高中4 力学单位制教案设计

4.4  力学单位制

整体设计

    单位对学生来说并不陌生，但学生很少研究单位确立的方法和在计算过程中不同的单位造成的影响，也很少注意到单位与科学、社会的关系.本节以史实为背景，提出单位不统一的弊端，让学生通过讨论与交流，学习单位制的组成以及单位制对科技的进步、生产的发展所带来的影响，让学生从另一角度认识单位是为了对“量”进行测量和比较而建立的.

    当学生真正感觉到统一单位制的必要后，再介绍制定国际单位制的历史，让学生体会到人类在统一单位制当中作出的努力.单位制不仅包括同一个物理量的不同单位之间的换算关系，更重要的是按照各个物理量之间的关系，规定所有物理量的单位，使所有物理量的单位标准化、制度化和系统化.

    在学生感受了统一单位的必要以及了解了相关历史后，本节需要学生掌握什么是单位制，什么是基本单位，什么是导出单位，力学中的三个基本单位是什么，并且明确单位制在物理计算中的应用.

    由于这节课的内容相对比较简单，没有复杂的计算和推理，是学生采用自学这种学习方法的很好的一节课，可以通过教师引导、学生总结的方式提高学生的概括能力和总结能力.

教学重点

    1.什么是基本单位，什么是导出单位.

    2.什么是力学中的三个基本单位.

    3.单位制.

教学难点

    统一单位后，计算过程的正确书写.

课时安排

    1课时

三维目标

    知识与技能

    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.

    过程与方法

    １.让学生认识到统一单位的必要性.

    ２.使学生了解单位制的基本思想.

    ３.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.

    ４.通过学过的物理量了解单位的重要性，知道单位换算的方法.

    情感态度与价值观

    １.使学生理解建立单位制的重要性，了解单位制的基本思想.

    ２.了解度量衡的统一对中国文化的发展所起的作用，培养学生的爱国主义情操.

    ３.让学生了解单位制与促进世界文化的交流和科技的关系.

    ４.通过一些单位的规定方式，了解单位统一的重要性，并能运用单位制对计算过程或结果进行检验.

教学过程

导入新课

    故事导入

    1998年2月，美国宇航局（NASA）发射了一枚探测火星气象的卫星，预定于1999年9月23日抵达火星.然而研究人员惊讶地发现，卫星没有进入预定的轨道，却陷入了火星大气层，很快就烟消云散了.NASA的官员经过紧急调查，发现问题居然出在有些资料的计量单位没有把英制转换成公制，错误起自承包工程的洛克希德马丁航天公司.美国企业包括太空工业使用英制，喷射推进实验室（国家实验室）使用公制，承包商理应把英制都转换成公制，以便喷射推进实验室每天两次启动小推进器，来调整太空船的航向.导航员认定启动小推进器的力是以公制的“牛顿”为单位.不料，洛克希德马丁公司提供的资料却是以英制的“磅”为单位，结果导致太空船的航向出现微小偏差.日积月累，终于差之毫厘，失之千里.

    这个英制未换算成公制的“小错误”造成的损失有多大呢？其他损失不计，单单卫星的造价就高达1.25亿美元，这些费用就这样全泡了汤.如果美国有统一的度量衡计量单位制，这样的损失本是可以避免的.

图4-4-1

    问题导入

    问题：单位的不统一会造成什么样的困难？

    学生讨论交流，活跃课堂气氛.

    总结：单位的统一有利于各个国家之间、一个国家各个地区之间进行文化交流和经贸往来，可以促进科学文化尽快地发展，使全球人类能够共享光明，共享人类文明进步的成果.

推进新课

    教师投影展示问题，学生带着问题阅读课文.

    （课件展示）

    1.什么是基本量，什么是基本单位？力学中的基本单位都有哪些，分别对应什么物理量？

    2.什么是导出单位？你学过的物理量中哪些是导出单位？借助物理公式来推导.

    3.什么是国际单位制？国际单位制中的基本单位共有几个？它们分别是什么？对应什么物理量？

    说明：在这个过程中，老师可以巡回指导学生自己总结，并帮助水平较差的同学进行总结，这个过程大约持续１０ min左右.然后让学生回答所提出的问题并巩固补充学生掌握的知识.

    明确：1.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.

    力学中的基本量有长度、质量和时间，它们的单位分别是米、千克和秒.

    2.由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位，叫做导出单位.

    我们学过的导出单位很多，比如加速度的单位m/s２，它可以根据公式a=来进行推导.密度的单位是kg/m3，可以根据密度的计算公式：ρ=进行推导.

    3.国际计量委员会在1960年的第11届国际计量大会上制订了一种国际通用的、包括一切计量领域的单位制，叫做国际单位制.简称SI.

    例题  一个原来静止的物体，质量是7 kg，在14 N的恒力作用下，5 s末的速度是多大？5 s内通过的位移是多少？

    （展示例题，学生求解探究）

    解：根据已知条件，m=7 kg，F=14 N，t=5 s

    根据牛顿第二定律，有

    a===2 N/kg=2 m/s2

    v=at=2 m/s2×5 s=10 m/s

    x=at2=×2 m/s2×25 s2=25 m.

    教师点评：我们看到，题目的已知量的单位都用国际单位制表示时，计算的结果也是用国际单位制表示的.既然如此，在统一已知量的单位后，就不必一一写出各量后面的单位，只在数字后面写出正确的单位就可以了.这样，上面的计算就可以写成：

    a== m/s2=2 m/s2

    v=at=2×5 m/s=10 m/s

    x=at2=×2×25 m=25 m.

    总结：通过分析实例，培养学生分析问题、解决问题的能力，同时体会单位制的意义.

    教师设疑

    我们学过的力的单位牛顿是不是基本单位呢？

    学生讨论、交流，与老师交换意见.

    结论：牛顿也是一个导出单位.根据牛顿第二定律F=ma,可得力的单位应该与质量的单位和加速度的单位有关，1 N=1 kg·m/s2.

课堂训练

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=k           B.v=           C.v=          D.v=

解析：可把p、ρ的单位用基本单位表示，代入进行单位运算，看得出的单位是否是v的单位.p的单位用基本单位表示

    1 Pa=1 =1  ρ的单位用基本单位表示：.

    答案：Ｂ

    ２.现有下列物理量或单位，按下面的要求选择填空:

    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(填前面的字母).

     (2)在国际单位制中，作为基本单位的物理量有.

     (3)在国际单位制中基本单位是，属于导出单位的是.

    解析：要分清物理量和物理单位、基本单位和导出单位.

    答案：(1)ADEHI  (2)EHI  (3)FJ  BC

    说明：本题容易把物理量和单位制混淆.

    3.一个原来静止在光滑水平面上的物体，质量是20 kg，在两个大小都是50 N且互成120°角的水平外力作用下，3 s末物体的速度是多大？3 s内物体的位移是多少？

    解析：两个大小都是50 N且互成120°角的水平外力的合力大小为50 N，方向在这两个力的角平分线上，且与水平面平行.由于水平面光滑，故水平方向上没有滑动摩擦力，根据牛顿第二定律，有

    a== m/s2＝2.5 m/s2

由运动学公式得

    v=at=2.5×3 m/s=7.5 m/s

    s=·t=t= m=11.25 m.

    答案：7.5 m/s  11.25 m

    点拨：在整个计算过程中所有物理量都采用国际单位制,就不需要在运算过程中每一步都将物理量代入进行计算，这样可以使计算过程简化.

课堂小结

    通过本节课的学习，我们知道了什么是基本单位，什么是导出单位，什么是单位制，知道了力学中的三个基本单位以及统一单位后，解题过程的正确书写方法.

布置作业

    教材第80页“问题与练习”.

板书设计

4  力学单位制

活动与探究

    课题：单位的发展与变革.

习题详解

    1.解答：由v2-v02=2ax可求出自行车的加速度a==m/s2=-0.2 m/s2根据牛顿第二定律，自行车受的阻力F=ma=100×(-0.2) N=-20 N，负号表示阻力方向与自行车运动方向相反.

    2.解答：货车刹车后加速度大小为：a== m/s2=6 m/s2

从刹车开始到停下来驶过的路程为：x== m=19 m.

    3.解答：因为W=Fl，所以1 J=1 N×1 m=1 kg×1 m/s2×1 m=1 kg·m2·s-2.

    4.证明：1 N/kg==1 m/s2.

设计点评

    单位制由基本单位和导出单位组成.基本单位是基本物理量的单位，导出单位是基本物理量单位制确定后根据物理关系式而推导出来的单位.本着这一思路，本节介绍了基本力学量和它们的单位，并重点介绍了11届国际计量大会制定的一种通用的，包括一切计量领域的单位制——国际单位制（SI）.根据实例说明应用国际单位制的重要性；简化计算、清晰过程、方便交流，并能对公式的验证起辅助作用.