高中第四章 运动和力的关系4 力学单位制教学设计

第四章　运动和力的关系

第4节　力学单位制

本节内容既相对独立，又与所有物理学内容相关联，之前没有对单位制进行专门介绍，此后也不再有专门的内容安排，但单位制意识要一直贯穿于整个学习过程。所以让学生了解其重要性、建立单位制意识、规范熟练地应用是这节课的主要任务。本节的有关概念抽象，在表达、运动时容易出错，教学中要加以强化。

物理观念：了解什么是单位制，知道力学中的三个基本单位。

科学思维：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。

科学探究：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。

科学态度与责任：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

1.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；

（3）单位制。

2.教学难点

统一单位后，计算过程的正确书写

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【新课导入】

材料一：一次因单位失误而造成的事故

美国回家航天局（NASA）在20世纪末曾发射过一个火星探测器，但它由于飞得靠火星过近，结果因温度过高而起火，并脱离轨道坠入火星的大气层。

航空航天局调查原因时发现：原来探测器的制造商洛克希德.马丁公司计算加速时的力使用了英制单位，而喷气推动实验室的工程师理所当然地认为他们提供的数据是以国际单位算出来的，并把这些数据直接输入电脑。你看，就是因为在单位制上的失误，结果犯了一个“极端愚蠢的错误”，价值1.25亿美元的火星探测器毁于一旦。

材料二：

秦始皇统一货币，统一度量衡，统一文字。战国时代各国的度量衡是不统一的,不仅大小长短轻重不同,而且进位制也不相同,在一个新统一的国家里,度量衡制度混乱，给人民群众的生活造成了许多麻烦秦始皇下令废除六国度量衡，把原来秦国使用的度量衡，硬性推行到全国。

这三大统一，有利于经济的发展、文化的融合和社会的稳定，更有利于多民族国家的形成。这是秦始皇对历史的一大贡献。

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。

前边我们已经学过许多物理量，它们的公式各不相同，并且我们知道，有的是通过有关的公式找到它们之间的联系的：那么各个物理量的单位之间有什么区别？它们又是如何构成单位制的呢？本节课我们就来共同学习这个问题。

【新课内容】

一、单位制

1、基本量和基本单位

由位移和时间求速度时，所用的关系式为。如果位移用米做单位，时间用秒做单位，得出的速度单位就是米每秒。已知速度的变化量和发生这个变化所用的时间，要由此求加速度时，所用的关系是。如果速度的单位用米每秒，时间的单位用秒，得出的加速度的单位就是米每二次方秒。由此可见，当我们说“物理学的关系式确定了物理量之间的关系”时，也指它确定了物理量的单位间的关系。

再看牛顿第二定律。如果在F＝ma这个关系式中，m的单位用千克，a的单位用米每二次方秒，得出的力的单位就一定是千克米每二次方秒。这个名称太长，我们给了它一个简单的名称──牛顿。

从这些例子我们看出，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。

（1）基本量

人们根据需要选定的物理量叫做基本量。

在不同学科中和不同时期，选定的基本物理量有所不同。在力学中选定的基本物理量是：长度、质量和时间。

在现行的国际单位制中，基本物理量有长度、质量、时间、电流、热力学温度、发光强度和物质的量等七个基本物理量。

（2）基本单位

给基本量制定出的计量单位叫做基本单位。

在力学范围内，国际单位制规定长度、质量、时间为三个基本量，它们的单位米（m）、千克（kg）、秒（s）为基本单位。

对于热学、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，还要加上另外的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。

2、导出物理量和导出单位

（1）导出物理量

根据物理量的定义，由基本物理量组合成的物理量。

例如：速度就是一个导出物理量，它是以物体的位移和所经历的时间的比值来定义的，因此它是由长度和时间这两个基本物理量组合而成的物理量。

导出物理量和基本物理量（或导出物理量），还可以组成新的导出物理量。从根本上说，所有的导出物理量都是由基本物理量构成的。

(物理公式在确定物理量的数量的同时，也确定了物理量的单位关系)

（2）导出单位

根据物理公式推导出的导出物理量的单位。

有些导出物理量的单位还具有专门名称，如力（N）、能量（J）、频率（Hz）、电压（V）、电阻（Ω）等。

举例：对于公式，如果位移Δx的单位用m，时间Δt的单位用s；我们既可用公式得到v、Δx、Δt之间的数量关系，又能够确定它们单位之间的关系，即可得到速度的单位是m/s。再结合公式，就可以推导出加速度的单位是m/s2。用公式F＝ma时，当质量用kg做单位，加速度用m/s2做单位，求出的力的单位就是kg·m/s2，也就是N，并且我们也能得到力、质量、加速度之间的数量关系。[来源:Z.xx.k.Com]

3、单位制

基本单位和导出单位一起组成了单位制（system of units）。

实际上单位制由基本单位、导出单位、辅助单位及词头等来构成。[来源:学科网]

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。

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，叫做国际单位制（LeSysteme International d'Unites，法文），简称SI。

国际单位制的基本单位

二、单位制在物理计算中的作用

1、已知量与待求量统一为同一单位制中的单位

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

分析  物体的受力情况是已知的，需要分析它的运动情况。物体原来是静止的，初速度v0＝0，在恒力的作用下产生恒定的加速度，所以它做初速度为零的匀加速直线运动。已知物体的质量m和所受的力F，根据牛顿第二定律F＝ma求出加速度a，再根据匀加速直线运动速度与时间的关系和位移与时间的关系，就可以求出5s末的速度v和5s内的位移x。

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＝＝＝2N/kg＝2m/s2

v＝at＝2m/s2×5s＝10m/s

x＝at2＝×2m/s2×25s2＝25m。

点评：我们看到，题中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＝2m/s2

v＝at＝2×5m/s＝10m/s

x＝at2＝×2×25 m＝25m。

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。

【巩固训练】[来源:学科网]

质量m＝200g的物体，测得它的加速度为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（BD）

A．F＝200×20＝400N；     

B．F＝0.2×0.2N＝0.04N：

C．F＝0.2×0.2＝0.04；      

D．F＝0.2kg×0.2m/s2 ＝0.04N

2、利用单位特征检验等式及判断答案的正确性

例如：很多同学往往把匀变速直线运动的位移公式错写成x＝v0t＋at/2，这样公式中各项及等式两边的单位将不统一。

再如：石块A自塔顶从静止自由下落m米时，石块B刚好从距塔顶n米处从静止自由下落，结果两石块同时到达地面，则塔高为

A．(m＋n)2/4m      

B．(m＋n) /(m－n)

C．m/4(m＋n)      

D．m·n

在所给的四个选项中，符合高度单位的只有A项，因此可迅速选出答案。

3、进行单位换算

在单位换算中，利用单位制得出的各单位之间的关系，能使单位换算更简捷。

【巩固训练】

现有下列物理量或单位，按下面的要求填空：A：质量；B：N；C：m/s2  D：密度；E：m/s；F：kg；G：cm；H：s；I：长度；J：时间。

属于物理量的是            。（ADIJ）

在国际单位制中作为基本单位的物理量有             ；（AIJ）

在国际单位制中属于基本单位的有       （FH），属于导出单位的有      。（BCE）

基本内容学生消化得比较好，能形成初步单位制意识，“活动与探究”中的内容学生很感兴趣，探究欲望较高，熟练运用、单位制的自学意识要经过一段时间的学习才能达成。