高中物理人教版 (新课标)必修14 力学单位制教案设计

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修14 力学单位制教案设计，共7页。教案主要包含了力学单位制，超重和失重，关于轻绳，关于临界问题处理的基本方法是等内容，欢迎下载使用。
力学单位制  牛顿第二定律的应用一. 教学内容：    力学单位制；牛顿第二定律的应用 知识要点：  1. 知道单位制的意义。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。3. 应用牛顿第二定律解决超重失重问题。4. 进一步解决牛顿第二定律问题。 重点、难点解析：一、力学单位制1. 基本单位和导出单位    我们选定几个物理量的单位作为基本单位，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，叫做导出单位。    注：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。  2. 单位制基本单位和导出单位一起组成单位制，例如国际单位制。  3. 力学单位制    在力学中选定长度、质量和时间这三个物理量的单位作为基本单位，根据力学公式就可以推导出其余物体量（如速度、加速度、力等）的单位，它们一起组成了力学单位制。    注：在国际单位制（S1）中，力学的三个基本单位分别长度单位是米，质量单位是千克，时间单位是秒。另外，国际单位制在热学、电学、光学中还有四个基本单位，以后将进一步学习。  4. 单位制在物理计算中的作用在物理计算中，如果所有已知量都用同一单位制中的单位表示，计算结果就一定是用该单位制中的单位表示的，所以，在计算过程中就不必一一写出各个量的单位，直接在结果中写出所求物理量的单位即可。计算前注意先要把各已知量的单位统一为同一单位制中的单位。在物理计算中，一般采用国际单位制。    单位制的意义是什么    对一个物理量进行定量描述，仅仅用一个数是不够的，一定得在数后带有单位，同一个物理量，选用不同单位其数不同。 在研究物理问题中，用物理概念、物理规律研究物理与物理量的关系时，物理单位要跟随物理量参与运算。物理单位进入物理关系的数学表达式，对准确理解物理概念、物理关系很有帮助，但表达式繁杂。选用了统一的单位制后，每一个物理量在这一单位制中有确定的单位，进行物理运算时，可以只计算数据，不必带单位，从而使物理运算简化。“kg、m、s” 在力学中有最基本的地位，用这些物理量的单位做基本单位后，可使基本单位的数目最少，所以在力学中规定m、kg、s为国际单位制的基本单位。 二、超重和失重1. 弹簧秤是测量力的仪器，用弹簧秤来测量物体的重力。只有在物体处于平衡时，弹簧的弹力才等于物体重力的大小。2. 超重：当物体具有向上的加速度时，物体对支持物的压力（或对悬线的拉力）大于物体所受的重力的现象称为超重（overweigh）现象。由此可知：产生超重现象的条件是物体具有向上的加速度，它与物体运动速度的大小和方向无关。超重包括加速上升和减速下降两种情况。3. 失重：当物体具有向下的加速度时，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受的重力的现象，称为失重（weightlessness）现象。由此可知：产生失重现象的条件是物体具有向下的加速度，它与物体运动速度的大小和方向无关。失重现象包括加速下降和减速上升两种情况。4. 完全失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于0的状态，叫做完全失重状态。产生完全失重现象的条件：当物体竖直向下的加速度等于g 时，就产生完全失重现象。如何正确理解“超重”、“失重”的本质超重不是重力增加，失重不是重力减小，完全失重不是重力消失。在超、失重现象中，重力不变，仅是“视重”的变化。在完全失重状态下，平常重力产生的一切物理现象都不存在。 三、关于轻绳、轻弹簧的问题1. 轻绳（1）拉力的方向一定沿绳。（2）同一根绳上各处的拉力大小都相等。（3）认为受力形变极微，看作不可伸长。（4）弹力可作瞬间变化。2. 轻弹簧（1）各处的弹力大小相等，方向与弹簧形变的方向相反。（2）弹力的大小遵循F＝kx的关系。（3）弹簧的弹力不能发生突变。 四、关于临界问题处理的基本方法是1. 要详细分析物理过程，根据条件变化或过程的发展分析引起的受力情况的变化和状态的变化，找到临界点或临界条件。2. 常用极限分析法分析临界点或临界条件，即利用放大或缩小的思想使问题暴露得更明显，更突出。 【典型例题】  例1. 一物体在2N的外力作用下，产生10cm／s2的加速度，求该物体的质量。下面有几种不同的求法，其中单位运用正确、简洁而又规范的是：A. B. C. D. 解析：本题考查了单位制的应用。在进行数量运算的同时，也要把单位带进运算。带单位运算时，每一个数据均要带上单位，且单位换算要准确。也可以把题中的已知量的单位都用国际单位表示，计算的结果就用国际单位表示，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。在备选的四个选项中A、D项均错，B项解题时过程正确，但不简洁，只有C项运算正确，且简洁而又规范。答案：C 例2. 一个人站在体重计的测盘上，在人下蹲的过程中，指针示数变化应是    A. 先减小，后还原    B. 先增加，后还原    C. 始终不变    D. 先减小，后增加，再还原解析：人蹲下的过程经历了加速向下、减速向下和静止这三个过程。在加速向下时，人获得向下的加速度a，由牛顿第二定律得：    mg—FN＝ma    FN＝m（g—a）<mg    由此可知弹力FN将小于重力mg，在向下减速时，人获得向上的加速度a，由牛顿第二定律得：    FN—mg=ma    FN＝m（g+a）>mg    弹力FN将大于mg，    当人静止时，FN=mg    答案：D说明  在许多现实生活中，只要留心观察，就会看到超重或失重现象。例如竖直上抛的物体，无论是上升过程还是下降过程，都会出现失重现象。我国用新型运载火箭发射的“神舟号”宇宙飞船，无论是发射过程还是回收过程，都会出现超、失重现象。   例3. 如图所示，一质量为m的小球在水平细线和与竖直方向成角的弹簧作用下处于静止状态，试分析剪断细线的瞬间，小球加速度的大小和方向。解析：取小球研究，其平衡时的受力示意图所示，细线拉力大小为：弹簧拉力大小：若剪断细线，则拉力F’突变为零。但弹簧的伸长量不突变，故弹簧的弹力不突变，此时小球只受两个力的作用。在竖直方向上，弹簧拉力的竖直分量仍等于重力，故竖直方向上仍受力平衡；在水平方向上，弹簧弹力的水平分量：力Fx提供加速度，故剪断细线瞬间，小球的加速度大小为：加速度的方向为水平向右。答案：，方向水平向右。说明  若物体受多个力的作用而保持平衡，当去掉一个力的瞬间，在剩余的力不突变的前提下，剩余力的合力大小就等于去掉的那个力的大小，方向与去掉的那个力的方向相反，利用此结论可以很方便地解决类似问题。拓展应用  若将弹簧也换成细线，在剪断水平细线的瞬间，小球的加速度大小和方向又会怎样?当水平细线剪断时，连结小球的另一细线的弹力会发生突变。小球受到的合外力与绳垂直，如图所示，合外力，则小球的加速度例4. 如图 （a）所示，电梯与水平面夹角为30°，当电梯加速向上运动时，人对梯面的压力是其重力的6／5，则人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍?    解析：对人进行受力分析，重力mg，支持力FN，摩擦力F（摩擦力方向一定与接触面平行，由加速度的方向推知F水平向右    建立直角坐标系：取水平向右（即F的方向）为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向，此时只需分解加速度，其中ax＝acos30°，ay＝asin30°（如图 （b））    根据牛顿第二定律有    x方向：F＝max＝macos30°    ①    y方向：FN－mg＝may=masin30°   ②     又FN=mg    ③     联立①②③得：F=mg。 例5. 如图所示，质量为m的物体通过绳子连接放在倾角为的光滑斜面上，让斜面以加速度a沿图示方向运动时，稳定后，绳子的拉力是多大?解析：本题中由于加速度a是一个没有确定的量，这就隐含着加速度发生变化的过程中，物体所受的合外力一定发生变化。可以利用极限分析法，当斜面的加速度增大到某一数值时，物体可能离开斜面发生突变。设物体刚要离开斜面，即当斜面对物体支持力FN＝0时，其加速度的大小为a0，此时物体受力如图甲所示，在水平方向由牛顿第二定律可得：因此当a<a0时，物体将一定在斜面上，其受力图如图乙所示。当a>a0时，物体已离开斜面，此时物体受力图如图丙所示，设此时绳子与水平方向之间的夹角a（a<），然后由牛顿第二定律即可解答，步骤如下：当时，物体在斜面上，受力图如上图乙所示，建立直角坐标系，根据牛顿第二定律可得    ①    ②联立①②可得，即当a≤gcot时，斜面对物体有支持力，此时绳子的拉力为。当a>a0=gcot时，物体将离开斜面“飘”起来，其受力分析图如图丙所示。设此时绳子和水平方向的夹角为a，则牛顿第二定律得：FT 2sin＝mgFT 2cos=ma解得FT 2＝m，即当a>gcot时，斜面对物体没有支持力，物体离开了斜面“飘”了起来，此时绳子的拉力为m。 【模拟试题】1. 下列哪组单位都是国际单位制中的基本单位（    ）A. 千克、秒、牛顿   B. 千克、米、秒C. 克、千米、秒    D. 牛顿、克、米2. 质量m＝200g的物体，测得它的加速度a＝20cm／s2，则关于它所受的合力的大小及单位，下列运算既正确又符合一般运算要求的是    （    ）A. F＝20020＝4000NB. F=0.20.2N＝0.04NC. F=0.20.2＝0.04ND. F＝0.2kg0.2m／s2＝0.04N3. 关于超重和失重，下列说法正确的是             （    ）    A. 超重就是物体受到的重力增加了    B. 失重就是物体受到的重力减少了    C. 完全失重就是物体一点重力都没有了    D. 不论超重、失重或完全失重，物体所受的重力是不变的  4. 原来做匀速运动的升降机内，有一被伸长的弹簧拉住的具有一定质量的物体A静止在地板上，如图所示，现发现A突然被弹簧拉向右方，由此可判断，此时升降机的运动情况可能是    （    ）A. 加速上升    B. 减速上升C. 加速下降    D. 减速下降5. 某电梯中用细绳静止悬挂一重物，当电梯在竖直方向运动时，突然发现绳子断了，由此判断此时电梯的情况是          （    ）    A. 电梯一定是加速上升    B. 电梯可能是减速上升    C. 电梯可能匀速向上运动    D. 电梯的加速度方向一定向上6. 用手提着一根下端固定一重物的轻弹簧，竖直向上做加速运动，当手突然停止运动的瞬间，重物会    （    ）　　A. 立即停止运动     B. 开始向上减速运动　　C. 开始向下加速运动    D. 继续向上加速运动7. 物理公式在确定了物理量的        关系的同时，也确定了物理量的         关系。8. 现有下列物理量或单位，按下面的要求填空。（只填代号）    A. 力      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    K. 米（1）属于物理量的是              。（2）在国际单位制中，其单位作为基本单位的物理量有        。（3）在国际单位制中属于基本单位的是             ，属于导出单位的是             。9. 重2kg的物体用弹簧秤挂在可竖直升降的电梯里，读数为26N，由此可知，该物体处于       状态，电梯做       运动，其加速度大小等于       m／s2。（g取10m／s2）10. 某人在以a＝2m／s2匀加速下降的升降机中最多能举起m1=75kg的物体，则此人在地面上最多可举起多大质量的物体?若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起m2＝50kg的物体，则此升降机的加速度为多大?（g取10m／s2）11. 如图所示是电梯上升的速度图象，若电梯地板上放一质量为20kg的物体，则：（1）前2s内和4～7s内物体对地板的压力各为多少?（2）整个过程中，电梯通过的位移为多少?（g取10m／s2） 
【试题答案】1. B  2. BD  3. D  4. BC  5. AD  6. D 7. 数量 单位8. （1）ACDEHI（2）EHI（3）FJK，BC9. 超重 加速上升或减速下降  3 10.  60kg  2m/s2 11. （1）前2s  FN=260N  4—7s  FN=160N    （2）x=27m