【人教版2019必修第一册】高一物理4力学单位制（教学设计）教案

第4节力学单位制（教学设计）年级高一年级学科物理教师课题第4节力学单位制教学目标物理观念通过设置运动学情境，引导学生思考力学单位之间的关联，促使学生在看似零散、分离的物理量之间构建关联，并逐步在头脑中形成更为完整的知识体系，提升学生的物理观念。科学思维通过回忆学习过的物理量及其单位，引导学生自主寻找这些物理量和单位之间的关系，能够清晰地发现有一部分物理量及单位是相互独立的，但其他物理量的单位是可以通过前面几个相互独立的单位推导得到的，进而知道力学中的基本单位和导出单位，在对比和分类的过程中，逐步提升学生的科学思维能力。科学探究通过判断“圆锥体的体积公式是否正确”的活动，引导学生通过物理量的定义或者物理关系来推导其他物理量的单位，体会国际单位制在物理计算和公式检验中的应用。这个活动既可以培养学生的问题意识，还可以提高学生通过物理关系进行合理的科学解释的科学探究能力。科学态度与责任通过布置课前作业——“查阅中国历史中长度、质量和时间的单位演化”，了解单位制，知道力学中的几个基本量[质量(m)、长度(l)、时间(t)以及它们的单位[千克(kg)、米(m)、秒(s)]，将物理量单位的演化发展与中国的传统文化相联系，让学生体会中国传统文化的魅力，提升学生的社会责任感。教学重难点1.知道基本单位、导出单位和单位制的概念(重点)。2.知道国际单位制及七个基本量和对应的基本单位(重点)。3.掌握根据物理量关系式确定物理量单位的方法(重难点)。4.掌握运算过程中单位的规范使用方法(重点)。教学过程教师活动学生活动导入新课教师：1998年2月，美国宇航局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。美国宇航局的官员经过紧急调查，发现问题的产生原因是有些数据的计量单位没有把英制转换成国际单位制。这次事故造成的损失有多大呢？单单卫星的造价就高达1.25亿美元。如果有统一的度量衡计量单位制，这样的损失本是可以避免的。听了这个故事，你们有什么想法？有什么想知道的知识？新课讲授一、基本单位教师：老师在课前请同学们按照自己的兴趣分别对以下三个方面的资料进行了查阅:1.中国古代时间及时间单位的演化。2.中国古代长度及长度单位的演化。3.中国古代质量及质量单位的演化。学生：1.中国古代时间及时间单位的演化：地球自转一周为一“太阳日”，昼夜即由此形成。其向阳之地面为昼，背阳地面则为夜。中国古代以十二个时辰来计算昼夜，以子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二地支来表示，每时辰分为八刻，又区分为上四刻，下四刻。这样，每个时辰相当于现代的两个小时，如巳时相当于9时到11时。另外，中国古代还有报更(又叫打更)的计时法。把夜间分为五更，相当于现代的晚上7点到9点为一更，9点到11点为二更，午夜11点到1点为三更，凌晨1点到3点为四更，凌晨3点到5点为五更。2.中国古代长度及长度单位的演化：中国古代的度量长度“尺”最早见于商代。传世商尺约合今16～17cm。东周尺以相传1931年在河南洛阳金村古墓出土的铜尺与“商鞅量尺”互为佐证，可知一尺长约23cm。西汉尺今出土有8支，实测其长度均在23～23.6cm之间，平均每尺长23.2cm。南朝每尺在24.5～25cm；北朝尺长于南朝尺，后魏前尺长27.8cm、中尺长28cm、后尺长29.9cm不等。隋代的尺长在30cm左右。唐尺的长度多在29～30cm之间。宋代沿袭唐制，官尺由太府寺掌造，主要用来征收布帛之用，故又称为三司布帛尺，每尺长约31.6cm。中国历史上各个朝代尺与现代厘米换算表3.中国古代质量及质量单位的演化：据《夏书·五字歌》《管子·杨权》《管子七法篇》等古书记载，夏代已经有了度量衡器具。商、周均建有度量衡制度。春秋战国时期，诸侯割据，度量衡混乱。秦统一全国后，立即发布统一度量衡制度诏书，沿用了商朝所制定的度量衡量值。这一量值从商鞅到东汉末年沿用了五百年。三国时期，基本上沿用东汉的度量衡制度，但量值有所增长。两晋、南北朝时期，度量衡制度再度混乱，单位量值急剧增长，出现了“南人适北，视升为斗”的局面。隋文帝统一全国以后，再次统一度量衡。唐宋时期，度量衡基本上沿用隋制，制度严明，单位量值相对稳定。元代度量衡承袭唐制，单位量值比宋代又有增长。明代度量衡承袭前制。清朝度量衡基本上承袭明制，单位量值略有增长。从秦到清的2000多年间，度量衡制度及其量值不断演变。尺度由每尺合今23cm增大到32cm；容量由每升200mL增大到1000多mL，增长了4倍多；衡重由每斤250g增大到600g左右，增长了1倍以上。秦至民国，长度和容量皆为十进制，唯衡重不全是十进制。1959年，中华人民共和国国务院发布《关于统一计量制度的命令》，改1市斤为10市两，1市两等于50g。教师：下面请根据你们查阅的结果回答以下三个问题:1.“半夜三更”是指晚上的几点？2.在《邹忌讽齐王纳谏》一文中提到，“邹忌修八尺有余”，按现在的市尺来说，邹忌的身高为2.6m左右，他真的有这么高吗？3.古代提到的“半斤八两”又是怎么回事？学生：回答：1.“半夜三更”是指晚上11点到次日凌晨1点。2.邹忌是战国时期齐国的谋士，因此生存年代应为战国，按照战国尺与现代厘米的对应关系可知，邹忌的实际身高约为1.8m。3.我国古时采用1斤等于16两的十六进制，因此“半斤”就是“八两”。教师：请同学们发表自己的想法，统一度量衡有什么意义呢?学生分组介绍课前查阅的资料。学生各抒己见，进行总结。新课讲授二、国际单位制教师：请大家回忆一下，我们在初中阶段都学过哪些力学的物理量？它们的单位分别是什么？学生：质量(kg)、体积(m3)、密度(kg/m3)、时间(s)、长度(m)、速度(m/s)、加速度(m/s2)、力(N)、功(J)、功率(W)。教师：请大家寻找一下，这些物理量之间有什么关联？能不能试着将这些物理量的单位进行分类呢？学生：有一部分物理量的单位是相互独立的，而其他物理量的单位可以通过前面几个相互独立的单位由公式推导得到。师生：总结：在物理学中，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，这些被选定的物理量叫作基本量，它们相应的单位叫作基本单位。质量的单位(kg)、时间的单位(s)、长度的单位(m)是力学中的基本单位。由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量叫作导出量，推导出来的相应单位叫作导出单位。例如速度的单位(m/s)、加速度的单位(m/s2)、力的单位(N)等。除了力学范围内的三个基本量，针对热学、电磁学、光学等，还要加上另外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。国际单位制中的七个基本量和相应的基本单位物理量名称物理量符号单位名称单位符号长度l米m质量m千克(公斤)kg时间t秒s电流I安[培]A热力学温度T开[尔文]K物质的量n，(ν)摩[尔]mol发光强度I，(Iv)坎[德拉]cd例1光滑水平桌面上有一个静止的物体，质量是700g，在1.4N的水平恒力作用下开始运动。那么，5s末物体的速度大小是多少？5s内它的位移大小是多少？答案10m/s25m解析根据牛顿第二定律，物体的加速度a＝Fm＝1.4N0.7kg＝25s末物体的速度v＝at＝2m/s2×5s＝10m/s5s内物体的位移x＝12at2＝12×2m/s2×25s2＝25教师：例题中，已知量的单位都用国际单位制的基本单位表示时，计算的结果也是用国际单位制的基本单位表示的。在统一已知量的单位后，计算过程中就不必写出各量后面的单位，只在数字计算式后面写出正确的单位就可以了。上述计算过程可简化为：a＝Fm＝1.40.7m/s2v＝at＝2×5m/s＝10m/sx＝12at2＝12×2×25m＝25例2在解一道文字计算题时(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解析公式右边的单位为eq\f(N,kg)·s＝eq\f(\f(kg·m,s2),kg)·s＝m/s，而公式左边的单位为m，所以公式肯定是错误的，与单位制的选取无关，故选B。课堂练习1.(多选)下列关于单位制及其应用的说法正确的是()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中的单位表示，只要正确应用公式，其结果的单位就一定是用这个单位制中的单位来表示的D．一般来说，物理公式主要确定各物理量间的数量关系，并不一定能确定单位关系答案ABC解析基本单位和导出单位一起组成了单位制，选项A正确；选用的基本单位不同，构成的单位制也不同，选项B正确；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，只要正确应用公式，其结果的单位一定是用这个单位制中的单位来表示的，选项C正确；物理公式可以确定各物理量间的数量关系，同时也可以确定单位关系，选项D错误。2.在下面的物理量和单位中，叙述正确的是()①力②牛③米/秒④速度⑤长度⑥质量⑦千克⑧时间⑨克A．属于国际单位制中基本单位的是①⑤⑥⑧B．属于国际单位制中导出单位的是②③⑦C．属于基本量的是⑤⑥⑧D．属于国际单位的是④⑤⑥答案C解析属于国际单位制中基本单位的是千克，即⑦，A错误；属于国际单位制中导出单位的是②③，B错误；属于基本量的是⑤长度、⑥质量和⑧时间，C正确；属于国际单位的是②牛、③米/秒和⑦千克，其中⑦是国际单位的基本单位，②③是国际单位的导出单位，D错误。3.质量m＝200g的物体以加速度a＝20cm/s2做匀加速直线运动，则关于它受到的合外力的大小及单位，下列运算既简洁又符合一般运算要求的是()A．F＝200×20＝4000NB．F＝0.2×0.2N＝0.04NC．F＝0.2×0.2＝0.04ND．F＝0.2kg×0.2m/s2＝0.04N答案B解析在物理计算中，如果各物理量的单位都统一到国际单位制中，则最后结果的单位也一定是国际单位制中的单位．在国际单位制中m＝0.2kg，a＝0.2m/s2，力F的单位为N.根据牛顿第二定律知F＝ma＝0.2×0.2N＝0.04N，故选B。4.物理公式在确定物理量间数量关系的同时，也确定了物理量间的单位关系，像F＝ma，m的单位是kg，a的单位是m/s2，则力的单位1N＝1kg·m/s2.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v的二次方成正比，与其横截面积S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解析因为k＝eq\f(Ff,Sv2)，可知，k的单位为eq\f(N,m2·m/s2)＝eq\f(kg·m/s2,m4/s2)＝kg/m3，B正确。5.物理学中有些问题的结论不一定必须通过计算才能验证，有时只需要通过对单位的分析就可以判断。声音在某种气体中的速度表达式可以只用气体的压强p、气体的密度ρ和没有单位的比例常数k来表示。根据上述情况，判断声音在该气体中的速度表达式可能是()A.v＝kpρ B.v＝kC.v＝kρp D.v＝kρp答案A解析速度v的单位为m/s，密度ρ的单位为kg/m3，压强p的单位为Pa，且1Pa＝1N/m2＝1kg/(m·s2)，所以pρ的单位为m2/s2。pρ的单位是m/s，k无单位，所以kpρ的单位与v课堂小结板书设计第4节力学单位制一、基本单位1．基本量被选定的能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位的一些物理量，如力学中有长度、质量、时间。2．基本单位：所