4.4 力学单位制 导学案-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

教版（2019）物理（必修第一册） 第四章 运动和力的关系 4．力学单位制 【课标要求】了解单位制，知道物理公式中的单位关系． 【学习目标】 1．探索质量、长度、时间等基本单位，了解单位制． 2．学习如何使用和推导各种物理单位． 3．利用单位制检查物理表达式的正确性． 【学习重难点】 重点：基本单位和导出单位． 难点：根据物理量关系推导物理量单位． 课本导练 1．基本单位 （1）基本量：________________________________________． （2）基本单位：________________________________________． （3）导出单位：________________________________________． （4）单位制：________________________________________． 2．国际单位制中的基本量：___________________________________． ． 在解答一道已知量完全由字母表达结果的计算题时，一个同学解得某物体位移 （ ），请你用单位制的知识检查，说明这一结果是否可能正确． 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示． 1．在物理科学中，为了量化和描述自然现象，我们使用特定的单位来表示不同的物理量，如长度、时间、质量、力等．考虑以下关于物理单位理解的问题： （1）如果你设计一个实验来测量一个桌子边缘掉落的小球的速度，你首先需要选取合适的单位来测量距离和时间．你会选择哪些单位，为什么？ （2）在不同的测量环境下，例如在宇宙空间站内测量物体质量与在地球表面测量相比，为什么需要考虑使用不同的测量单位或方法？ （3）设想现在你需要交流你的测量结果给来自不同国家的科学家，他们可能使用不同的度量系统（例如，英制单位和公制单位）．你如何确保你们之间的数据比较是有效的？这说明了国际单位系统（SI单位制）在科学交流中的重要性吗？ 2． 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V=πR3h．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． 点评点拨 一、对单位制的理解 国际单位制 （1）不同的单位制在换算中容易出差错，对国际科学技术交流及商业往来极不方便，因此有必要在国际上实行统一的单位标准．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，叫作国际单位制，简称SI． （2）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 说明：厘米（cm）、千米（km）、小时（h）、分钟（min）是基本量的单位，但不是国际单位制中的单位． 例1． 要测量国际单位制中力学的三个基本物理量，需要使用的测量仪器分别为（ ） A．测力计、刻度尺、秒表　　　　 B．刻度尺、弹簧秤、秒表 C．刻度尺、天平、秒表　　　　 D．刻度尺、测力计、光电门 变式训练1． 下列说法正确的是（ ） A．千克、焦耳、秒都属于基本单位 B．力学基本量是时间、位移、速度 C．力学基本量是时间、质量、长度 D．为了纪念牛顿，把“牛顿”作为力学基本单位 二、单位制的应用 思维探究2 在物理学中，许多不同的单位之间具有内在的关系．例如，速度的国际单位是米/秒（m/s），而力的单位是牛顿（N），牛顿可以定义为导致1千克物体产生1 m/s2加速度的力．又例如能量的单位是焦耳（J），它可以在力和距离的关系上进行定义，即1 J等于1 N的力作用通过1 m的距离． 请思考以下问题以探讨单位之间的转换和关系： （1）频率的国际单位是赫兹（Hz），表示每秒周期性事件发生的次数．如果一个振动体系的频率是2赫兹（Hz），那么这个体系的周期（即振动一次所需的时间）是多少？请解释频率与周期的单位关系． （2）压力的国际单位是帕斯卡（Pa），它表示单位面积上的力．假设在某一点的压力是200牛顿/平方米，那么在100平方米的面积上，作用的总力是多少？请描述压力单位的构成并解释从牛顿和面积的单位如何推导帕斯卡． （3）功率可以用瓦特（W）表示，而1瓦特定义为每秒1焦耳的能量转换率．如果以一定功率持续做功1小时，对应的能量消耗以千瓦时（kWh）来计量，请推导千瓦时与焦耳之间的关系． 例2． 功率是反映做功快慢的物理量，下列关于功率单位用国际制基本单位来表示正确的是（ ） A． B． C． D． 变式训练1． 我们在初中学过杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂．在物理学中，我们把力F和力臂L的乘积叫作力矩，用M表示，即M=F×L．若力矩M的单位用国际单位制的基本单位符号来表示，则下列选项中正确的是（ ） A．N•m　　　　 B．kg•m　　　　 C．kg•m/s　　　　 D．kg•m2/s2 小结小测 一、课堂小结 1．国际单位制中的七个基本量和相应的基本单位 物理量符号 单位符号 2．我们初中时就已经学过做功公式W=FL，那么所计算出来的功的单位有几种表达方式？分别都是什么？ 二、课堂小测 判断题 1．力为矢量，且单位用国际单位制基本单位表示为 ．（ ） 2．万有引力定律表达式 ，式中G为引力常量．若用国际单位制的基本单位表示，G的单位应为 ．（ ） 3．力、时间、位移均属于国际单位制的基本单位．（ ） 4．2023年诺贝尔物理学奖授予在“产生阿秒光脉冲以研究物质中电子动力学的实验方法”方面做出贡献的科学家，“阿秒”是一个单位，对应的物理量是长度．（ ） 5．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．判断声音在该气体中的速度表达式可能是 ．（ ） 【参考答案】 课本导练 【答案】 1．（1）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）所选定的基本量的单位； （3）由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位； （4）基本单位和导出单位一起就组成了一个单位制 2．长度（l）、质量（m）、时间（t）、电流（I）、热力学温度（T）、物质的量（n）、发光强度（I） ．【答案】 题中结果错误，见解析 展示讨论 【答案】 (1) 测量小球掉落的速度的单位选择 距离单位：米（m）。这是国际单位制（SI）中的标准单位，便于计算和交流。 时间单位：秒（s）。同样是SI单位，精准且标准化，适合科学实验。 为什么：使用米和秒能确保测量结果的准确性和与全球科学界的标准一致，更方便进行公式计算和数据交流。 (2) 不同环境下测量质量的方法选择 地球表面：使用天平或电子秤，质量测量直接反映重力与质量的关系。 宇宙空间站：使用惯性测量，通过物体在受力下的加速反应测量。这是因为微重力环境下，传统天平无法有效工作。 为什么：在不同环境下重力影响不同，因此需要采用超过重力影响的方法来测量真实的惯性质量。 (3) 确保国际数据比较有效性的方法 单位转换：确保测量结果转换为国际单位制（SI单位）中的米（m）、千克（kg）、秒（s）等标准单位。 交流结果：在发布或交流数据时，明确注明所使用的单位并必要时提供单位转换公式。 重要性：国际单位制（SI单位）提供了统一、标准的计量方法，确保不同国家科学家之间的数据可以直接比较和理解，有效促进了全球科学交流和合作。 【答案】 体积单位：体积 V 的单位应该是立方米（m3）。 公式分析：公式 V=πR3h 中，R 是长度，单位为米（m），因此 R3的单位是 m3。h 也是长度，单位为米（m）。将单位代入公式：V=πR3h=π⋅m3⋅m=π⋅m4 这个结果的单位是 m4，而体积单位应为 m3。因此，从单位分析来看，公式中的单位不匹配，单位关系错误，这表明公式 V=πR3h 肯定是错误的。 点评点拨 一、对单位制的理解 【答案】 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．【答案】C 变式训练1．【答案】C 例2．【答案】D 变式训练1．【答案】D 小结小测 一、课堂小结 【答案】 物理量符号 单位符号 l m m kg t s I A T K n，（ν） mol I，（Iv） cd 【答案】 标准单位（SI单位）：焦耳（J）1 焦耳 (J) = 1 牛顿 (N) × 1 米 (m) 基本单位：牛顿米（N⋅m） 它直接表示力和位移的乘积。 【答案】 × √ × × × 学科网（北京）股份有限公司 $$