物理量分别可用的仪器是下列哪一组()A．米尺、弹簧测力计、停表B．米尺、弹簧测力计、打点计时器C．量筒、天平、停表D．米尺、天平、停表【答案】D【解析】国际单位制中规定的三个力学基本物理量分别为长度、质量和时间，分别用米尺、天平和停表进行测量，故D正确，A、B、C错误．3．(多选)关于牛顿第二定律，以下说法中正确的是()A．在不同的单位制中，物体的质量不变时，总有a与F成正比B．在不同的单位制中，对于相同的合外力，总有a与m成反比C．在公式F＝ma中，F、m和a三个量可以任意选取单位D．在公式F＝ma中，当m和a分别用kg和m/s2作单位时F必须用N作单位【答案】ABD【解析】根据牛顿第二定律可知，选项A、B正确．公式F＝ma是以定义“牛顿”这个单位为前提的，1N＝1kg·m/s2，m、a、F三个量必须分别取kg、m/s2、N为单位时，公式F＝ma才能成立，故选项C错，D正确．4．(多选)用国际单位制验证下列表达式，其中可能正确的是()A．s＝at(s为位移、a为加速度、t为时间)B．a＝μg(a为加速度、μ为动摩擦因数、g为重力加速度)C．F＝meq\f(v,R)(F为作用力、m为质量、v为速度、R为半径)D．v＝eq\r(gR)(v为速度、R为半径、g为重力加速度)【答案】BD【解析】将等式两边各物理量的国际单位制单位代入后进行单位运算，经过验证可知选项B、D可能正确．5．质量为10g的子弹，以300m/s的水平初速度射入一块竖直固定的木板，把木板打穿，子弹射出木板时的速度是200m/s.若木板厚度为10cm，求子弹对木板的平均作用力．小明同学的做法如下：由运动学公式v2－veq\o\al(2,0)＝2ax得a＝eq\f(v2－v\o\al(2,0),2x)＝eq\f(2002－3002,2×10)m/s2＝－2.5×103m/s2由牛顿第二定律知F＝ma＝10×(－2.5×103)N＝－2.5×104N你同意他的解法吗？若不同意，请给出正确的解答．【答案】见解析【解析】不同意，原因是单位未统一到同一单位制中．正确解法如下：x＝10cm＝0.1m，m＝10g＝10－2kga＝eq\f(v2－v\o\al(2,0),2x)＝eq\f(2002－3002,2×0.1)m/s2＝－2.5×105m/s2F＝ma＝10－2×(－2.5×105)N＝－2.5×103N，负号表示作用力的方向与速度的方向相反．四、课后提升作业1．(多选)关于单位制，下列说法中正确的有()A．在力学中，力是基本概念，所以力的单位“牛顿”是力学单位中的基本单位B．因为力的单位是牛顿，而1N＝1kg·m/s2，所以牛顿是导出单位C．各物理量采用国际单位制中的单位，通过物理公式运算的结果的单位一定为国际单位制中的单位D．物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系，同时也确定了物理量间的单位关系【答案】BCD.【解析】：“力”虽然是力学中的一个基本概念，但它的单位“牛顿”却不是力学中的基本单位．力学中的基本单位是千克、米和秒，其他皆为导出单位．物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系，同时也确定了物理量之间的单位关系．已知量采用国际单位制中的单位，通过物理公式运算的结果的单位一定为国际单位制中的单位，单位制在力学计算中的意义正在于此，选项B、C、D正确．2．下列关于单位制及其应用的说法中，不正确的是()A．基本单位和导出单位一起组成了单位制B．选用的基本单位不同，构成的单位制也不同C．在物理计算中，如果所有已知量都用同一单位制的单位表示，只要正确应用物理公式，其结果就一定是用这个单位制中的单位来表示D．一般来说，物理公式主要确定各物理量间的数量关系，并不一定同时确定单位关系【答案】D.【解析】：A、B选项为单位制的一般性描述，是正确描述；在物理计算中，物理公式既确定了各物理量间的数量关系，又同时确定了其单位关系，故错误说法为D项．3．(2019-2020学年·如皋校级学业考试)2018年11月16日，第26届国际计量大会通过“修订国际单位制”决议，正式更新包括国际标准质量单位“千克”在内的4项基本单位定义．国际单位制中规定，力学量所对应的基本单位是()A．米、牛顿、秒 B．米、牛顿、克C．米、千克、秒 D．米/秒、米、牛顿【答案】C.【解析】：国际单位制中规定，力学量所对应的基本单位是米、千克、秒，牛顿、米/秒是导出单位，故A、B、D错误，C正确．4．(2019-2020学年·江苏月考)2018年11月16日，第26届国际计量大会通过“修订国际单位制”决议，正式更新包括国际标准质量单位“千克”在内的4项基本单位定义．下列器材中，哪个不是测量力学基本物理量的工具()【答案】C.【解析】：基本物理量指单位为国际基本单位的物理量，有长度，质量，时间等七个．天平测量质量，单位是kg，是测量力学基本物理量的工具；打点计时器测量时间，是测量力学基本物理量的工具；弹簧测力计测力，单位是N，不是测量力学基本物理量的工具；刻度尺测量的是长度，是测量力学基本物理量的工具．5．(2019-2020学年·大连高一检测)关于物理量和物理量的单位，下列说法中正确的是()A．在力学范围内，国际单位制规定长度、质量、力为三个基本物理量B．后人为了纪念牛顿，把“牛顿”作为力学中的基本单位C．1N＝1kg·m·s－2D．“秒”“克”“摄氏度”都属于国际单位制的基本单位【答案】C.【解析】：力学中的三个基本物理量为长度、质量、时间，A错误；“牛顿”是为了纪念牛顿而作为力的单位，但不是基本单位，B错误；根据“牛顿”的定义，1N＝1kg·m·s－2，C正确；“克”“摄氏度”不是基本单位，D错误．6．物体所受压力的大小与受力面积之比叫做压强，其定义式为p＝eq\f(F,S)，单位是帕斯卡(Pa)，是一个导出单位．在国际单位制中，力学的基本单位有：千克(kg)、米(m)、秒(s)，用上述单位表示压强的单位应为()A．kg·m·s2 B.eq\f(kg,m·s2)C．kg·m2·s2 D.eq\f(kg,m2·s2)【答案】B.【解析】：压强定义式为p＝eq\f(F,S)，它的单位是帕斯卡(Pa)，根据牛顿第二定律知，1N＝1kg·m/s2，而面积S的单位是m2，所以1Pa＝1eq\f(kg,m·s2)，选项B正确．7．导出单位是由基本单位组合而成的，则下列说法中正确的是()A．加速度的单位是m/s2，是由m、s两个基本单位组合而成的B．加速度的单位是m/s2，由公式a＝eq\f(Δv,Δt)可知它是由m/s和s两个基本单位组合而成的C．加速度的单位是m/s2，由公式a＝eq\f(F,m)可知，它是由N、kg两个基本单位组合而成的D．以上说法都是正确的【答案】A.【解析】：在力学中长度、时间和质量的单位为基本单位，而m/s、N都是导出单位，所以B、C、D错误．8．(2019-2020学年·浙江月考)2018年12月11日第26届国际计量大会已决定不再把千克、安培、开尔文和摩尔作为基本单位，新定义后7个国际单位制中基本单位有3个没变化，除光强单位坎德拉外，另外两个是()A．米、秒 B．秒、库C．米、牛 D．牛、库【答案】A.【解析】：新定义后7个国际单位制中基本单位有3个没变化，除光强单位坎德拉外，另外两个是米和秒，故A正确，B、C、D错误．9.(2019-2020学年·山东省实验中学高一检测)雨滴在空气中下落，当速度比较大的时候，它受到的空气阻力与其速度的二次方成正比，与其横截面积成正比，即Ff＝kSv2，则比例系数k的单位是()A．kg/m4 B．kg/m3C．kg/m2 D．kg/m【答案】B.【解析】：将Ff＝kSv2变形得k＝eq\f(Ff,Sv2)，采用国际单位制，式中Ff的单位为N，即kg·m/s2，S的单位为m2，速度的二次方的单位可写成为(m/s)2.将这些单位代入上式得比例系数k的单位是kg/m3，B正确．10．(2019-2020学年·海淀校级月考)2018年11月16日第26届国际计量大会通过“修订国际单位制”决议，正式更新包括国际标准质量单位“千克”在内的4项基本单位定义，新国际单位体系采用物理常数重新定义质量单位“千克”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”和物质的量单位“摩尔”．以F表示力，v表示速度，a表示加速度，x表示位移，t表示时间，m表示质量，借助单位制可知下列表达式可能正确的是()A．x＝eq\f(Ft,m) B．t＝eq\r(\f(x,a))C．v＝eq\r(xat) D．a＝eq\r(\f(x,t2))【答案】B.【解析】：x单位为m，eq\f(Ft,m)单位为eq\f(kg·m/s2·s,kg)＝m/s，故等号左右单位不同，故A错误；t单位为s，eq\r(\f(x,a))单位为eq\r(\f(m,m/s2))＝s，故B正确；v单位为m/s，eq\r(xat)的单位为eq\r(m·m/s2·s)＝eq\r(m2/s)，故C错误；a的单位为m/s2，eq\r(\f(x,t2))的单位为eq\r(\f(m,s2))，故D错误．11.在研究匀变速直线运动的实验中，取计数时间间隔为0.1s，测得相邻相等时间间隔的位移差的平均值Δx＝1.2cm，若还测出小车的质量为500g，则关于加速度、合外力大小及单位，既正确又符合一般运算要求的是()A．a＝eq\f(Δx,t2)＝eq\f(1.2,0.12)m/s2＝120m/s2B．a＝eq\f(Δx,t2)＝eq\f(1.2×10－2,0.12)m/s2＝1.2m/s2C．F＝ma＝500×1.2N＝600ND．F＝ma＝0.5×1.2N＝0.6N【答案】BD.【解析】：在应用公式进行数量运算的同时，也要把单位带进运算．带单位运算时，单位换算要准确．可以把题中已知量的单位都用国际单位表示，计算结果的单位就是用国际单位表示的．这样在统一已知量的单位后，就不必一一写出各个量的单位，只在数字后面写出正确单位即可．选项A中Δx＝1.2cm没换成国际单位，C项中的小车质量m＝500g没换成国际单位，所以A、C错误，B、D正确．12．有几个同学在一次运算中，得出了某物体位移x的大小同其质量m、速度v、作用力F和运动时间t的关系式分别如下，其中一定错误的是()A．x＝eq\f(v,2a) B．x＝eq\f(mv3,F)C．x＝Ft D．x＝eq\f(mv2,2F)【答案】ABC.【解析】：把各物理量的单位都用基本单位表示，v的单位为m/s，a的单位为m/s2，F的单位为kg·m/s2，x的单位为m.由此可解出A、B、C、D的单位