資源簡介

4.7《 力學單位》課時教案
學科 物理 年級冊別 高一上冊 共1課時
教材 粵教版高中物理必修第一冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于粵教版高中物理必修第一冊第四章第七節，是力學知識體系中承上啟下的關鍵一環。在學生已掌握力、加速度、質量等基本概念的基礎上，引入國際單位制（SI）中的力學單位及其導出過程，幫助學生建立科學的量度觀念。教材通過牛頓第二定律F=ma的維度分析，自然引出力的單位“牛頓”的定義，并系統介紹基本單位與導出單位的關系，強調統一單位制對科學研究和工程實踐的重要性。
學情分析
高一學生剛接觸高中物理，雖具備初中物理基礎，但對單位制的理解仍停留在“使用”層面，缺乏“建構”意識。部分學生在計算中常忽略單位換算或混淆單位符號，反映出單位觀念薄弱。學生正處于抽象思維發展的關鍵期，具備一定的邏輯推理能力，但對“量綱”“基本單位”等概念理解困難。因此，教學中需通過具體實例和探究活動，引導學生從生活經驗出發，逐步構建單位制的認知框架，突破“為何要統一單位”“如何推導導出單位”等認知障礙。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解國際單位制中七個基本物理量及其對應的基本單位，掌握長度、質量、時間三個力學基本單位。
2. 能根據物理公式（如F=ma）推導出力的單位“牛頓”，并解釋其物理意義。
科學思維
1. 通過分析物理量之間的關系，運用量綱分析法判斷單位是否正確，發展邏輯推理能力。
2. 在解決實際問題中識別單位不一致的情況，并進行合理換算，提升模型建構與數學運算能力。
科學探究
1. 參與小組討論，合作完成單位換算任務，體驗科學交流的過程。
2. 設計簡單的實驗方案驗證單位一致性對測量結果的影響，培養實證意識。
科學態度與責任
1. 認識到統一單位制對科技進步和社會協作的重要意義，增強科學規范意識。
2. 養成在物理計算中書寫單位的良好習慣，體現嚴謹求實的科學態度。
教學重點、難點
重點
1. 國際單位制中力學相關的三個基本單位：米（m）、千克（kg）、秒（s）。
2. 利用牛頓第二定律推導力的單位“牛頓”（N = kg·m/s ）。
難點
1. 理解“基本單位”與“導出單位”的區別與聯系。
2. 運用量綱分析法檢查物理公式的單位一致性。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、合作學習法、講授法、議題式教學法
教具準備
多媒體課件、單位換算卡片、電子秤、卷尺、 stopwatch、實驗記錄表
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入：單位混亂的代價
【5分鐘】 一、講述真實案例，引發認知沖突 （一）、播放NASA火星氣候探測器失事視頻片段
教師播放一段簡短視頻：1999年，美國國家航空航天局（NASA）耗資1.25億美元的火星氣候探測器在進入火星軌道時突然失蹤。調查結果顯示，事故原因竟是一個看似微小的單位錯誤——地面控制團隊使用英制單位“磅力·秒”（lbf·s）發送導航指令，而飛行系統卻默認以國際單位“牛頓·秒”（N·s）進行計算，導致軌道偏差超過100公里，最終探測器墜毀于火星大氣層。
提問引導：“同學們，你們認為是什么導致了這場昂貴的失??？如果兩個團隊都使用同一套單位系統，結局會不會不同？”
學生可能回答：“單位不一樣。”“沒有統一標準。”
教師順勢總結：“正是單位制的不統一，讓價值上億的探測器化為灰燼。這說明，在科學研究和工程實踐中，統一的單位制度不僅是便利，更是安全與成功的保障。”
（二）、提出核心議題：我們為什么需要統一的單位制？
教師在黑板上寫下本節課的核心議題：“如果沒有統一的單位，世界會怎樣？”并邀請學生展開想象：
“假設你是一名建筑師，你要把設計圖紙交給遠在法國的施工隊；或者你是醫生，要給跨國病人開藥方；又或者你是科學家，要與全球同行分享實驗數據……如果沒有統一的單位，這些事情能順利進行嗎？”
通過這一系列設問，激發學生的社會責任感和科學規范意識，為后續學習奠定情感基調。 1. 觀看視頻，感受單位錯誤帶來的嚴重后果。
2. 思考并回答教師提問，認識到統一單位的重要性。
3. 想象不同場景下單位混亂的影響。
4. 明確本節課的學習主題。
評價任務 理解案例：☆☆☆
表達觀點：☆☆☆
關注議題：☆☆☆
設計意圖 通過真實航天事故創設震撼性情境，迅速吸引學生注意力，引發對單位重要性的深刻反思。以“如果沒有統一單位”為核心議題，貫穿整節課，使知識學習與現實意義緊密結合，培養學生科學態度與社會責任。
新知建構：走進國際單位制
【12分鐘】 一、認識基本單位：科學世界的“通用語言” （一）、展示國際單位制七大基本物理量表格
教師利用PPT展示國際單位制（SI）的七大基本物理量及其單位：
長度 — 米（m）
質量 — 千克（kg）
時間 — 秒（s）
電流 — 安培（A）
熱力學溫度 — 開爾文（K）
物質的量 — 摩爾（mol）
發光強度 — 坎德拉（cd）
重點講解前三個與力學密切相關的單位：
“‘米’最初定義為地球子午線全長的四千萬分之一，后來經過多次精確定義，現在基于光速來定義；‘千克’曾由存放在法國巴黎的國際千克原器實物決定，2019年起改為依據普朗克常數重新定義；‘秒’則由銫-133原子躍遷頻率精確確定。”
強調：“這些單位不是隨意規定的，而是經過人類長期探索、不斷修正后達成的全球共識，是我們描述自然現象的‘通用語言’?！?br/>（二）、組織“單位接龍”小游戲
教師發放單位卡片，每組一套包含常見物理量及其單位的卡片（如：速度—m/s，密度—kg/m ，力—N，壓強—Pa等）。要求學生將卡片分類為“基本單位”和“導出單位”，并嘗試找出哪些導出單位是由基本單位組合而成。
巡視指導時提示：“看看‘m/s’是不是由‘m’和‘s’組成的？‘kg/m ’呢？”
待學生初步分類后，教師請一組代表上臺展示成果，并解釋分類依據。
接著追問：“那么‘牛頓’這個單位是怎么來的？它能不能也用基本單位表示出來？”自然過渡到下一環節。 1. 認真聽講，了解七大基本單位及其中三個力學單位的演變歷史。
2. 參與小組活動，動手分類單位卡片。
3. 嘗試分析導出單位的構成方式。
4. 代表小組展示并解釋分類結果。
評價任務 識別單位：☆☆☆
分類準確：☆☆☆
表達清晰：☆☆☆
設計意圖 通過系統介紹SI基本單位，幫助學生建立宏觀認知框架。借助“單位接龍”游戲增強課堂趣味性，讓學生在操作中感知基本單位與導出單位的區別，為主動探究“牛頓”的來源做好鋪墊。
探究深化：推導“牛頓”的誕生
【15分鐘】 一、從牛頓第二定律出發，揭開單位之謎 （一）、回顧牛頓第二定律公式 F = ma
教師在黑板中央寫出公式：F = m × a
提問：“在這個公式中，F代表什么？m和a分別代表什么？它們各自的單位是什么？”
引導學生回答：
F 是力，單位未知（暫寫作[N]）
m 是質量，單位是千克（kg）
a 是加速度，單位是米每二次方秒（m/s ）
繼續追問：“既然左邊等于右邊，那么左邊的單位也應該等于右邊的單位。你能試著寫出這個等式的單位關系嗎？”
鼓勵學生大膽嘗試，可能出現的答案有：“[N] = kg + m/s ” 或 “[N] = kg × m/s ”
教師不急于糾正，而是組織小組討論五分鐘，要求每組推選一人匯報結論。
（二）、引導學生進行量綱分析
待多數小組得出正確答案后，教師正式引入“量綱分析”思想：
“在物理學中，我們相信一個正確的公式不僅數值相等，單位也必須一致。這就是所謂的‘量綱一致性原則’。”
在黑板上演示完整推導過程：
F = m × a
[F] = [m] × [a]
[N] = kg × (m/s )
1 N = 1 kg·m/s
強調：“所以，1牛頓就是使質量為1千克的物體產生1米每二次方秒加速度所需的力。這個單位不是憑空產生的，而是由基本單位嚴格推導出來的！”
（三）、設計“單位偵探”挑戰任務
教師出示幾個常見導出單位，要求學生模仿上述方法，推導其基本單位組成：
① 壓強 P = F/A → Pa =
② 功 W = F·s → J =
③ 功率 P = W/t → W =
提供支架提示：面積A的單位是m ，位移s的單位是m，時間t的單位是s。
邀請三位學生上臺分別完成推導，其余學生在練習本同步演算。
教師逐一點評，特別指出：“帕斯卡（Pa）其實就是N/m ，焦耳（J）就是N·m，瓦特（W）就是J/s。它們都不是獨立存在的，而是層層嵌套、環環相扣的科學體系的一部分?！?1. 回憶并說出F、m、a的物理含義及單位。
2. 小組合作推導F的單位表達式。
3. 參與量綱分析過程，理解單位一致性原理。
4. 完成“單位偵探”挑戰任務，推導其他導出單位。
評價任務 公式應用：☆☆☆
推導正確：☆☆☆
思維嚴謹：☆☆☆
設計意圖 以牛頓第二定律為切入點，通過量綱分析法讓學生親身經歷“牛頓”單位的誕生過程，實現從被動接受到主動建構的知識遷移。設置階梯式挑戰任務，鞏固方法，拓展視野，深化對單位系統內在邏輯的理解。
實踐應用：單位換算大闖關
【8分鐘】 一、開展小組競賽，強化單位換算技能 （一）、發布“星際救援”情境任務
教師創設故事情境：“現在你們是一支國際空間站救援小隊。一艘來自美國的貨運飛船攜帶了4.5短噸（short ton）的物資抵達，但我們的數據庫只識別千克。你們必須在10分鐘內完成單位換算，否則補給無法入庫！”
給出換算關系：1 short ton = 907.18474 kg
要求每組快速計算并將結果寫在答題板上。
教師巡視，提醒注意有效數字和單位書寫規范。
（二）、處理復合單位問題
緊接著發布第二個任務：“另一艘歐洲飛船報告其推進器推力為2.5 kN，請換算成基本單位形式。”
提示：k是千的意思，1 kN = 1000 N
學生應答出：2.5 kN = 2500 N = 2500 kg·m/s
再追加一題：“某行星表面重力加速度為3.7 m/s ，若一名宇航員質量為75 kg，其所受重力是多少牛頓？”
引導學生使用G = mg公式計算：
G = 75 kg × 3.7 m/s = 277.5 N
強調：“每一次計算都要帶上單位，這樣才不容易出錯?！?1. 進入情境，明確任務目標。
2. 小組合作完成單位換算。
3. 正確書寫單位并注意有效數字。
4. 應用公式解決實際問題。
評價任務 換算準確：☆☆☆
書寫規范：☆☆☆
合作高效：☆☆☆
設計意圖 通過“星際救援”這一連貫情境，將單位換算融入真實任務中，增強學習的代入感和緊迫感。由單一單位到復合單位再到綜合計算，層層遞進，全面提升學生的單位應用能力和科學計算素養。
課堂總結：單位之光，照亮科學之路
【5分鐘】 一、結構化回顧與升華 （一）、梳理知識脈絡
教師帶領學生共同回顧本節課主要內容：
“今天我們從一場真實的航天悲劇開始，認識到統一單位的重要性；我們學習了國際單位制中的三大力學基本單位——米、千克、秒；我們像科學家一樣，通過F=ma推導出了‘牛頓’的定義式1 N = 1 kg·m/s ；我們還完成了多項單位換算任務，體驗了科學工作的嚴謹?！?br/>板書形成清晰的知識結構圖。
（二）、情感升華與激勵展望
“同學們，單位看似只是小小的符號，但它背后凝聚著人類幾百年科學探索的智慧結晶。正如愛因斯坦所說：‘一切應當盡可能簡單，但不能過于簡單?！y一的單位制，正是我們在復雜世界中尋求簡潔與秩序的努力。”
“當你在作業中認真寫下每一個單位，當你在實驗中精確記錄每一組數據，你不僅是在完成任務，更是在踐行一種科學精神——尊重事實、追求精確、崇尚規范。愿你們在未來的學習道路上，讓這束‘單位之光’始終照亮前行的方向。” 1. 跟隨教師回顧本節課知識點。
2. 理解單位背后的科學精神。
3. 感受物理學習的價值與意義。
4. 樹立嚴謹治學的態度。
評價任務 知識回顧：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
價值認同：☆☆☆
設計意圖 采用“結構化+激勵性”雙重復合總結方式，既幫助學生系統梳理知識，又通過名人名言和詩意語言升華主題，將單位學習上升至科學精神與人文情懷的高度，激發學生內在動力。
作業設計
一、基礎鞏固：單位換算我能行
1. 完成下列單位換算：
（1）5.6 km = ________ m
（2）2.3 t = ________ kg
（3）45 min = ________ s
（4）72 km/h = ________ m/s
2. 用基本單位表示下列物理量的單位：
（1）能量 E（已知E = mc ）→ 單位：________
（2）動量 p（已知p = mv）→ 單位：________
（3）力矩 τ（已知τ = Fr）→ 單位：________
二、拓展探究：尋找身邊的單位故事
1. 查閱資料，了解中國古代的度量衡制度（如“尺”“斤”“畝”），并與現代國際單位比較，寫一段100字左右的說明。
2. 觀察家中電器說明書或食品包裝上的參數標簽，找出至少三個使用國際單位的例子，并拍照或抄錄下來，下節課分享。
【答案解析】
一、基礎鞏固
1. （1）5600 （2）2300 （3）2700 （4）20
2. （1）kg·m /s （2）kg·m/s （3）kg·m /s
二、拓展探究
1. 示例：中國古代“一尺”長度歷代不同，周代約23.1厘米，清代約32厘米，缺乏統一標準。而現代“米”由光速定義，全球一致，體現了科學進步。
2. 示例：電飯煲功率標注“800 W”，牛奶營養成分表標“能量 280 kJ”，體重秤顯示“70.5 kg”，均使用國際單位。
板書設計
4.7 力學單位
核心議題：如果沒有統一的單位，世界會怎樣？
一、國際單位制（SI）
七大基本量 → 力學三劍客：
長度 — 米（m）
質量 — 千克（kg）
時間 — 秒（s）
二、導出單位的誕生
F = m × a
[N] = [kg] × [m/s ]
1 N = 1 kg·m/s
三、單位一致性原則
公式成立 單位一致
如：Pa = N/m = kg/(m·s )
教學反思
成功之處
1. 以NASA真實事故導入，極大提升了學生的關注度和危機意識，有效激發了學習動機。
2. “單位偵探”和“星際救援”等活動設計富有創意，將抽象知識轉化為可操作任務，學生參與度高。
3. 板書結構清晰，突出“基本單位→導出單位→量綱一致”的邏輯主線，有助于學生構建知識網絡。
不足之處
1. 部分學生在復合單位換算中仍出現遺漏中間步驟的現象，說明量綱分析訓練還需加強。
2. 對國際單位制歷史演變的介紹略顯簡略，未能充分展現科學發展的曲折歷程。
3. 課堂節奏在探究環節稍顯緊湊，個別小組未能充分表達觀點。

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