4.4 力学单位制 教学设计 -2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

4.4 力学单位制  

教学目标与核心素养

物理观念：知道基本单位、导出单位和单位制的概念。

科学思维：知道国际单位制及七个基本量和基本单位。

科学探究：掌握根据物理量关系式确定物理量单位的方法。

科学态度与责任：掌握运算过程中单位的规范使用方法，能用单位制判定表达式的正误。

教学重难点

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。

难点：统一单位后正确书写计算过程。

教学过程

【新课引入】

一个数学悖论

1元=100分

100分=10分×10分

10分×10分=0.1元×0.1元

0.1元×0.1元=0.01元

最后证得：1元=0.01元

问题出在哪里？问题出现在单位上，学完本课你就知道了。

【新知探究】

一、基本单位   导出单位

在1875以前年全世界没有统一的单位，如长度的单位：

中国人：尺，英国人：英尺，法国人：米

在国际交流中非常不方便： 1875年法国政府邀请20个国家政府代表来商讨. 成立国际计量局

仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

问题1：根据上图中数字和单位的描述，单从数值上考虑，能直接比较三者的体重吗？为什么？要比较0.755吨、200磅、85 kg的大小，应该怎么做？

提示：不能。单位不统一，没办法直接进行比较。把吨、磅、kg换算成统一的单位，如均换算成kg，然后再进行比较。

问题2：计量一头大象的质量常用吨(t)作单位，但在计量人的质量时却用千克(kg)作单位，为什么？

提示：1 t＝1×103 kg，大象比较重，人相对较轻，故大象的质量用t作单位，而人的质量用kg作单位。

问题3：由v＝，若位移的单位用m，时间的单位用s，则速度的单位是什么？由a＝，若速度的单位用m/s，时间的单位用s，则加速度的单位是什么？由此可想到什么？

提示：m/s；m/s2；物理学的关系式在确定了物理量之间的关系时，也确定了物理量的单位之间的关系。

问题4：自由落体加速度g的单位是m/s2，在初中学习时，g的单位曾用N/kg，这两个单位相同吗？

提示：相同。由F＝ma知1 N＝1 kg·m/s2，故1 N/kg＝1 m/s2。

问题5：由活动4、5可总结出什么？

提示：只要选定几个物理量的单位，就能利用物理量之间的关系式推导出其他物理量的单位。

讨论、交流、展示，得出结论。

1．物理学的关系式在确定了物理量之间的关系时，也确定了物理量的单位之间的关系。

2．单位制：由基本单位和导出单位组成。

(1)基本量和基本单位：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。被选定的物理量叫作基本物理量，相应的单位叫作基本单位。

(2)导出单位：由基本量根据物理关系推导出来的其推导出来的相应单位叫作导出单位。

3．单位制的意义

 (1)单位是物理量的重要组成部分，同一个物理量，选用不同的单位时，数值不同，统

一单位能够便于交流。

(2)能推导出所得结果的代数式的单位。

(3)根据单位制能够对结果作出基本判断。

二、国际单位制

1.国际单位制

由m、kg、s等七个基本单位以及由它们推导出来的导出单位组成的一整套单位，叫国际单位制。

国际单位制基本单位如表。

国际单位制单位除m、kg、s 、A 、K 、mol、 cd这七个基本单位外，还有其它导出单位如：m2、m/s、kg/m3、N、J、kW、C、Ω ……

物理量 名称	单位 名称	单位 符号
长度	米	m
质量	千克	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

长    度	千米	km
	分米	dm
	厘米	cm
	毫米	mm
时    间	分钟	min
	小时	h
	年、月、日
质    量	吨	T
	克	g
	毫克	mg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.非国际单位制单位

由长度、质量、时间等七个基本物理量的其它单位以及由它们推导出来的导出单位组成的一整套单位。就是非国际单位制。

三个力学非国际单位制基本单位如表。

非国际单位制单位如：km、 mm、g、h、cm2 、cm/s、 km/h、 g/cm3，……

例1　现有以下一些物理量和单位，按下面的要求选择填空(填写字母的代号)。

①密度　②米/秒　③牛顿　④加速度　⑤质量　⑥秒　⑦厘米　⑧长度　⑨时间　⑩千克

(1)属于物理量的是________。

(2)在国际单位制中，作为基本量的物理量有________。

(3)在国际单位制中，属于基本单位的有________，属于导出单位的有________。

分析： (1)题目中哪些是物理量的单位？

提示：②③⑥⑦⑩。

(2)国际单位制中基本单位有哪些？

提示：米、千克、秒等七个基本单位。

解答　属于物理量的有①④⑤⑧⑨；属于单位的有②③⑥⑦⑩；在国际单位制中，作为基本量的物理量有⑤⑧⑨；在国际单位制中，属于基本单位的有⑥⑩，属于导出单位的有②③。

答案　(1)①④⑤⑧⑨　(2)⑤⑧⑨　(3)⑥⑩　②③

1基本物理量的所有单位均为基本单位，但是基本单位并不都是国际单位制中的单位，国际单位制中的单位也不一定是基本单位，要从概念上理解基本单位与国际单位之间的联系与区别。

2只用一个符号表示的单位不一定就是基本单位，例如牛顿N是导出单位；两个或更多的符号表示的单位也可能是基本单位，例如千克kg就是基本单位。

【对点练习】　下列说法中，正确的是(　　)

A．在力学单位制中，若采用cm、kg、s作为基本单位，力的单位是N

B．在力学单位制中，若力的单位是N，则采用cm、kg、s作为基本单位

C．牛顿是国际单位制中的一个基本单位

D．牛顿是力学单位制中采用国际单位的一个导出单位

答案　D

解析　在力学范围内，国际单位制中的基本量为长度、质量、时间，相应的基本单位为米(m)、千克(kg)、秒(s)，1 N＝1 kg·m/s2，所以牛顿是力学单位制中采用国际单位的一个导出单位，D正确，A、B、C错误。

单位制在计算中的应用

仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

x＝v0t2＋at3公式对吗？

x＝3 m/s×(2 s)2＋×6 m/s2×(2 s)3＝？

单位太复杂了，朕不做了。

 

问题1：一次，小华在做物理作业时，推导出某物体运动时的位移x、初速度v0、加速度a和时间t之间的关系为x＝v0t2＋at3，小华以为发现了一条新的运动规律，高兴地拿去给老师看。老师一看，立即遗憾地告诉他，这个公式是错误的，不可能有满足这个公式的运动。请问为什么说该式是错误的？

提示：若采用国际单位制，等式x＝v0t2＋at3，左边x的单位是m，而等式右边得出的