力學(xué)單位制 教學(xué)設(shè)計 高一上學(xué)期物理人教版（2019）必修第一冊

4力學(xué)單位制目標(biāo)素養(yǎng)1．物理觀念：通過設(shè)置運動學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生思考力學(xué)單位之間的關(guān)聯(lián)，促使學(xué)生在看似零散、分離的物理量之間構(gòu)建關(guān)聯(lián)，并逐步在頭腦中形成更為完整的知識體系，提升學(xué)生的物理觀念。2．科學(xué)思維：通過回憶學(xué)習(xí)過的物理量及其單位，引導(dǎo)學(xué)生自主尋找這些物理量和單位之間的關(guān)系，能夠清晰地發(fā)現(xiàn)有一部分物理量及單位是相互獨立的，但其他物理量的單位是可以通過前面幾個相互獨立的單位推導(dǎo)得到的，進(jìn)而知道力學(xué)中的基本單位和導(dǎo)出單位，在對比和分類的過程中，逐步提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。3．科學(xué)探究：通過判斷“圓錐體的體積公式是否正確”的活動，引導(dǎo)學(xué)生通過物理量的定義或者物理關(guān)系來推導(dǎo)其他物理量的單位，體會國際單位制在物理計算和公式檢驗中的應(yīng)用。這個活動既可以培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，還可以提高學(xué)生通過物理關(guān)系進(jìn)行合理的科學(xué)解釋的科學(xué)探究能力。4．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過布置課前作業(yè)-“查閱中國歷史中長度、質(zhì)量和時間的單位演化”，了解單位制，知道力學(xué)中的幾個基本量［質(zhì)量（m）、長度（l）、時間（t）］以及它們的單位［千克（kg）、米（m）、秒（s）］，將物理量單位的演化發(fā)展與中國的傳統(tǒng)文化相聯(lián)系，讓學(xué)生體會中國傳統(tǒng)文化的魅力，提升學(xué)生的社會責(zé)任感。重點難點重點1．基本單位、導(dǎo)出單位、單位制。2．國際單位制中的三個力學(xué)基本單位。3．國際單位制的應(yīng)用。難點1．基本單位、導(dǎo)出單位、單位制概念的構(gòu)建。2．國際單位制在物理計算和公式檢驗中的應(yīng)用。教學(xué)準(zhǔn)備教師準(zhǔn)備制作本節(jié)課的多媒體課件。學(xué)生準(zhǔn)備1．預(yù)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容。2．分組查閱中國歷史中長度、質(zhì)量和時間的單位演化。導(dǎo)入新課導(dǎo)入一（知識導(dǎo)入）教師課前布置學(xué)生查閱中國歷史中長度、質(zhì)量和時間的單位演化。課上分小組匯報查閱中國歷史中長度、質(zhì)量和時間的單位演化的結(jié)果。對于這些歷史知識，你們有什么想法？有什么想知道的問題？導(dǎo)入二（故事導(dǎo)入）教師1998年2月，美國宇航局發(fā)射了一枚探測火星氣象的衛(wèi)星，預(yù)定于1999年9月23日抵達(dá)火星。然而，研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星沒有進(jìn)入預(yù)定的軌道，卻陷入了火星大氣層，很快就煙消云散了。美國宇航局的官員經(jīng)過緊急調(diào)查，發(fā)現(xiàn)問題的產(chǎn)生原因是有些數(shù)據(jù)的計量單位沒有把英制轉(zhuǎn)換成國際單位制。這次事故造成的損失有多大呢？單單衛(wèi)星的造價就高達(dá)1.25億美元。如果有統(tǒng)一的度量衡計量單位制，這樣的損失本是可以避免的。教師聽了這個故事，你們有什么想法？有什么想知道的知識？教學(xué)過程環(huán)節(jié)一：中國古代的度量衡教師老師在課前請同學(xué)們按照自己的興趣分別對以下三個方面的資料進(jìn)行了查閱：1．中國古代時間及時間單位的演化。2．中國古代長度及長度單位的演化。3．中國古代質(zhì)量及質(zhì)量單位的演化。下面請根據(jù)你們查閱的結(jié)果回答以下三個問題：1．“半夜三更”是指晚上的幾點？2．在《鄒忌諷齊王納諫》一文中提到，“鄒忌修八尺有余”，按現(xiàn)在的市尺來說，鄒忌的身高為2.6m左右，他真的有這么高嗎？3．古代提到的“半斤八兩”又是怎么回事？學(xué)生分組介紹課前查閱的資料。1．中國古代時間及時間單位的演化：地球自轉(zhuǎn)一周為一“太陽日”，晝夜即由此形成。其向陽之地面為晝，背陽地面則為夜。中國古代以十二個時辰來計算晝夜，以子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二地支來表示，每時辰分為八刻，又區(qū)分為上四刻，下四刻。這樣，每個時辰相當(dāng)于現(xiàn)代的兩個小時，如已時相當(dāng)于9時到11時。另外，中國古代還有報更（又叫打更）的計時法。把夜間分為五更，相當(dāng)于現(xiàn)代的晚上7點到9點為一更，9點到11點為二更，午夜11點到1點為三更，凌晨1點到3點為四更，凌晨3點到5點為五更。2．中國古代長度及長度單位的演化：中國古代的度量長度“尺”最早見于商代。傳世商尺約合今16～17cm。東周尺以相傳1931年在河南洛陽金村古墓出土的銅尺與“商鞅量尺”互為佐證，可知一尺長約23cm。西漢尺今出土有8支，實測其長度均在23～23.6cm之間，平均每尺長23.2cm。南朝每尺在24.5～25cm；北朝尺長于南朝尺，后魏前尺長27.8cm、中尺長28cm、后尺長29.9cm不等。隋代的尺長在30cm左右。唐尺的長度多在29～30cm之間。宋代沿襲唐制，官尺由太府寺掌造，主要用來征收布帛之用，故又稱為三司布帛尺，每尺長約31.6cm。根據(jù)收集的資料，梳理中國歷史上各個朝代尺與現(xiàn)代厘米換算表（如下表所示）。朝代商戰(zhàn)國秦漢三國西晉東晉尺1111111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1111111厘米24左右30左右30左右30左右31左右34左右35左右3．中國古代質(zhì)量及質(zhì)量單位的演化：據(jù)《夏書·五字歌》《管子·楊權(quán)》《管子七法篇》等古書記載，夏代已經(jīng)有了度量衡器具。商、周均建有度量衡制度。春秋戰(zhàn)國時期，諸侯割據(jù)，度量衡混亂。秦統(tǒng)一全國后，立即發(fā)布統(tǒng)一度量衡制度詔書，沿用了商朝所制定的度量衡量值。這一量值從商鞅到東漢末年沿用了五百年。三國時期，基本上沿用東漢的度量衡制度，但量值有所增長。兩晉、南北朝時期，度量衡制度再度混亂，單位量值急劇增長，出現(xiàn)了“南人適北，視升為斗”的局面。隋文帝統(tǒng)一全國以后，再次統(tǒng)一度量衡。唐宋時期，度量衡基本上沿用隋制，制度嚴(yán)明，單位量值相對穩(wěn)定。元代度量衡承襲唐制，單位量值比宋代又有增長。明代度量衡承襲前制。清朝度量衡基本上承襲明制，單位量值略有增長。從秦到清的2000多年間，度量衡制度及其量值不斷演變。尺度由每尺合今23cm增大到32cm；容量由每升200mL增大到1000多mL，增長了4倍多；衡重由每斤250g增大到600g左右，增長了1倍以上。秦至民國，長度和容量皆為十進(jìn)制，唯衡重不全是十進(jìn)制。1959年，中華人民共和國國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于統(tǒng)一計量制度的命令》，改1市斤為10市兩，1市兩等于50g。學(xué)生回答教師提出的問題。1．“半夜三更”是指晚上11點到次日凌晨1點。2．鄒忌是戰(zhàn)國時期齊國的謀士，因此生存年代應(yīng)為戰(zhàn)國，按照戰(zhàn)國尺與現(xiàn)代厘米的對應(yīng)關(guān)系可知，鄒忌的實際身高約為1.8m。3．我國古時采用1斤等于16兩的十六進(jìn)制，因此“半斤”就是“八兩”。教師請同學(xué)們發(fā)表自己的想法，統(tǒng)一度量衡有什么意義呢？學(xué)生各抒己見，進(jìn)行總結(jié)。設(shè)計意圖教師請大家尋找一下，這些物理量之間有什么關(guān)聯(lián)？能不能試著將這些物理量的單位進(jìn)行分類呢？有一部分物理量的單位是相互獨立的，而其他物理量的單位可以通過前面幾個相互獨立的單位由公式推導(dǎo)得到。師生總結(jié)：在物理學(xué)中，只要選定幾個物理量的單位，就能夠利用物理量之間的關(guān)系推導(dǎo)出其他物理量的單位，這些被選定的物理量叫作基本量，它們相應(yīng)的單位叫作基本單位。質(zhì)量的單位（kg）、時間的單位（s）、長度的單位（m）是力學(xué)中的基本單位。由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來的其他物理量叫作導(dǎo)出量，推導(dǎo)出來的相應(yīng)單位叫作導(dǎo)出單位。例如速度的單位（m／s）、加速度的單位（m／s2）、力的單位（N）等。為人們從事經(jīng)濟(jì)、文化交流活動提供了便利的條件。環(huán)節(jié)二：國際單位制教師請大家回憶一下，我們在初中階段都學(xué)過哪些力學(xué)的物理量？它們的單位分別是什么？質(zhì)量（kg）、、體積(m3)教師］請大家尋找一下，這些物理量之間有什么關(guān)聯(lián)？能不能試著將這些物理量的單位進(jìn)行分類呢？有一部分物理量的單位是相互獨立的，而其他物理量的單位可以通過前面幾個相互獨立的單位由公式推導(dǎo)得到。師生總結(jié)：在物理學(xué)中，只要選定幾個物理量的單位，就能夠利用物理量之間的關(guān)系推導(dǎo)出其他物理量的單位，這些被選定的物理量叫作基本量，它們相應(yīng)的單位叫作基本單位。質(zhì)量的單位（kg）、時間的單位（s）、長度的單位（m）是力學(xué)中的基本單位。由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來的其他物理量叫作導(dǎo)出量，推導(dǎo)出來的相應(yīng)單位叫作導(dǎo)出單位。例如速度的單位（m／s）、加速度的單位（m／s2）、力的單位（N）等。除了力學(xué)范圍內(nèi)的三個基本量，針對熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等，還要加上另外四個基本量和它們的基本單位才能導(dǎo)出其他物理量的單位。國際單位制中的基本單位物理量的名稱物理量符號單位名稱單位符號長度l米m質(zhì)量m千克（公斤）kg時間l秒S電流I安［培］A熱力學(xué)溫度T開［爾文］K物質(zhì)的量n,(v)摩［爾］mol發(fā)光強度I,(Iv)坎［德拉］cd例光滑水平桌面上有一個靜止的物體，質(zhì)量是700g，在1.4N的水平恒力作用下開始運動。那么，5s末物體的速度是多少？5s內(nèi)它的位移是多少？解析以靜止的物體為研究對象。物體的質(zhì)量m=700g=0.7kg。根據(jù)牛頓第二定律，有a=初速度v根據(jù)勻加速直線運動的速度與時間的關(guān)系式，有v=at=2m/根據(jù)勻變速直線運動的位移與時間的關(guān)系式，有x=答案5s末物體的速度是10m／s，方向與恒力的方向相同；5s內(nèi)它的位移是25m，方向與運動方向相同。教師例題中，已知量的單位都用國際單位制的基本單位表示時，計算的結(jié)果也是用國際單位制的基本單位表示的。在統(tǒng)一已知量的單位后，計算過程中就不必寫出各量后面的單位，只在數(shù)字計算式后面寫出正確的單位就可以了。這樣，上面的計算過程就可以寫成：a=v=at=2×5m/s=10m/s。x=設(shè)計意圖先引導(dǎo)學(xué)生回憶“已學(xué)的力學(xué)單位”，然后引導(dǎo)學(xué)生討論，將無序的單位變得有聯(lián)系且有序，在建立完“單位制”的概念后，通過一道例題，對比學(xué)習(xí)單位制前和學(xué)習(xí)單位制后書寫過程的差異，讓學(xué)生逐步體會單位制的應(yīng)用價值。環(huán)節(jié)三：應(yīng)用單位制解決問題小剛在課余制作中需要計算圓錐的體積，他從一本書中查得圓錐體積的計算公式為V=1學(xué)生.體積的單位為m3，而根據(jù)公式V=13大家在初中已經(jīng)學(xué)過，如果一個物體在力F的作用下沿著力的方向移動了一段距離l，這個力對物體做的功W=F。我們還學(xué)過，功的單位是焦耳（J）。請由此導(dǎo)出焦耳與基本單位米（m）、千克（kg）、秒（s）之間的關(guān)系。學(xué)生.根據(jù)F=ma可知,1N=1kg?m/s2,，又根據(jù)設(shè)計意圖.利用教材上的資源，放手讓學(xué)生自主合作探究，體會單位制在公式檢驗中的應(yīng)用，通過這個過程，可逐步提升學(xué)生基于推理進(jìn)行論證的物理學(xué)科關(guān)鍵能力。板書設(shè)計本節(jié)課的教學(xué)重點是基本單位和導(dǎo)出單位，只有知道了為什么要統(tǒng)一單位，才能更好地去認(rèn)識和使用國際單位制。本節(jié)課的第一個環(huán)節(jié)是讓學(xué)生了解中國古代長度、時間