4.4 力学单位制 教学设计-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

4力学单位制 目标素养 1．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。 2．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。 3．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。 4．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。 重点难点 重点 1．基本单位、导出单位、单位制。 2．国际单位制中的三个力学基本单位。 3．国际单位制的应用。 难点 1．基本单位、导出单位、单位制概念的构建。 2．国际单位制在物理计算和公式检验中的应用。 教学准备 教师准备 制作本节课的多媒体课件。 学生准备 1．预习本节课的内容。 2．分组查阅中国历史中长度、质量和时间的单位演化。 导入新课 导入一（知识导入） 教师 课前布置学生查阅中国历史中长度、质量和时间的单位演化。 课上分小组汇报查阅中国历史中长度、质量和时间的单位演化的结果。 对于这些历史知识，你们有什么想法？有什么想知道的问题？ 导入二（故事导入） 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。 教师 听了这个故事，你们有什么想法？有什么想知道的知识？ 教学过程 环节一：中国古代的度量衡 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。 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 分组介绍课前查阅的资料。 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，如已时相当于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。 根据收集的资料，梳理中国历史上各个朝代尺与现代厘米换算表（如下表所示）。 朝代 商 战国 秦 汉 三国 西晋 东晋 尺 1 1 1 1 1 1 1 厘米 16左右 23左右 23左右 23左右 24左右 24左右 24左右 朝代 南朝 北朝 隋 唐 宋元 明 清 尺 1 1 1 1 1 1 1 厘米 24左右 30左右 30左右 30左右 31左右 34左右 35左右 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。 学生 回答教师提出的问题。 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？ 学生各抒己见，进行总结。 设计意图 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？ 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。为人们从事经济、文化交流活动提供了便利的条件。 环节二：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？ 质量（kg）、、体积、密度、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？ 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。 国际单位制中的基本单位 物理量的名称 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 l 秒 S 电流 I 安［培］ A 热力学温度 T 开［尔文］ K 物质的量 n,(v) 摩［尔］ mol 发光强度 I,(Iv) 坎［德拉］ cd 例 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末物体的速度是多少？5s内它的位移是多少？ 解析 以静止的物体为研究对象。 物体的质量m=700g=0.7kg。 根据牛顿第二定律， 有 初速度 根据匀加速直线运动的速度与时间的关系式， 有 根据匀变速直线运动的位移与时间的关系式， 有 答案 5s末物体的速度是10m／s，方向与恒力的方向相同；5s内它的位移是25m，方向与运动方向相同。 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。 这样，上面的计算过程就可以写成： v=at=2×5m/s=10m/s。 设计意图 先引导学生回忆“已学的力学单位”，然后引导学生讨论，将无序的单位变得有联系且有序，在建立完“单位制”的概念后，通过一道例题，对比学习单位制前和学习单位制后书写过程的差异，让学生逐步体会单位制的应用价值。 环节三：应用单位制解决问题 小刚在课余制作中需要计算圆锥的体积，他从一本书中查得圆锥体积的计算公式为。小红说，从单位关系上看，这个公式肯定是错误的。她的根据是什么？ 学生.体积的单位为，而根据公式运算得出的单位为m4，显然这个结果是错误的。 大家在初中已经学过，如果一个物体在力F的作用下沿着力的方向移动了一段距离l，这个力对物体做的功W=F。我们还学过，功的单位是焦耳（J）。请由此导出焦耳与基本单位米（m）、千克（kg）、秒（s）之间的关系。 学生.根据F=ma可知，又根据W=Fl，可以推导出 设计意图. 利用教材上的资源，放手让学生自主合作探究，体会单位制在公式检验中的应用，通过这个过程，可逐步提升学生基于推理进行论证的物理学科关键能力。 板书设计 本节课的教学重点是基本单位和导出单位，只有知道了为什么要统一单位，才能更好地去认识和使用国际单位制。本节课的第一个环节是让学生了解中国古代长度、时间和质量单位的演化，通过任务驱动的方式让学生更好地了解中国历史，并能意识到单位统一的必要性，逐步提升学生的科学态度和社会责任感；第二个环节是让学生体会国际单位制的使用和建立，明确国际单位制不仅方便了国际的交流，也逐渐成为科学研究中的一种规范，在高中阶段的物理学习中，引导学生逐步习惯在记录、表达和计算中规范地使用国际单位制；最后一个环节是本节课的升华，通过一个实际情境，让学生体会国际单位制在解决问题中的作用，并逐步提升学生科学论证的物理学科核心素养。 学科网（北京）股份有限公司 $$