第三节 力学单位制（表格式教学设计）物理沪科版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦力学单位制核心知识，通过“天宫二号”冷原子钟及美国火星卫星事故案例情境导入，前承力、质量等基本物理量认知，后启公式变形与数据处理，构建“基本量—导出量—单位制”学习支架。 以核心素养为导向，融合科学态度与责任（事故案例强调严谨）、科学思维（量纲分析推导单位）、物理观念（单位制工具性），设计单位换算与估算训练，实例鲜活，助力学生提升应用能力，为教师提供清晰教学路径与实用资源。

第三节 力学单位制（教学设计） 年级 高一 学科 物理 课时数 课题 第四章 牛顿定律 第三节 力学单位制（教学设计） 教学 目标 一、物理观念 ① 理解“物理量的大小＝数值×单位”的本质含义，认识单位是物理量不可分割的组成部分。 ② 建立“基本量—导出量—单位制”的整体框架，明确 SI 单位制的国际通用性与权威性。 二、科学思维 ① 能够利用公式关系式推导并检验导出单位，体会逻辑推演与量纲一致性。 ② 学会通过单位换算、数量级估算解决实际问题，提高数学建模与抽象概括能力。 三、科学态度与责任 ① 体会科学家“严谨求实、精益求精”的工作态度，树立规范使用单位的责任意识。 教材 分析 本节内容位于必修第一册第四章“牛顿运动定律”之后，起着承上启下的作用。前承：学生已学习质点模型、位移、速度、加速度以及牛顿运动定律，对力、质量、时间等基本物理量有了直观认识。后启：后续将大量出现以国际单位制为基础的公式变形、数量级估算、数据处理和科学探究，本节是后续学习的“语言”和“工具”。 教学重点 1. 国际单位制的7个基本量及基本单位的记忆与理解。 2. 基本单位与导出单位的推导关系与用法。 教学难点 1. 运用量纲分析法检验公式正确性与推导导出单位。 2. 在复杂情境下进行单位换算与数量级估算并保持计算简洁规范。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 “天宫二号”上的空间冷原子钟 学习新课 一、 1. 基本量和基本单位 物理学是一门以实验为基础的学科。在实验的过程中常要测量某个或几个物理量，测量结果既要表示出数值，也要有相应的计量单位。同一个物理量可以有不同的单位。以前，各个国家都有自己规定的物理量单位，相互换算起来既繁琐又容易出错，不利于各国间科学技术信息的交流。美国航天局曾发射过一枚探测火星气象的卫星，该卫星并没有进入预定轨道，而是陷入了火星大气层，最终熔毁汽化，烟消云散。经调查，事故原因是设计方与制造方使用的数据单位不一致。洛克希德 · 马丁航天公司设计时的数据使用了英制单位；而工程师们没有换算直接输入了计算机，导致卫星的航向出现偏差。1960 年第11 届国际计量大会制定了一种国际通用的、包括一切计量领域的单位制——国际单位制（international system of units），简称 SI。国际单位制很快就被世界上大多数国家采用，有力促进了各国间的贸易往来和科学技术交流。 我国亦有“伸掌为尺”的说法。三国时期王肃编的《孔子家语》一书中记载有：“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻。”两臂伸开长八尺，就是一寻；从秦朝至清末的2000多年间，我国的“尺”竟由1尺相当于0.2309m到0.3558m的变化，其差距相当悬殊。 史书记载关羽身高九尺，东汉时期的一尺相当于23厘米。即关羽的身高大概有207厘米，抛去误差，关羽的身高至少两米以上。 看来在单位的问题上需要制定国际上统一的标准 问题：物理量的单位从何而来？在使用中有什么规则呢？ 国际单位制由基本单位和导出单位组成。在力学中，把长度、质量、时间作为基本量。它们的单位米（m）、千克（kg）和秒（s）就是基本单位。用基本物理量的单位根据物理量之间的关系所推导出的其他物理量的单位叫导出单位。 物理学的关系式确定了物理量之间的关系，也确定了物理量的单位间的关系。 在国际单位制中共有7个基本单位。除了上述3个力学基本量和相应的基本单位外，在热学、电磁学、光学等领域中，还有4个基本量和基本单位，如表所示。由这7个基本单位能导出其他各个物理量的单位。 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。 （1）这些被选定的物理量叫做基本量(如长度、时间)，它们相应的单位叫作基本单位(如米、秒)； （2）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，推导出来的其他物理量的单位叫作导出单位，如速度、加速度的单位。 （3）由基本单位和导出单位一起组成了一个单位制（system of units）。 2. 国际单位制 如果采用不同的物理量作为基本量，或者虽然采用相同的基本量，但采用的基本单位不同，导出单位自然随之不同，从而产生不同的单位制。不同的地区使用不同的单位制，不方便交流。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（Le Système International d´ Unités，法文），简称SI。 在力学范围内，规定长度、质量、时间为三个基本量，对热学、电磁学、光学等学科，除了上述三个基本量和相应的基本单位外，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。 随着科学技术的发展，测量的精度和范围不断发展。如图 4-18 所示为我国自行研制的世界上最先投入使用的空间冷原子钟。用它计时，2 000 万年才误差 1 s，它将目前人类在太空的时间计量精度提高了 1~2 个数量级，使我国天基冷原子传感器的研究走在了世界的最前沿。手机芯片上近乎 1 cm2 的面积内集成着数十亿个晶体管，加工精度需以纳米计。 为了简单明了地表示数值特别大或者特别小的物理量，我们往往在常用的单位前加上特殊的前缀，例如，纳米（nm）就是在单位米（m）前加了前缀“纳”，表示 10-9 （1）只用一个符号表示的单位不一定是基本单位。例如，牛顿(N)、焦耳(J)、瓦特(W)等都不是基本单位，而是导出单位。 （2）基本单位是可以任意选定的，由于选取的基本单位不同，组成的单位制就不同。 （3）是国际单位制的不一定是基本单位。基本单位只是组成国际单位制的一小部分，在国际单位制中，除七个基本以外的单位都是导出单位。 3. 单位制的应用 （1）简化计算过程的单位表达 在解计算题时，已知量均采用国际单位制，计算过程中不用写出各个量的单位，只要在式子末尾写出所求量的单位即可。 （2）推导物理量的单位 物理公式可以确定各物理虽间的数虽关系，同时也确定了各物理量间的单位关 系，所以我们可以根据物理量之间的关系推导出物理量的单位。 （3）判断比例系数的单位 根据公式中物理量的单位关系，可以判断公式中比例系数的单位。 （4）比较物理量的大小 比较某个物理量不同值的大小时，一般先把它们的单位统一，再根据数值比较大小。 （5）检验物理公式和结果 根据物理公式中各物理量的单位，可以推断该物理公式计算结果的单位，若该单位与该公式所求的物理量的单位相同，则说明公式可能是正确的；否则，公式肯定是错误的。 理解基本单位和导出单位的含义 掌握常见的导出单位 课 堂 练 习 1. 下列属于国际单位制中的基本单位的是（　A　） A．米 B．千米 C．米/秒 D．牛 2. 测量“国际单位制选定的三个力学基本物理量”所用的仪器是（　D　） A．刻度尺、弹簧测力计、秒表 B．刻度尺、弹簧测力计、打点计时器 C．量筒、天平、秒表 D．刻度尺、天平、秒表 3. 测量“国际单位制选定的三个力学基本物理量”所用的仪器是（　D　） A．刻度尺、弹簧测力计、秒表 B．刻度尺、弹簧测力计、打点计时器 C．量筒、天平、秒表 D．刻度尺、天平、秒表 4. 公元前4世纪末，我国的《墨经》中提到“力，形之所以奋也”，意为力是使有形之物突进或加速运动的原因。力的单位用国际单位制的基本单位符号来表示，正确的是（ B ） A．kg·m·s-1 B．kg·m·s-2 C．Pa·m2 D．J·m-1 5. 质量m＝200 g的物体，测得它的加速度a＝20 cm/s2，则关于它所受的合力的大小及单位，下列运算既正确、简洁又符合一般运算要求的是( B ) A.F＝200×20＝4 000 N B.F＝0.2×0.2 N＝0.04 N C.F＝0.2×0.2＝0.04 N D.F＝0.2 kg×0.2 m/s2＝0.04 N 板 书 设 计 第三节 力学单位制 一、基本量和基本单位 1. 国际单位制由基本单位和导出单位组成。在力学中，把长度、质量、时间作为基本量。它们的单位米（m）、千克（kg）和秒（s）就是基本单位。用基本物理量的单位根据物理量之间的关系所推导出的其他物理量的单位叫导出单位。 2. 在国际单位制中共有7个基本单位。除了上述3个力学基本量和相应的基本单位外，在热学、电磁学、光学等领域中，还有4个基本量和基本单位，如表所示。由这7个基本单位能导出其他各个物理量的单位。 （1）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，推导出来的其他物理量的单位叫作导出单位，如速度、加速度的单位。 （2）由基本单位和导出单位一起组成了一个单位制。 二、2 国际单位制 1. 定义 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。 在力学范围内，规定长度、质量、时间为三个基本量，对热学、电磁学、光学等学科，除了上述三个基本量和相应的基本单位外，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。 三、 单位制的应用 （1）简化计算过程的单位表达（2）推导物理量的单位（3）判断比例系数的单位（4）比较物理量的大小（5）检验物理公式和结果 作业布置 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $