4.4力學單位制教學設計

一、核心素養(yǎng)目標

1.物理觀念

（1）通過生活實例與物理規(guī)律，明確單位制的構(gòu)成（基本單位、導出單位），理解

國際單位制（SI）的核心地位，建立“物理量需由數(shù)值和單位共同描述”的基本觀念。

（2）掌握力學中的國際單位制基本單位（米、千克、秒），能準確推導力學中的導

出單位（如牛頓、米/秒2）,理解基本單位與導出單位的從屬關系。

（3）能在物理計算中規(guī)范使用國際單位制，體會單位制對物理規(guī)律表達的簡化作用，

形成“單位統(tǒng)一是物理計算前提”的嚴謹觀念。

2.科學思維

（1）經(jīng)歷“單位混亂的危害一統(tǒng)一單位的必要性一單位制構(gòu)建”的思維過程，培養(yǎng)

從問題出發(fā)構(gòu)建科學體系的邏輯推理能力。

通過推導力學導出單位，運用物理公式的量綱關系分析單位合理性，培養(yǎng)"公式與

單位相統(tǒng)一”的思維習慣，提升科學論證能力。

掌握利用單位制檢驗物理公式和計算結(jié)果的方法，形成“先看單位再看數(shù)值”的問

題排查思維，提高解題的準確性。

3.科學探究

（1）參與“不同單位制換算”的探究活動，能自主設計單位換算方案，對比不同單

位制的優(yōu)劣，體會國際單位制的統(tǒng)一性優(yōu)勢。

通過“推導導出單位”的小組任務，能基于物理公式推導單位關系，驗證導出單位

的正確性，培養(yǎng)合作探究與表達交流能力。

嘗試利用單位制分析“錯誤公式”的問題所在，提出檢驗物理規(guī)律的新視角，培養(yǎng)

創(chuàng)新探究能力。

4.科學態(tài)度與社會責任

（1）通過了解國際單位制的建立與推廣歷程，認識科學統(tǒng)一標準對科技交流與發(fā)展

的重要性，培養(yǎng)尊重科學規(guī)范的態(tài)度。

結(jié)合單位制在工程技術(shù)（如建筑施工、航空航天）中的嚴格應用，認識“規(guī)范使用

單位”的社會責任，避免因單位錯誤導致的安全事故。

在物理計算中培養(yǎng)嚴謹細致的科學習慣，體會“細節(jié)決定成敗”的科學精神，克服

相心大意的學習誤區(qū)C

二、教學重難點

1.教學重點

（1）單位制的基本概念：理解基本單位、導出單位和單位制的定義，明確力學中國

際單位制的基本單位（m、kg、s）o

（2）力學導出單位的推導：能根據(jù)物理公式（如a=Av/At、F=ma）推導導出單位

（如m/s?、N）,明確導出單位與基本單位的關系。

（3）單位制的應用：掌握國際單位制在物理計算中的規(guī)范使用，能利用單位制檢驗

公式和計算結(jié)果的合理性。

2.教學難點

（1）基本單位與導出單位的區(qū)分：理解“基本單位是人為規(guī)定的，導出單位由基本

單位推導而來”的本質(zhì)，避免將導出單位誤認為基本單位。

（2）單位制在公式檢驗中的應用：掌握“量綱分析”的基本思路，能通過單位分析

判斷物理公式的正誤，突破“僅看數(shù)值忽略單位”的思維誤區(qū)。

（3）不同單位制的換算：在涉及非國際單位（如厘米、克、小時）的問題中，能準

確進行單位換算，避免換算過程中的錯誤。

（4）理解“單位是物理量的組成部分”：認識到脫離單位的數(shù)值沒有物理意義，培

養(yǎng)“數(shù)值+單位”的完整物理量表達習慣。

三、教學環(huán)節(jié)設計

（一）情境導入：單位混亂的危害引發(fā)思考

1.展示兩則真實案例：①案例1：1999年美國“火星氣候探測器”墜毀，原因是洛

克希德?馬丁公司使用英制單位（磅）計算推力，而NASA使用公制單位（牛頓），單位

不統(tǒng)一導致軌道計算錯誤；②案例2：某建筑工人將“厘米”誤算為“毫米”，導致預制

構(gòu)件尺寸偏差，造成工程返工。

2.提出問題鏈：“為什么單位不統(tǒng)一會導致如此嚴重的后果？”“物理量的描述中，

單位和數(shù)值哪個更重要？”“我們需要怎樣的單位體系才能避免這類問題？”

3.學生討論后，教師總結(jié)：“物理量的準確描述離不開數(shù)值和單位，統(tǒng)一的單位體系

是科學研究和工程應用的基礎，今天我們就來學習力學中的單位體系一一力學單位制

引出課題。

設計意圖：通過震撼的真實案例，讓學生直觀感受單位的重要性，激發(fā)學習單位制

的內(nèi)在需求，為理解“統(tǒng)一單位制的必要性“鋪墊情感與認知基礎。

（二）概念建構(gòu)：明確單位制的組成與核心

1.基本概念：物理量、單位與單位制

(1)物理量的描述；任何物理量都由“數(shù)值”和“單位”兩部分組成，如“身高

1.75m”中，1.75是數(shù)值，m是單位，脫離單位的“1.75”無法表示身高。

(2)單位的起源：早期單位由生活經(jīng)驗產(chǎn)生，如“尺”是手掌的長度，“斤”是特

定容器的重量，但不同地區(qū)單位不統(tǒng)一，阻礙交流(如中國的“斤”與歐洲的"磅”)。

(3)單位制的定義：為了實現(xiàn)單位的統(tǒng)一，由一組選定的基本單位和由基本單位推

導出來的導出單位組成的體系，叫做單位制。

2.單位制的構(gòu)成：基A單位與導出單位

(1)基本單位：

①定義：根據(jù)物理量的性質(zhì)和測量需求，人為選定的、不需要由其他單位推導的單

位，是單位制的“基石二

②力學中的國際單位制基本單位：國際單位制(SI)是全球通用的單位制，力學中

選定長度、質(zhì)量、時間三個物理量的單位作為基本單位，具體如下：

物理國際單位制符定義(簡化)

號

量基本單位

長度米m光在真空中1/299792458秒內(nèi)傳播的距離

質(zhì)量千克kg國際千克原器的質(zhì)量(銷錦合金圓柱體)

時間秒s艷-133原子基態(tài)兩個超精細能級躍遷的輻

射周期的9192631770倍

③說明：基本單位的選擇是人為的，但需滿足“實用、穩(wěn)定、統(tǒng)一”的原則，國際

單位制的基本單位經(jīng)過全球科學家協(xié)商確定，具有權(quán)威性。

(2)導出單位：

①定義：由基本單位通過物理公式推導出來的單位，是單位制的“延伸

②推導示例：結(jié)合已學物理公式，推導常見力學導出單位：

例1:速度(v):公式v=Ax/At,Ax單位是m,At單位是s,因此v的單位是

m/s(米每秒)，屬于導出單位。

例2：加速度(a)：公式a=Av/At,Av單位是m/s,At單位是s,因此a的單位

是(m/s)/s=m/s2(米每二次方秒),導出單位。

例3：力(F)：公式F=ma,m單位是kg,a單位是m/s?,因此F的單位是kg?m/s?,

為紀念牛頓，將其命名為牛頓(N),即lN=lkg-m/s?,導出單位。

例4；功（W）：公式W=Fs,F單位是N,s單位是m,因此W的單位是N-m,命名為

焦耳（J）,1J=1N?m=lkg,m2/s2,導出單位。

③小組任務：讓學生結(jié)合公式“功率P=W/t”“密度P=m/V”，推導功率和密度的國

際單位制單位，派代表發(fā)言展示推導過程。

3.國際單位制的地位與意義

（1）地位：國際單位制是目前世界上最通用的單位制，被聯(lián)合國教科文組織和世界

各國廣泛采用，是科學研究、學術(shù)交流、工程技術(shù)、國際貿(mào)易的“通用語言工

（2）意義：①統(tǒng)一單位，避免交流障礙（如“火星探測器”事故）；②簡化物理公

式，國際單位制中物理公式的比例系數(shù)為1（如F=ma,無需額外系數(shù)）；③便于數(shù)據(jù)比較

和共享，提升科學研究效率。

（三）規(guī)律應用：單位制在物理中的核心作用

1.作用一：規(guī)范物理計算，確保單位統(tǒng)一

（1）計算原則：在物理計算中，必須先將所有物理量的單位統(tǒng)一為國際單位制單位，

再代入公式計算，最終結(jié)果的單位即為國際單位制單位。

（2）示例計算：質(zhì)量為2kg的物體，在水平方向受到5N的拉力作用，產(chǎn)M的加速

度是多少？

解題步驟：①確認單位：口=2kg（國際單位），F(xiàn)=5N（國際單位）；②代入公式：

a=F/m=5N/2kg=2.5m/s2；③結(jié)果單位：m/s?（國際單位）,符合要求。

（3）錯誤示范：若將質(zhì)量單位改為“克”（m=2（X）0g）,直接代入公式：

a=5N/2000g=0.0025N/g,單位混亂，結(jié)果無意義，需先換算為kg再計算。

2.作用二：檢驗物理公式和計算結(jié)果的合理性

（1）核心思路：物理公式的左右兩邊，物理量的單位必須一致（量綱一致），若單

位不一致，公式一定錯誤；計算結(jié)果的單位若與理論單位不符，計算一定有誤。

（2）檢驗公式正誤：

例1：判斷公式"v二at?”是否正確（v為速度，a為加速度，t為時間）。

分析：左邊v的單位是m/s；右邊a的單位是m/s2,廿的單位是52,因此右邊單位

是m/s2Xs2=m；左右兩邊單位（m/svsm）不一致，公式錯誤，正確公式應為v=at。

例2：判斷公式“歸Fs”是否正確（W為功，F(xiàn)為力，s為位移）。

分析：左邊W的單位是J=kg?n]2/s2；右邊F的單位是N=kg?m/s2,s的單，立是in,

因此右邊單位是kg?m/s2Xm=kg-m2/s2；左右單位一致，公式可能正確。

（3）檢驗計算結(jié)果:

例3：計算質(zhì)量為10kg的物體所受重力（g=10nv's2）,某同學計算結(jié)果為“100kg”,

判斷是否正確。

分析：重力是力，國際單位是N,而結(jié)果單位是kg（質(zhì)量單位），單位錯誤，正確結(jié)

2

果應為G=mg=10kgX10m/s=100No

3.作用三：推導物理量的單位或未知公式

（1）已知物理量的單位，可通過公式推導未知物理量的單位。

例4:已知功率P的單位是瓦特（W）,根據(jù)公式P二W/t,W的單位是J,I的單位是s,

推導1W的單位。

推導：1W=1J/1S=1N?m/ls=lkg?n?/s3,因此lW=lkg?研人?。

（2）已知物理量和單位，可推測未知公式的形式。

例5：已知加速度a的單位是m/s2,長度L的單，立是m,時間t的單位是s,推測加

速度與L、t的關系。

分析：a的單位是m/s,L是m,t是s,需將L和t組合為m/s，的形式，即a^L/t2,

因此可能的公式為a二kL/t?（k為比例系數(shù)），如單擺的加速度公式。

4.作用四：單位換算與不同單位制的統(tǒng)一

（1）常見單位換算關系（力學）：

①長度：110dm=100cm=103mm=10-3km；②質(zhì)量：lkg=lO3g=i（）6mg=io-3t；③時間：

2

lh=60min=3600s；④速度：lm/s=3.6km/h；⑤力：lN=lkg?m/so

（2）換算方法：“大單位換小單位乘進率，小單位換大單位除以進率“，換算過程中

保持數(shù)值與單位的同步變化。

例6：將“36km/h”換算為“m/s”。

換算：36km/h=36X103m/3600s=36000m/3600s=10m/s（步驟:先將km換為m,h換

為s,再計算數(shù)值）。

例7：將“5g/cn）3”換算為“kg/n?”。

換算：5g/cm3=5X10-Wd0a]尸=5X10-3kg/l0_6m3=5X1（^kg/M（注意體積單位的

363

換算,lcm=10-m）o

（四）難點突破：量綱分析與單位檢驗專題

1.量綱的基本概念

（1）量綱：物理量的“類別”標志，用方括號表示，如長度的量綱為[L],質(zhì)量為

[M],時間為[T],其他物理量的量綱可由基本量綱組合而成。

（2）常見物理量的量綱；①速度v=Ax/At,量綱[L][T]T；②加速度社=入丫/。,

量綱[L][T/2；③力F=ma,量綱[M][L][T]:④功W=Fs,量綱[M][匚？"]"。

2.量綱分析的應用（檢驗公式）

（1）量綱一致性原則：物理公式中，等號兩邊的量綱必須完全相同，否則公式錯誤。

例8：判斷公式“s=vot+%at3”是否正確（s為位移，V。為初速度，a為加速度，t

為時間）。

量綱分析：左邊s的量綱[L]；右邊v（）i的量綱[L][T]TX[T]=[L],%at?的量綱

[L][T]-2X[T]3=[L][T]；右邊總合量綱為[L]+[L]m,與左邊[口不一致，公式錯誤，正

2

確應為s=v0t+J4ato

（2）優(yōu)勢：量綱分析無需考慮數(shù)值和比例系數(shù)，能快速判斷公式的合理性，是科學

研究中常用的“初步檢驗工具”。

3.易錯點辨析

（1）誤區(qū)1：將導出單位當作基本單位，如認為“牛頓（N）是基本單位糾正：

N是由kg、m、s推導而來的導出單位，力學中只有m、kg、s是基本單位。

（2）誤區(qū)2：計算時忽略單位，僅關注數(shù)值。糾正：物理計算的本質(zhì)是物理量的運

算，單位與數(shù)值同等重要，脫離單位的數(shù)值無物理意義。

（3）誤區(qū)3：單位換算時混淆進率,如"lm=1000mm"錯誤記為糾正：

牢記常見單位的進率，換算時先寫出進率再計算。

（4）誤區(qū)4：認為“單位制不影響計算結(jié)果”。糾正：單位不統(tǒng)一會導致結(jié)果錯誤

（如火星探測器事故），統(tǒng)一單位是計算正確的前提。

（五）核心知識歸納：構(gòu)建單位制知識體系

1.單位制的構(gòu)成

（1）基本單位：人為選定，力學中SI基本單位為m（長度）、kg（質(zhì)量）、s（時間）;

（2）導出單位：由基本單位通過公式推導，如m/s、m/s2.N、J等；（3）單位制：基本

單位+導出單位的統(tǒng)一體系，國際單位制是核心。

2.國際單位制（力學）核心內(nèi)容

物理量類別物理量國際單位單位符號單位類型

基本物理量長度米m基本單位

質(zhì)量千克kg基本單位

物理量類別物理量國際單位單位符號單位類型

時間秒S基本單位

導出物理量速度米每秒m/s導出單位

加速度米每二次方秒m/s2導出單位

力牛頓N(1kg?m/s2)導出單位

功焦耳J(IN?m)導出單位

功率瓦特W(IJ/s)導出單位

3.單位制的三大應用

(1)規(guī)范計算：統(tǒng)一單位為SI單位，確保計算正確；(2)檢驗公式/結(jié)果：利用量

綱一致性原則，判斷公式正誤和結(jié)果合理性；(3)單位換算：掌握常見單位進率，準確

換算不同單位制的物理量。

4.核心原則

(1)物理量二數(shù)值+單位.二者缺一不可：(2)匡際單位制中.物理公式比例系數(shù)為

1,簡化運算；(3)量綱一致是物理公式成立的必要條件。

四、課堂練習

(一)基礎鞏固題

1.下列物理量的單位中，屬于國際單位制力學基本單位的是()

A,牛頓(N)

B.米(m)

C.米每秒(m/s)

D.千克(kg)

E.秒(s)

2.關于導出單位，下列說法正確的是()

A.導出單位是由基本單位推導而來的

B.導出單位都有專門的名稱和符號

C.lN=lkg?m/s2,因此牛頓是基本單位

D,速度的單位m/s是導出單位

3.完成下列單位換算：

（1）5m=___cm=____km；（2）2kg=____g=____mg；（3）36km/h=m/s；（4）

2

20m/s=km/h；（5）5N=kg?m/s0

4.判斷下列物理公式是否正確，并用量綱分析說明理由：

（1）a=v?/s（a為加速度，v為速度，s為位移）；（2）F=mv（F為力，m為質(zhì)量，v

為速度）。

（二）能力提升題

5.某同學在計算“質(zhì)量為5kg的物體所受重力”時，得到的結(jié)果為“50kg”，該結(jié)果

錯誤的原因是（）

A.公式記錯，應為G=mg2

B.單位錯誤，重力單位應為N而非kg

C.數(shù)值計算錯誤，正確結(jié)果應為5kg

D.質(zhì)量單位錯誤，應換算為g

6.已知功率P的單位是瓦特（W）,根據(jù)公式P二Fv（F為力，v為速度），推導1W的

單位與基本單位的關系，并說明推導過程。

7.一個物體做勻加速直線運動，初速度Vo=2m/s,加速度a=lm/s2,經(jīng)過t=3s,位移

s的計算式為s=v0t+%at2,計算s的大小，并說明計算過程中單位的變化。

8.某汽車的質(zhì)量為1.2X103kg,以i（）m/s的速度行駛，緊急制動后滑行的距離為20m,

求汽車制動時的加速度大公和所受阻力大?。ㄓ脟H單位制計算）。

（三）拓展創(chuàng)新題

9.查閱資料，了解“國際單位制中千克的定義變化”（2018年將千克的定義由“國

際千克原器”改為“普朗克常數(shù)”），回答下列問題：（1）為什么要修改千克的定義？（2）

新定義的優(yōu)點是什么？（3）這一變化體現(xiàn)了單位制的什么特點？

10.某同學在實驗中記錄了一組數(shù)據(jù)：“物體質(zhì)量m=200g,受到的拉力F=1000dyn,

產(chǎn)生的加速度a=5cm/s2"（dyn是厘米克秒制中的力單位）。（1）將這些物理量換算為國

際單位制單位；（2）驗證這組數(shù)據(jù)是否符合牛頓第二定律（F=ma）；（3）分析厘米克秒制

與國際單位制的力學基本單位差異。

五、練習答案與解析

（一）基礎鞏固題答案與解析

1.答案：B、D、E

解析；力學中國際單位制基本單位為長度(m)>質(zhì)量(kg)、時間(s),B、D、E正

確;A(N)、C(m/s)均為導出單位。

2.答案：A、D

解析：A正確，導出單位的定義就是由基本單位推導而來；B錯誤，并非所有導出單

位都有專門名稱(如m/s無專門名稱)；C錯誤，牛頓是導出單位；D正確，m/s由田和s

推導而來，是導出單位。

3.答案：(1)500;5X10-3；(2)2X103;2X106;(3)10;(4)72;(5)5。

解析：(1)lm=100cm,5m=5X100=500cm；lm=10-3km,5m=5X10-3km；(2)lkg=103g,

2kg=2X103g；lkg=106mg,2kg=2X106mg；(3)lkm/h=l/3.6m/s,36km/h=36X1/3.6=10m/s；

22

(4)lm/s=3.6km/h,20m/s=20X3.6=72km/h；(5)lN=lkg?m/s,5N=5kg?m/s0

4.答案：(1)公式正確；(2)公式錯誤。

解析：(1)量綱分析:a的量綱[L][T「2；v?/s的量綱

([L][T]-1)V[L]=[L]^[T]-7[L]=[L]與a的量綱一致，公式正確(該公式為勻變

速直線運動的速度位移公式變形)。(2)量綱分析：F的量綱nw的量綱

[M][L][T]-1,二者量綱不一致,公式錯誤,正確公式應為F=ma。

(二)能力提升題答案與解析

5.答案：B

解析：重力是力，國際單位制單位為牛頓(N),該同學混淆了質(zhì)量和重力的單位，

將重力單位錯寫為質(zhì)量單位kg,B正確；A錯誤，公式G二mg正確；C錯誤，數(shù)值應為50N；

D錯誤，質(zhì)量單位kg是國際單位，無需換算。

6.答案:lW=lkg?m2/s3o

推導過程：①P=Fv,F的單位是N=kg?m/sz,v的單位是m/s；②因此P的單位二F

223

的單位Xv的單位=(kgm/s)X(m/s)=kg/八?；③由于iw是P的單位，故lW=lkgm/s0

7.答案：位移s的大分為10.5m0

2

計算過程:①統(tǒng)一單位：v0=2m/s(SI),a=lm/s(SI),t=3s(SI)；②代入公式：

s=2m/sX3s+%Xl