资源简介

课题 《力学单位制》
教学目标
教学目标 1.通过引用案例分析单位制的产生及发展等过程，并由此提出问题解决问题，激发学生的联想与思考，从而培养其获取信息、处理信息的科学探究能力。 2.从物理学视角对客观事物的单位制属性进行客观的认知，是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程，结合实际生活中的事物比对，将单位制具象化为所闻所感，有利于培养学生更好的将学习的知识应用于生活实践中，与实践结合起来，培养学生的模型构建等科学思维能力。 3.明确单位制的严谨性，有利于确保培养学生的科研思维，养成严谨，认真的习惯，培养其良好的科学态度与责任。
教学重点： 1.理解力学单位制的基本概念：学生能够明确力学单位制在物理学中的重要性，理解国际单位制作为统一全球度量衡标准的意义。 2.掌握力学基本单位：学生能够准确识别并记忆力学中的三个基本单位——米（长度）、千克（质量）、秒（时间），理解这些单位被选为基本单位的原因。 3.掌握单位推导与换算：学生能够熟练运用公式和计算示例，从基本单位推导出其他重要的力学单位，并掌握单位之间的换算关系及常用换算公式。 4.应用单位使用规则：学生能够正确书写单位符号，遵循单位使用的精度要求，理解准确使用单位对于避免误解、促进交流的重要性。
教学难点： 1.历史与情境学习：通过历史回顾或趣味故事，激发学生对力学单位制学习的兴趣，培养从历史角度理解科学发展的能力。 2.公式推导与计算实践：通过公式推导和计算示例，培养学生逻辑思维能力和解决实际问题的能力。 3.案例分析与应用：通过实际应用案例分析，提高学生将理论知识应用于实践的能力，增强问题解决意识。
教学过程
一．新课导入（时长：3分钟） 老师：同学们，今天我们将通过一个真实的历史案例，来引入一个在现代科学中至关重要却常被我们忽视的话题——力学单位制。 在19世纪末的欧洲，随着工业革命的蓬勃发展，科学技术以前所未有的速度进步着。然而，一个看似微小却影响深远的问题逐渐浮现：各国之间的单位不统一。想象一下，一位德国工程师设计了一座精密的机器，并希望将其推广到法国、英国甚至更远的地方，但他很快发现，由于各国使用的长度、质量、时间等度量单位各不相同，他的机器在别国可能无法准确运行，甚至需要大规模改造。 再想象一下，如果我们生活在一个没有统一度量标准的世界里，买水果时，商家用自己的“大个儿”和“小个儿”来称重，这会导致货物的价格主观因素过大，同样的货物价格不一；又比如说我询问这位同学有多高，他只能回答他很高或者他比老师高一点，这样的话回答过于模糊不够准确。 老师：因此，经过多年的讨论与协商，终于在1960年，第11届国际计量大会通过了现行的国际单位制（SI）。这便是国际单位制的产生，现在让我们来观看一段视频来体会不同单位之间的差距之大，体会单位制其中的魅力。（你知道最大与最小的长度单位有多离谱吗？_哔哩哔哩_bilibili） 相信观看完视频，大家都对单位制的重要性有了深刻的认知，那么到底什么是力学单位制？让我们一起来了解一下吧！ 二．讲授新课 （一）力学单位制的基本概念（2分钟） 老师：请同学们将课本翻到112页，在下半部分写出了国际单位制的基本定义。 在初中历史中我们学习过秦始皇统一度量衡，相信大家都还记得中国古代秦始皇统一度量衡的故事：在古时的华夏，秦始皇一统六国后，发现各地度量衡不一，导致贸易混乱。一日，他亲眼目睹商人因度量衡差异争吵，心生忧虑。随即，他下令丞相李斯制定全国统一的度量衡标准，并颁发诏书，要求严格执行。此后，各地使用统一尺、斗、秤，交易公平便捷，百姓称赞不已。秦始皇的这一举措，不仅促进了经济发展，更巩固了国家统一，成为历史佳话。 同学们思考一下他这样做的原因是什么呢？ 老师：没错，就是为了避免不同地区使用不同的度量衡标准，导致商品交易、税收征收等方面存在诸多不便和混乱，这同样也是国际单位制的产生原因。接下来让我们来学习七个基本的物理量及其单位。 （通过结合类比历史中秦始皇统一度量衡的原因及结果得出力学单位制的定义，并介绍国际单位制中的七个基本单位。） 老师：因为长度单位米（m），质量单位千克（kg），时间单位秒（s）我们常在生活中使用，因此就不过多赘述了。我们在这里重点介绍几个新朋友：首先安培（A），它是电流强度的基本单位，安培表示单位时间内通过导体横截面的电荷量。这一单位在电磁学和电子学中尤为重要。 其次，开尔文（K），它是热力学温度的基本单位，开尔文表示热能的度量，与摄氏温度不同，它以绝对零度作为起点。这一单位在热力学、统计物理等领域有广泛应用。 而摩尔（mol）则是物质的量的基本单位，摩尔表示包含基本单位数量（如原子、分子、离子等）的集合体。它是连接宏观物质世界与微观粒子世界的桥梁。 最后，坎德拉（cd），作为发光强度的基本单位，坎德拉表示光源在给定方向上的发光强度。这一单位在光学、照明工程等领域有重要意义。 （二）单位推导与关系（6分钟） 1.单位推导 老师：大家每个学期都会有身体素质测试，这包括身高，体重，肺活量，跑步等的测评，而这也用到了各种不一样的单位。 老师：对于一个合格的高中生，在体能测试中，50m是检验我们爆发力的重要项目。而对于女生来说50m的成绩要求大概在8-9s左右，这实际上是对速度的一个隐含要求。这里我们就以大家都要测试的50m为例来进行导出单位m/s的推导。 老师：首先，我们明确时间为8秒钟，其本身就为国际单位制秒因此不用换算。 接下来，我们知道速度是描述物体单位时间内位置的变化量的物理量，其计算公式为速度（v）= 位置变化量（x）/ 时间（t）。在这个情境下，位置变化量x是50米，时间t是8秒。将已知数值代入公式，我们可以得到： v = 50米 / 8秒= 6.25米/秒，因此我们跑50m的速度大约在6米/秒。 这里的“米/秒”（m/s）就是速度的单位，在国际单位制（SI）中，速度的基本单位正是由长度单位“米”（m）和时间单位“秒”（s）通过推导得到的。通过这样的推导过程，我们不仅明确了速度的具体要求，还加深了对导出单位及其由来的理解。 2.量纲判断法 老师：除此之外，还有很多其他的力学单位也是由基本单位推导出来的，比如压强的单位帕斯卡Pa，力学的单位牛N。强调这些推导过程都遵循着物理定律和公式，体现了单位之间的紧密联系，除此之外同学们还可以利用导出单位的推导过程衍生的量纲判断法来判断公式的正确性。 老师：这里请同学们将课本翻到第113页，给大家10秒浏览问题1的题目。 问题一：一次小明在做物理作业时,推导出某物体运动时的位移s,初速度 ,加速度a和时间t之间有下面的关系:s=t2+at3,他以为发现了一条新的运动规律,兴冲冲地拿去给老师看.老师只瞟了一眼,就遗憾地告诉他,这个公式是错误的!不可能有满足这个公式的运动.聪明的同学,你能很快看出该式的错误吗 这里我们首先梳理题目信息：题目给出了位移公式at ，让我们判断其正确性。 这里同学们是否能够联想到老师刚才讲的导出单位，利用它的推导过程有自己的思路来解决本题呢。 老师：好了思考时间到，现在由老师带着大家一起解决这道题。 首先，我们首先明确等式两边物理量的单位：左边位移x的单位为米（m），右边单位分别为速度单位m/s，时间单位s，加速度单位m/s 。 接着我们将等式左右两边单位代表其物理量进行加减乘除运算可以得到m = s =ms 显然等式并不成立，因此可以判断这个式子错误。希望同学们可以将量纲判断法同样运用到课后的物理计算中去，这样可以帮助大家更好地理解记忆物理公式，还可以帮助大家检查计算过程。 3.单位换算 老师:接下来，同学们再将书本翻到110页，让我们来了解基本的单位换算，首先我们拿出自己的直尺或者三角尺，大家观察尺子上的刻度，最小的刻度为1mm，而10个1mm则为1cm，以此类推便有了分米，米，千米等单位。 同样地，结合常识我们可以知道一颗豆子的质量大概为1g，而一筐鸡蛋质量大约有1kg，由此推断也便有了之后的t等质量单位。结合这两点我们可以知道，不同的单位可以使相同的数字表示相当大的差距，因此正确使用单位是我们必须学会的一项技能。 老师：接下来我们来解决110页最开始的导入题，第一题一头大象的质量约为3.2什么。通过查阅资料我们可以知道大象的质量大概有3-5t，因此本题正确答案应为3.2t。假如题目将数字换为3200那么我们应该填什么呢？是的应该填kg，因为1t=1000kg这就是质量单位的换算。接下来我们来看第二幅图，小车的长度是4520什么？我们知道小车的长度大概是三个人张开手臂的长度，一个人张开手臂的长度大概为1.5m三个人则为4.5m，而这里的数字为4520，那么我们应该适当的换算单位。这里我们首先确定比率为1000，那么带入1m=1000mm可以得出本题正确答案为4520mm。 （三）单位使用规则与注意事项（2分钟） 老师：最后，我们要明确单位使用的规则和注意事项。同学们，在使用单位时，请务必注意规范与准确。单位名称与符号要对应，如“千克”应写为“kg”。 组合单位时，如速度单位“米每秒”，应写作“m/s”，保持清晰。 同时，数值与单位之间要有适当的空格，如“30 km/h”。组合单位的中文名称与其符号表示的顺序一致。例如，比热容单位的符号是J/(kg·K)，其单位名称是“焦耳每千克开尔文”。符号中的乘号没有对应的名称，除号的对应名称为“每”字，无论分母中有几个单位，“每”字只出现一次。 除此之外，在某些特定场合或行业中，习惯使用的单位可以不受上述限制。例如，在大部分机械制图中，长度单位常用“mm”（毫米）。 这些规则不仅关乎学术严谨，也体现了我们的专业素养。希望大家在日常学习和工作中，都能严格遵守，养成良好的习惯。（强调准确使用单位的重要性，并提醒学生养成严谨的科学态度。） 三、实际应用及案例分析（3分钟） 老师：学完了这些基本概念，同学们将书翻到114页，让我们趁热打铁做一道题： 首先读题，如图 4-4-2所示，小慧推动小车前进。已知小车的质量是7.0kg,假定水平推力为16N，阻力为2N，求小车的加速度和从静止开始2.0s末的速度大小。 老师：同学们先思考10s是我来讲解本题。 老师：首先同学们需要明确本题考查力学单位制的应用，我们观察题目可知本题使用的单位为kg，N，均为国际单位制，因此我们可以略过做题的第一步统一单位。 其次，我们对系统进行受力分析，首先在水平方向小车受到小慧对它的推力，以及地面对它的摩擦力，因此其合外力为F=F1-F2=16N-2N=14N方向与推力方向一致。 然后我们来通过力学公式F=ma计算其加速度大小a=F/m=14N/7.0kg=2m/s 。 最后代入初速度为零的速度公式：得小车末速度为 v=at=2m/s ×2.0s=4m/s 四、课堂总结（2分钟） 老师：最后我们总结下本节课所学的知识。同学们，本节课我们深入探讨了《力学单位制》这一重要内容。通过历史小故事和国际单位制的起源，我们认识到统一度量衡对于促进科学交流与发展的重大意义。 随后，我们详细学习了力学单位制的基本概念，特别是国际单位制中的七个基本单位，并掌握了它们之间的推导关系与换算比率。在实际应用中，我们强调了单位使用的规范与准确，通过案例分析，进一步巩固了理论知识。希望同学们在今后的学习与研究中，能够严格遵循单位使用规则，培养严谨的科学态度，让准确无误的单位表达成为我们探索自然奥秘的坚实基石。 同时，我们也认识到准确使用单位的重要性。无论是科学研究、工程技术还是日常生活，单位的正确使用都是避免误解、促进交流的关键。我们学习了单位使用的规则和注意事项，如单位符号的正确书写、换算精度的把控等，这些都是我们未来学习和研究中不可或缺的科学素养。 最后，我希望大家能将今天所学知识应用于实际问题的解决中，培养严谨的科学态度和良好的学习习惯。让我们携手共进，在物理学的海洋中不断探索、不断前行！

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