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111 4.4 力學(xué)單位制 整體設(shè)計 單位對學(xué)生來說并不陌生，但學(xué)生很少研究單位確立的方法和在計算過程中不同的單位造成的影響，也很少注意到單位與科學(xué)、社會的關(guān)系.本節(jié)以史實為背景，提出單位不統(tǒng)一的弊端，讓學(xué)生通過討論與交流，學(xué)習(xí)單位制的組成以及單位制對科技的進(jìn)步、生產(chǎn)的發(fā)展所帶來的影響，讓學(xué)生從另一角度認(rèn)識單位是為了對“量”進(jìn)行測量和比較而建立的. 當(dāng)學(xué)生真正感覺到統(tǒng)一單位制的必要后，再介紹制定國際單位制的歷史，讓學(xué)生體會到人類在統(tǒng)一單位制當(dāng)中作出的努力.單位制不僅包括同一個物理量的不同單位之間的換算關(guān)系，更重要的是按照各個物理量之間的關(guān)系，規(guī)定所有物理量的單位，使所有物理量的單位標(biāo)準(zhǔn)化、制度化和系統(tǒng)化. 在學(xué)生感受了統(tǒng)一單位的必要以及了解了相關(guān)歷史后，本節(jié)需要學(xué)生掌握什么是單位制，什么是基本單位，什么是導(dǎo)出單位，力學(xué)中的三個基本單位是什么，并且明確單位制在物理計算中的應(yīng)用. 由于這節(jié)課的內(nèi)容相對比較簡單，沒有復(fù)雜的計算和推理，是學(xué)生采用自學(xué)這種學(xué)習(xí)方法的很好的一節(jié)課，可以通過教師引導(dǎo)、學(xué)生總結(jié)的方式提高學(xué)生的概括能力和總結(jié)能力. 教學(xué)重點 1.什么是基本單位，什么是導(dǎo)出單位. 2.什么是力學(xué)中的三個基本單位. 3.單位制. 教學(xué)難點 統(tǒng)一單位后，計算過程的正確書寫. 課時安排 1課時 三維目標(biāo) 知識與技能 1.了解什么是單位制，知道力學(xué)中的三個基本單位. 2.認(rèn)識單位制在物理計算中的作用. 過程與方法 １.讓學(xué)生認(rèn)識到統(tǒng)一單位的必要性. ２.使學(xué)生了解單位制的基本思想. ３.培養(yǎng)學(xué)生在計算中采用國際單位，從而使運算過程的書寫簡化. ４.通過學(xué)過的物理量了解單位的重要性，知道單位換算的方法. 情感態(tài)度與價值觀 １.使學(xué)生理解建立單位制的重要性，了解單位制的基本思想. ２.了解度量衡的統(tǒng)一對中國文化的發(fā)展所起的作用，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情操. ３.讓學(xué)生了解單位制與促進(jìn)世界文化的交流和科技的關(guān)系. ４.通過一些單位的規(guī)定方式，了解單位統(tǒng)一的重要性，并能運用單位制對計算過程或結(jié)果進(jìn)行檢驗. 教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 故事導(dǎo)入 1998年2月，美國宇航局（NASA）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.NASA的官員經(jīng)過緊急調(diào)查，發(fā)現(xiàn)問題居然出在有些資料的計量單位沒有把英制轉(zhuǎn)換成公制，錯誤起自承包工程的洛克希德馬丁航天公司.美國企業(yè)包括太空工業(yè)使用英制，噴射推進(jìn)實驗室（國家實驗室）使用公制，承包商理應(yīng)把英制都轉(zhuǎn)換成公制，以便噴射推進(jìn)實驗室每天兩次啟動小推進(jìn)器，來調(diào)整太空船的航向.導(dǎo)航員認(rèn)定啟動小推進(jìn)器的力是以公制的“牛頓”為單位.不料，洛克希德馬丁公司提供的資料卻是以英制的“磅”為單位，結(jié)果導(dǎo)致太空船的航向出現(xiàn)微小偏差.日積月累，終于差之毫厘，失之千里. 這個英制未換算成公制的“小錯誤”造成的損失有多大呢？其他損失不計，單單衛(wèi)星的造價就高達(dá)1.25億美元，這些費用就這樣全泡了湯.如果美國有統(tǒng)一的度量衡計量單位制，這樣的損失本是可以避免的. 圖4-4-1 問題導(dǎo)入 問題：單位的不統(tǒng)一會造成什么樣的困難？ 學(xué)生討論交流，活躍課堂氣氛. 總結(jié)：單位的統(tǒng)一有利于各個國家之間、一個國家各個地區(qū)之間進(jìn)行文化交流和經(jīng)貿(mào)往來，可以促進(jìn)科學(xué)文化盡快地發(fā)展，使全球人類能夠共享光明，共享人類文明進(jìn)步的成果. 推進(jìn)新課 教師投影展示問題，學(xué)生帶著問題閱讀課文. （課件展示） 1.什么是基本量，什么是基本單位？力學(xué)中的基本單位都有哪些，分別對應(yīng)什么物理量？ 2.什么是導(dǎo)出單位？你學(xué)過的物理量中哪些是導(dǎo)出單位？借助物理公式來推導(dǎo). 3.什么是國際單位制？國際單位制中的基本單位共有幾個？它們分別是什么？對應(yīng)什么物理量？ 說明：在這個過程中，老師可以巡回指導(dǎo)學(xué)生自己總結(jié)，并幫助水平較差的同學(xué)進(jìn)行總結(jié)，這個過程大約持續(xù)１０ min左右.然后讓學(xué)生回答所提出的問題并鞏固補(bǔ)充學(xué)生掌握的知識. 明確：1.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做基本量，它們的單位叫做基本單位. 力學(xué)中的基本量有長度、質(zhì)量和時間，它們的單位分別是米、千克和秒. 2.由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來的其他物理量的單位，叫做導(dǎo)出單位. 我們學(xué)過的導(dǎo)出單位很多，比如加速度的單位m/s２，它可以根據(jù)公式a=來進(jìn)行推導(dǎo).密度的單位是kg/m3，可以根據(jù)密度的計算公式：ρ=進(jìn)行推導(dǎo). 3.國際計量委員會在1960年的第11屆國際計量大會上制訂了一種國際通用的、包括一切計量領(lǐng)域的單位制，叫做國際單位制.簡稱SI. 物理量的名稱 單位名稱 單位符號 長度 米 m 質(zhì)量 千克（公斤） kg 時間 秒 s 電流 安（培） A 熱力學(xué)溫度 開（爾文） K 物質(zhì)的量 摩（爾） mol 發(fā)光強(qiáng)度 坎（德拉） cd 例題 一個原來靜止的物體，質(zhì)量是7 kg，在14 N的恒力作用下，5 s末的速度是多大？5 s內(nèi)通過的位移是多少？ （展示例題，學(xué)生求解探究） 解：根據(jù)已知條件，m=7 kg，F(xiàn)=14 N，t=5 s 根據(jù)牛頓第二定律，有 a===2 N/kg=2 m/s2 v=at=2 m/s25 s=10 m/s x=at2=2 m/s225 s2=25 m. 教師點評：我們看到，題目的已知量的單位都用國際單位制表示時，計算的結(jié)果也是用國際單位制表示的.既然如此，在統(tǒng)一已知量的單位后，就不必一一寫出各量后面的單位，只在數(shù)字后面寫出正確的單位就可以了.這樣，上面的計算就可以寫成： a== m/s2=2 m/s2 v=at=25 m/s=10 m/s x=at2=225 m=25 m. 總結(jié)：通過分析實例，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，同時體會單位制的意義. 教師設(shè)疑 我們學(xué)過的力的單位牛頓是不是基本單位呢？ 學(xué)生討論、交流，與老師交換意見. 結(jié)論：牛頓也是一個導(dǎo)出單位.根據(jù)牛頓第二定律F=ma,可得力的單位應(yīng)該與質(zhì)量的單位和加速度的單位有關(guān)，1 N=1 kgm/s2. 課堂訓(xùn)練 1.聲音在空氣中的傳播速度v與空氣的密度ρ、壓強(qiáng)p有關(guān).下列速度的表達(dá)式(k為比例系數(shù)，無單位)中正確的是（ ） A.v=k B.v= C.v= D.v= 解析：可把p、ρ的單位用基本單位表示，代入進(jìn)行單位運算，看得出的單位是否是v的單位.p的單位用基本單位表示 1 Pa=1 =1 ρ的單位用基本單位表示：. 答案：Ｂ ２.現(xiàn)有下列物理量或單位，按下面的要求選擇填空: A.密度 B.米/秒 C.牛頓 D.加速度 E.質(zhì)量 F.秒 G.厘米 H.長度 I.時間J.千克 (1)屬于物理量的是(填前面的字母). (2)在國際單位制中，作為基本單位的物理量有. (3)在國際單位制中基本單位是，屬于導(dǎo)出單位的是. 解析：要分清物理量和物理單位、基本單位和導(dǎo)出單位. 答案：(1)ADEHI (2)EHI (3)FJ BC 說明：本題容易把物理量和單位制混淆. 3.一個原來靜止在光滑水平面上的物體，質(zhì)量是20 kg，在兩個大小都是50 N且互成120角的水平外力作用下，3 s末物體的速度是多大？3 s內(nèi)物體的位移是多少？ 解析：兩個大小都是50 N且互成120角的水平外力的合力大小為50 N，方向在這兩個力的角平分線上，且與水平面平行.由于水平面光滑，故水平方向上沒有滑動摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律，有 a== m/s2＝2.5 m/s2 由運動學(xué)公式得 v=at=2.53 m/s=7.5 m/s s=t=t= m=11.25 m. 答案：7.5 m/s 11.25 m 點撥：在整個計算過程中所有物理量都采用國際單位制,就不需要在運算過程中每一步都將物理量代入進(jìn)行計算，這樣可以使計算過程簡化. 課堂小結(jié) 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了什么是基本單位，什么是導(dǎo)出單位，什么是單位制，知道了力學(xué)中的三個基本單位以及統(tǒng)一單位后，解題過程的正確書寫方法. 布置作業(yè) 教材第80頁“問題與練習(xí)”. 板書設(shè)計 4 力學(xué)單位制 單位制 物理量的名稱 單位名稱 單位符號 國際單位制 基本單位 力學(xué)單位 長度 米 m 質(zhì)量 千米 kg 時間 秒 s 其他單位 導(dǎo)出單位 公式+基本單位 活動與探究 課題：單位的發(fā)展與變革. 步驟 學(xué)生活動 教師指導(dǎo) 目的 1 到圖書館、上網(wǎng)查閱有關(guān)單位發(fā)展和變革的書籍 介紹相關(guān)書籍與網(wǎng)站 1.讓學(xué)生更多地了解有關(guān)單位方面的知識，了解單位在生產(chǎn)生活中的重要性 2.了解物理學(xué)史，讓學(xué)生樹立為人類服務(wù)的思想 2 根據(jù)查閱的資料，確定文章主題和內(nèi)容 解答學(xué)生提出的具體問題 3 寫出相關(guān)論文，了解人類歷史上單位變革的過程和單位統(tǒng)一的意義，交流各個小組的心得體會 對優(yōu)秀文章進(jìn)行點評，指出單位統(tǒng)一勢在必行 習(xí)題詳解 1.解答：由v2-v02=2ax可求出自行車的加速度a==m/s2=-0.2 m/s2根據(jù)牛頓第二定律，自行車受的阻力F=ma=100(-0.2) N=-20 N，負(fù)號表示阻力方向與自行車運動方向相反. 2.解答：貨車剎車后加速度大小為：a== m/s2=6 m/s2 從剎車開始到停下來駛過的路程為：x== m=19 m. 3.解答：因為W=Fl，所以1 J=1 N1 m=1 kg1 m/s21 m=1 kgm2s-2. 4.證明：1 N/kg==1 m/s2. 設(shè)計點評 單位制由基本單位和導(dǎo)出單位組成.基本單位是基本物理量的單位，導(dǎo)出單位是基本物理量單位制確定后根據(jù)物理關(guān)系式而推導(dǎo)出來的單位.本著這一思路，本節(jié)介紹了基本力學(xué)量和它們的單位，并重點介紹了11屆國際計量大會制定的一種通用的，包括一切計量領(lǐng)域的單位制——國際單位制（SI）.根據(jù)實例說明應(yīng)用國際單位制的重要性；簡化計算、清晰過程、方便交流，并能對公式的驗證起輔助作用. 111