力学单位制教案

0 力学单位制力学单位制 教学设计教学设计 兰兰 炼炼 一一 中中 吴宏伟吴宏伟 1 教学目标 教学目标 知识目标 知识目标 1 知道什么是单位制 什么是基本单位 什么是导出单位 2 知道力学中的三个基本单位 能力目标 能力目标 1 培养学生在计算中采用国际单位 从而简化运算过程的书写 2 认识单位制在物理计算中的作用 3 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 德育目标 德育目标 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 让学生了解单位制与促进世界文化的交流和科技的关系 3 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 教学重点 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 教学难点 教学难点 统一单位后 能运用单位制对计算过程或结果进行检验 教材分析 教材分析 本节介绍了什么是单位制 什么是基本单位 什么是导出单位 介绍了力学中的三个 基本单位 明确了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 通过本节课的教学活动 要让学生理解单位在物理运算和表达中的作用 让学生知道 制定国际单位制的目的 让学生明确物理学中的七个基本物理量和基本单位 明确其他单 位都是导出单位 让学生建立利用国际单位制表示物理量的基本思想 明确物理学中的等 号的物理意义并能运用单位制对计算过程或结果进行检验 教学方法教学方法 讲练法 归纳法 教学过程 教学过程 一 引入新课 一 引入新课 引出 三国人物张飞 师 三国演义 中说张飞 字益德 身高八尺 专使八丈蛇矛 按照现在的计算方法 张飞的身高应该是多少 生 三尺是 1 m 张飞的身高应该是 2 7m 左右 师 姚明在当代应该是身高很高的人了 那么他的身高是多少 生 2 26m 师 看起来张飞要比姚明高很多 打篮球一定很厉害 那是不是这样呢 其实并不是张飞 比姚明高 而是古代的尺和现代的尺不一样 在我国有 伸掌为尺 的说法 从秦朝至清 末的 2000 多年间 我国的 尺 竟有 1 尺相当于 0 2309m 到 0 3558m 的变化 其差别相 当悬殊 师 大家如果经常看 NBA 介绍时会发现姚明的身高并不是说成 2 26m 而是怎样介绍的呢 生 我记得好像是几英尺几英寸 具体数值记不清了 师 1 英尺等于 0 3048m 1 英寸为 2 54 cm 大家如果不记得的话可以重新计算一下 也 可以计算一下自己的身高是多少 大家知道尺和英尺是怎样来得吗 2 生 不知道 介绍 介绍 在古代 人们常用身体的某些器官或部位的尺度作为计量单位 在遥远的古埃及时 代 人们用中指来衡量人体的身长 认为健美的人身长应该是中指长度的 19 倍 各个国家 地区以及各个历史时期 都有各自的计量单位 仅以长度为例 欧洲曾以手掌的宽度或长 度作为长度的计量单位 称为掌尺 在英国 1 掌尺相当于 7 62 cm 而在荷兰 1 掌尺却 相当于 10cm 英尺是 8 世纪英王的脚长 1 英尺等于 0 3048m 10 世纪时英王埃德加把自 己大拇指关节间的距离定为 1 英寸 1 英寸为 2 54cm 这位君王又别出心裁 在丈量土地 想出了 码 这样一个长度单位 他把从启己的鼻尖到伸开手臂翘起母指间的距离 91 cm 定为 1 码 到了 1101 年 亨利一世在法律上认定了这一度量单位 此后 码 便成 为英国的主要长度单位 一直沿用了 1000 多年 在我国亦有 布指知寸 布手知尺 舒肘 知寻 的说法 两臂伸开长八尺 就是一寻 从秦朝至清末的 2 000 多年间 我国的 尺 竟由 1 尺相当于 0 230 9 m 到 0 355 8m 的变化 其差别相当悬殊 讨论与交流 讨论与交流 单位的不统一会造成什么样的困难 参考答案 单位的不统一严重阻碍各个国家之间 各个地区之间进行文化交流和经贸往 来 阻碍科学文化地发展 介绍 为是使全球人类能够共享光明 促进各个国家之间 各个地区之间进行文化交流和 经贸往来 促进科学文化尽快地发展 国际计量委员会在 1960 年在第 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 二 新课教学二 新课教学 1 单位制 单位制 在物理学中 我们选定几个物理量为基本物理量 这些被选定的物理量叫做基本物理 量 它们的单位叫做基本单位 根据物理公式中这些物理量和其他物理量之间的关系 推 导出其他物理量的单位 叫导出单位 在国际单位制中给出以下七个基本物理量 他们的单位为基本单位 如表所示 物理量的名称单位名称单位符号 长度米m 质量千克 公斤 kg 时间秒s 电流安 培 A 热力学温度开 尔文 K 物质的量摩 尔 mol 发光强度坎 德拉 cd 力学中的三个基本物理量和基本单位 a 长度 米 b 时间 秒 c 质量 千克 巩固训练 1 现有下列的物理量或单位 按下面的要求选择填空 A 密度 B 面积 C 体积 D 米 E 米每秒 F 牛顿 G 加速度 H 质量 I 秒 J 厘米 K 长度 L 时间 M 千克 N 压强 O 速度 P 克 Q 小时 1 属于物理量的是 属于单位的是 2 在国际单位制中 作为基本单位的物理量有 3 3 在国际单位制中的基本单位是 属于导出单位的是 2 物理公式的意义 物理公式的意义 a 对于公式 既反映了 v s t 之间的数量关系 速度与位移的方向关系 又 t s v 能够确定它们单位之间的关系 即可得到速度的单位是米每秒 b 对于公式 F k ma 既反映了力 质量 加速度之间的数量和方向关系 又反映了 单位之间的关系 在不同的单位制中 k 的取值和单位不同正是反映了单位之间的不同关 系 只有在国际单位单位之中 规定 1N 1kg m s2 才会有 k 1 的结果 2 总结 物理公式中等号的意义 a 确定物理量的数量关系 b 确定矢量间的方向关系 c 表明物理量的单位关系 巩固练习 2 请从下列单位中找出能表示同一物理量的单位 A 米 秒 2 B 瓦 C 千克 米 秒 D 牛 千克 E 焦 秒 牛 秒 伏 安 统一单位简化运算 统一单位简化运算 介绍 在初中学习物理时我们运算过程中各个物理量都必须带单位 目的是为了养成良好 的学习习惯 到高中学习中不再做详细要求 可以进行简化 例 1 一个原来静止的物体 质量是 7 千克 在 14 牛的恒力作用下 a 5 秒末的速度是多大 b 5 秒内通过的路程是多大 分析 本题中 物体的受力情况是已知的 需要明确物体的运动情况 物体的初速度 v0 0 在恒力的作用下产生恒定的加速度 所以它作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 据牛顿第二定律 F ma 求出加速度 a 即可用运动学共识求解得到 最终结果 展示 按初中要求书写过程 已知 m 7kg F 14N t 5s 求 vt和 S 解 2m s2 2N kg kg N 7 14 m F a vt at 2m s2 5s 10m s s at2 2m s2 25s2 25m 2 1 2 1 评析 刚才在解答过程中 题中各已知量的单位都是用国际单位表示的 计算的结果 也是用国际单位表示的 引申 既然如此 我们在统一各已知量的单位后 就不必一一写出各物理的单位 只 在数字后面写出正确单位就可以了 展示 示简化后的解题过程 4 mas smatv sm m F a t t 25252 2 1 2 1 1052 2 7 14 2 2 4 4 利用单位猜测公式及检验其正确性 利用单位猜测公式及检验其正确性 例 2 声音在空气中的传播的速度 v 与空气的密度 p 及压强 P 有关 下列速度的表达式 k 为比列系数 无单位 中正确的是 2 22 kpvD p k vC kp vB kp vA 答案 D 例 3 当光滑的小球在液体中运动时 小球所受到的阻力为式中 d 是小球的直vdf 3 径 v 是小球的速度 为液体粘滞系数 请问 是否有单位 如果有 单位是什么 答案 有 千克 米 秒 总结 根据单位之间的关系 可以判断物理量之间的关系并确定物理公式的正确性 三 课堂小结 三 课堂小结 通过本节课的学习 我们知道了什么是导出单位 什么是基本单位 什么是单位制 以及统一单位后 解题过程的正确书写方法和利用单位判断公式是否正确的方法 布置作业 布置作业 练习册对应练习题 板书设计 板书设计 第一板 五 力学单位制 基本单位 选定几个物理量为基本物理量 它们的单位叫做基本单位 导出单位 其他物理量的单位可以根据物理量之间的关系推导出来 他们的单位叫导出单 位 力学基本单位 长度单位 质量单位 时间单位 第二板 物理量的名称单位名称单位符号 长度米m 质量千克 公斤 kg 时间秒s 电流安 培 A 热力学温度开 尔文 K 物质的量摩 尔 mol 发光强度坎 德拉 cd 第三板 巩固训练 例题讲解 课后反思 课后反思 5 背景资料 背景资料 长度单位长度单位 在古代 人们常用身体的某些器官或部位的尺度作为计量单位 在遥远的古埃及时代 人们用中指来衡量人体的身长 认为健美的人身长应该是中指长度的 19 倍 各个国家 地 区以及各个历史时期 都有各自的计量单位 仅以长度为例 欧洲曾以手掌的宽度或长度 作为长度的计量单位 称为掌尺 在英国 1 掌尺相当于 7 62 cm 而在荷兰 1 掌尺却相 当于 10cm 英尺是 8 世纪英王的脚长 1 英尺等于 0 3048m 10 世纪时英王埃德加把自己 大拇指关节间的距离定为 1 英寸 1 英寸为 2 54cm 这位君王又别出心裁 在丈量土地想 出了 码 这样一个长度单位 他把从启己的鼻尖到伸开手臂翘起母指间的距离 91 cm 定为 1 码 到了 1101 年 亨利一世在法律上认定了这一度量单位 此后 码 便成 为英国的主要长度单位 一直沿用了 1000 多年 在我国亦有 布指知寸 布手知尺 舒肘 知寻 的说法 两臂伸开长八尺 就是一寻 从秦朝至清末的 2 000 多年间 我国的 尺 竟由 1 尺相当于 0 230 9 m 到 0 355 8m 的变化 其差别相当悬殊 多少年来世界各国通行种类繁多的长度单位 甚至一个国家或地区在不同时期采用不 同的长度单位 杂乱无章 极不统一 对商品的流通造成许多麻烦 所以 随着科学技术 的进步 长度单位逐渐趋于统一 这个进程早在几百年前就已经开始了 1790 年法国国民议会通过决议 责成法国科学院研究如何建立长度和质量等基本物理 量的基准 为统一计量单位打好基础 次年 又决定采用通过巴黎的地球子午线的四分之 一的千万分之一为长度单位 选取古希腊文中 metron 一词作为这个单位的名称 后来 演变为 meter 中文译成 米突 或 米 从 1792 年开始 法国天文学家用了 7 年时 间 测量通过巴黎的地球子午线 并根据测量结果制成了米的铂质原器 这支米原器一直 保存在巴黎档案局里 法国人开创米制后 由于这一体制比较科学 使用方便 欧洲大陆各国相继采用 后来又作了测量 发现这一米原器并不正好等于地球子午线的四千万分之一 而是大 了 0 2 毫米 人们认为 以后测量技术还会不断进步 热必会再发现偏差 与其修改米原 器的长度 不如就以这根铂质米原器为基准 从而统一所有的长度计量 1875 年 5 月 20 日由法国政府出面 召开了 20 个国家政府代表会议 正式签置了米制 公约 公认米制为国际通用的计量单位 同时决定成立国际计量委员会和国际计量局 到 1985 年 10 月止 米制公约成员国已有 47 个 我国于 1977 年参加 国际计量局经过几年的研究 用含铂 90 铱 10 的合金精心设计和制成了 30 根横 截面呈 X 琪的米原器 这种形状最坚固又最省料 铂铱合金的特点则是膨胀系数极小 这 30 根米原器分别跟铂质米原器比对 经过遴选 取其中一根作为国际米原器 1889 年 国 际计量委员会批准了这项工作 并且宣布 1 米的长度等于这根截面为 X 形的铂铱合金尺 两端刻线记号间在冰融点温度时的距离 其余一些米原器都与国际米原器作过比对 后来大多分发给会员国 成为各国的国家 基准 以后每隔几十年都要进行周期检定 以确保长度基准的一致性 然而实际上米原器给出的长度并不一定正好是 1 米 由于刻线工艺和测量方法等方面 的原因 在复现量值时总难免有一定误差 这个误差不小于 0 1 微米 也就是说 相对误 差可达 1 10e 7 时间长了 很难保证米原器本身不会发生变化 再加上米原器随时都 有被破坏的危险 所以 随着科学与技术的发展 人们越来越希望把长度的基准建立在更 6 科学 更方便和更可靠的基础上 而不是以某一个实物的尺寸为基准 光谱学的研究表明 可见光的波长是一些很精确又很稳定的长度 有可能当作长度的基准 19 世纪末 在实验 中找到了自然镉 Cd 的红色谱线 具有非常好的清晰度和复现性 在 15 摄氏度的干燥空气 中 其波长等于 y 6438 4696 10e 10 米 1927 年国际协议 决定用这条谱线作为光谱学的长度标准 并确定 1 米 155316 13yCd 人们第一次找到了可用来定义米的非实物标准 科学家继续研究 后来又发现氪 86 Kr 的橙色谱线比镉红线还要优越 1960 年 在第 十一届国际计量大会上 决定用氪 86Kr 橙线代替镉红线 并决定把米的定义改为 米 的长度等于相当于氪 86Kr 原子的 2P10 到 5d5 能级之间跃迁的辐射在真空中波长的 1650763 73 倍 这个基准的精确度相当高 相对误差不超过 4 10e 9 相当于在 1 千米长度测量 中不差 4 毫米 但是原子光谱的波长太短 又难免受电流 温度等因素的影响 复现的精确度仍受限 制 60 年代以后 由于激光的出现 人们又找到了一种更为优越的光源 用激光代替氪谱 线 可以使长度测量得更为准确 只要确定某一时间间隔 就可从光速与这一时间间隔的 乘积定义长度的单位 80 年代 用激光测真空中的光速 c 得 c 299792458 米 秒 1983 年 10 月第十七届国际计量大会通过了米的新定义 米是光在真空中 1 299792458 秒的时间间隔内所经路程的长度 新的米定义有重大科学意义 从此光速 c 成了一个精确数值 把长度单位统一到时间上 就可以利用高度精确的时间计量 大大 提高长度计量的精确度 质量单位质量单位 古代质量单位和长度单位的情况相似 也有多种多样的形式 例如 在波斯用卡拉萨 Karasha 作质量的单位 约合 0 834 千克 埃及用格德特 gedet 约合 9 33 克 我国秦代 度量衡制度中规定 1 石 4 钧 1 钧 30 斤 1 斤 16 两 与现代国际单位制比较 1 斤 约合 0 256 千克 英制中以磅 pound 盎司 ounce 打兰 dram 格令 grain 作单位 1 磅 16 盎司 265 打兰 7000 格令 不列颠帝国曾用纯铂制成磅原器 它是高约 1 35 英寸 直径 1 15 英寸的纯铂圆柱体 最初的千克质量单位是由 18 世纪末法国采用的长度单位米推导出来的 1 立方分米纯 水在最大密度 温度约为 4 摄氏度 时的质量 就定为 1 千克 1799 年法国在制作铂质米原器的同时 也制成了铂质千克基准 保存在巴黎档案局里 后来发现这个基准并不准确地等于 1 立方分米最大密度纯水的质量 而是等于 1 000028 立方分米 于是在 1875 年米制公约会议之后 也用含铂 90 铱 10 的合金制 成千克原器 一共做了三个 经与巴黎档案局保存的铂质千克原器比对 选定其中之一作 为国际千克原器 这个国际千克原器被国际计量局的专家们非