物理量和计量单位

第二章 物理量和计量单位,本章学习要求：,1、了解量、计量等概念； 2、理解单位和单位制； 3、理解法定计量单位。,计量学概论,2.1 量制和单位制,一、量与量值 1、量 量：现象、物体和物质的可以定性区别和 定量确定的一种属性。 定性区别：量的单位。 定量确定：量的数值。 计量学中的量都是由一个数值和一个称为计量单 位的特殊约定来组合表示的。,第二章 物理量和计量单位,第二章 物理量和计量单位,一般来说，凡是量都是可以测量的，因此，量 又称为“可测量的量”。 量可以是广义的，也可以是特定的。 例：长度、质量、温度等属于广义量，某棒的 长度、重量属于特定量。 计量学中的量分为基本量和导出量。 2、量值 一般由一个数和计量单位之积表示的特定量大小，称为量值。 量的大小与量值的形式无关，是客观存在，不取决于所采用的计量单位。,第二章 物理量和计量单位,二、量制与量纲 量制：在科学所有领域或一个领域中，由约定选 取的基本量和相应导出量的特定组合。 SI单位制是最典型的量制。 基本量：被约定地认为在函数关系上彼此独立的 量。基本量是量制的基础，一旦选定就可以形成 量制。如：米制。 导出量：由基本量的函数所定义的量。,第二章 物理量和计量单位,量纲：以给定量制中基本量的幂的乘积表 示某量的表达式称为量纲。 量纲的确定取决于量制。 同一物理量在不同的量制中可以由不同的 量纲。 一旦选定了基本量，在这个量制中，基本 量的量纲就是它本身。,第二章 物理量和计量单位, SI的基本量：长度、质量、时间、电流、热 力学温度、物质的量、发光强度。 无量纲量：其基本量量纲的指数全部为零的 量称为无量纲量或量纲一的量。如相对密度、 摩擦系数、马赫数、折射率等。 量纲法则：量纲能定性地确定量之间的关 系，任何量的表达式，其等号两侧必须具有 相同的量纲。,第二章 物理量和计量单位,三、计量单位 计量单位：为定量表示同种量的大小而约定地定义 和采用的特定量。 计量单位是共同约定的一个特定参考量，具有名称 、符号和定义，其数值为1。 计量单位的定义不是一成不变的，随着科学技术的 发展而重新定义，体现着现代计量学的成就和水平。 计量单位分为基本单位和导出单位。 区分量纲与单位的概念。导出量量纲用于给出导出 量和基本量之间的定性关系；而导出单位表达式用 于给出导出单位和基本单位之间的定量关系。,第二章 物理量和计量单位,1、基本单位定义的特定要求 应该选择那些我们确信在时空变换下在天体尺度上保持稳定，即与本质上不变的量相关的参考标准。 定义复现的准确度必须能够满足最佳实际测量的要求。 应努力选择尽量简单的定义，无论是在理解上还是在复现上都要求如此，复现所采用的设备不应过于昂贵或过于复杂。 应选择在任何时候、任何地点，任何人都可自由获取的定义。,第二章 物理量和计量单位,2、基本单位的定义,第二章 物理量和计量单位,3、单位的写法与读法,中华人民共和国国家标准：GB 3100系列,GB 3100：国际单位制及其应用 GB 3101：有关量、单位和符号的一般原则,单位的读法：单位符号的中文读法,单位1 单位2 / 单位3 单位4,不读,每,不读,1、依据单位符号的顺序， “ ”：不读；“ / ”：每,2、指数名称在前,3、面积：平方 体积：立方,质量热容：,J/(kgK),J/kg/K,焦耳每千克开尔文,Guó Bio,第二章 物理量和计量单位,1、单位符号一律用正体：除了来源于人名的单位符号首字母要大写外，其余均为小写。,2、单位符号在全部数值之后，与数值间留适当的空隙，例外：角度单位的符号与数值间不留空隙，30°，15'，20''。,单位的写法：单位符号、单位名称,中文符号：即单位名称的简称。只在有必要时用于中、小学教材和普通书刊中。除了°C外，必须用中文。 中文符号不得与单位符号混用，km/小时,量的符号：必须用斜体，下标用正体，物理量符号的下标用斜体,第二章 物理量和计量单位,四、单位制 单位制：对给定的量制，由选定的一组基本单位和导出单位所构成的单位体系。即单位制是基本单位和导出单位的组合。 基本单位是单位制的基础。 所选取的基本单位不同，单位制就不同。 一贯单位制：导出单位均按照数字因数为1的关系从基本单位中导出。如SI单位制。 复现基本单位的方法和实体的准确度，决定了该单位体系全部计量单位的准确度。 基本单位有严格的、公认的第一，往往以法律形式予以固定。,2.2 国际单位制,第二章 物理量和计量单位, SI单位制于1960年第十一届国际计量大会通过，是目前世界上最先进、科学和实用的单位制。 自1875年订立米制公约以来，国际单位制在世界范围内得到了广泛应用。国际单位制中定义了7个基本单位。 1960年以前，国际单位制的基本单位用实物基准复现和保存。,第二章 物理量和计量单位,第二章 物理量和计量单位,SI基本单位：7个 SI辅助单位：2个 具有专门名称的SI导出单位：19个 国家选定的非SI单位：16个 SI单位的十进倍数和分数单位的词头：20个,2.3 我国的法定计量单位,第二章 物理量和计量单位,1、我国的法定计量单位的构成： SI的基本单位、导出单位和SI的倍数单位； 可与SI单位制单位并用的我国法定计量单位， 见P30表2-9； 由以上单位构成的组合形式的单位。 2、我国的法定计量单位的特点 简单明了、完善具体、留有余地。 完整地包括了SI单位制,第二章 物理量和计量单位,故事：计量单位,秦始皇（前259年前210年）的历史功绩：,“度”是指长度的计量，所用的工具是尺； “量”是指容量的计量，常见的工具有“斗”、“升”等； “衡”是指质量的计量，常见的工具是天平和秤。 1 丈10 尺100 寸。秦尺 23 厘米。,计量：实现单位统一、量值准确可靠的活动,统一度量衡（前221年前216年）,书同文、车同轨，统一币制,第二章 物理量和计量单位,故事：计量单位,权势人物,英寸 inch （in2.54 cm）（荷兰语中inch 为大拇指） 10世纪：英王埃德加大拇指的第一个指节的长度。 14世纪：爱德华二世：三个大麦粒的总长度。 英尺 foot（ft12 inch0.3048 m） 9世纪：英国查理曼大帝的脚板的长度。 16世纪：德国：16个人的左脚板的平均长度。 码 yard（yd3 ft91.44 cm） 12世纪：英国亨利一世的鼻尖到前伸手臂时中指尖的距离。 丈 古代成年男子的身高，大丈夫。 尺 ,古典阶段：身体,第二章 物理量和计量单位,故事：计量单位,器具与现象计量学的开始,米 metre：1875年5月20日“国际米制公约” 1790年：巴黎会议约定：通过巴黎的子午线的四千万分之一。（米原器） 1889年：0 时巴黎国际计量局的截面为X形的铂铱合金尺两端刻线记号间的距离。1960年：86Kr在真空中发射出的橙黄色光波长的1650763.73倍。1983年：光在真空中1/299792458 s的时间间隔内的行程。”（俗称光波米） 千克 kilogram：铂铱合金制造的千克原器 根据1立方分米的水在其密度最大时的温度下的质量。 安培 ampere： 根据两通电导线之间产生的作用力而定义的电流单位。 秒 second： 根据地球围绕太阳的转动周期而确定的时间单位。,经典阶段：实物,第二章 物理量和计量单位,故事：计量单位,量子（自然）基准（标准）：,时间单位秒基准： 微波段铯原子钟：Cs133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所 对应的辐射的9 192 631 770个周期的持续时间。 光频原子喷泉：激光冷却与原子囚禁 长度单位米基准：光在真空中1/299 792 458 s的时间间隔内所经过的距离。 电压单位伏特基准： Josephson常数：KJ483 597.9 (1 0.4 10-6) GHz/V 电阻单位欧姆基准： von Klitzing常数： RK25 812.807 (1 0.2 10-6) ,现代阶段：量子,迄今为止，国际上已正式确立的量子基准有：,第二章 物理量和计量单位,小事故：计量单位,英国gallon与美国gallon：,U.K. gallon = 4.546 09 L U.S. gallon = 3.785 41 L,Boeing 757300 43 400 L,= 9 547 gallon (U.K.) = 11 466 gallon (U.S.A.),litre, liter (US) metre, meter (US) gram, gramme (UK),第二章 物理量和计量单位,大事故：计量单位,火星大气层的最小安全距离：约85 公里100 公里预定的140 公里150 公里 实际上，探测器距火星表面最近仅57 公里。 探测器有可能在火星的大气中被“火葬”， 甚至坠毁在火星表面上,1999年9月30日的调查报告： 造成飞行高度太低的原因竟然是公制和英制的转换问题。 洛克希德·马丁公司：英制单位（牛·秒） 美国航宇局（NASA）喷推实验室：公制单位（磅·秒）？ 这样计算出的冲量值只是实际值的22%。 推力器校定表的作用是把遥测到的推力器点火工作次数转换成提供给探测器的冲量，以消除因推力器点火工作造成的弹道计算中的剩余误差。,美国火星气候探测器（1998年）：,1999年9月23日：1998年12月美国发射的火星气候探测器与地面失去联系。,低级错误,