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基本物理常数 现代计量学的目标——用具有最正确恒定性的物理现象来定义根本单位 1980年后，随着物理常数测量准确度的不断提高，长度单位、电学量电压和电阻单位均先后采用有关物理常数定义7.1 7.1 宏观物理常数宏观物理常数 20世纪前物理学主要分支： 牛顿力学； 热力学； 统计物理学； 电磁学等 相关宏观物理常数： 引力常数G； 阿伏加德罗常数NA； 真空中的光速c； 法拉第常数F； 玻耳兹曼常数k等共12个7.1.1 7.1.1 牛顿引力常数牛顿引力常数G G 万有引力定律： 式中G是比例常数，称为引力常数 1798年，卡文迪许采用扭秤法第一个准确地测定了引力常数G ： 目前引力常数的数值为： 不确定度为 ，在根本常数中不确定度最大。

 18世纪末，英国科学家亨利·卡文迪将两边系有小金属球的6英尺木棒像哑铃一样用金属线悬吊起来再将两个350磅重的铅球放在相当近的地方，以产生足够的引力让哑铃转动，并扭转金属线然后用自制的仪器测量出微小的转动 测量结果惊人的准确，他测出了万有引力常数G，在此根底上计算出地球质量为6.0×1024kg知识小百科知识小百科知识小百科知识小百科美国物理学家找到测量万有引力常数新方法•美国物理学家J·B·福斯勒利用2个原子干预重力仪，找到了测量万有引力常数的新方法，测量精度可达百万分之一该科研成果发表在近期的美国?科学?杂志上•万有引力常数G的准确测量对弄清引力相互作用的性质非常关键，迄今对G的测量精度仍低于万分之一各国科学界投入大量人力和物力进展研究•目前测G的方法大致分三大类：•1. 地球物理学方法引力效应明显，但实验精度较低；•2. 空间测量方法面临着很多新的技术难题，目前仍在探索之中；•3. 实验室内测量是目前获得高精度G值的主要方法常用工具是精细扭秤，其测量精度的提高主要受到引力相互作用十分微弱的限制　•美国研究人员为此对原子干预测量方法进展了改进，他们将2个一样的原子干预重力仪安装在不同的高度，在两者之间固定了重540千克的铅垂，铅垂对2个重力仪中原子所受的重力影响不同，由于增加铅垂的引力，上面的重力仪所受的重力很容易增加，下面的很容易减少，这样就可以获得仅来自于铅垂引力的差异。

由于地球的引力不会影响这种差异，而与所处高度有关的地球引力作用可以通过屡次重复实验消除在这一过程中，铅垂的重量和位置的测定精度很高，因此，从该实验中计算万有引力常数相对容易•该实验测量G的精度到达了10万分之一，有关专家指出，利用这种方法不仅可用来测量G，还可对在实验室中研究广义相对论有重要意义7.1.2 7.1.2 阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数NANA、摩尔气体常数、摩尔气体常数R R和和摩尔体积摩尔体积VmVm 阿伏加德罗定律阿伏加德罗定律————在一样的温度和压力下，在一样的温度和压力下，相等的容积所含各种气体的质量与它们各自相等的容积所含各种气体的质量与它们各自的分子量成正比的分子量成正比 根据阿伏加德罗定律，根据阿伏加德罗定律，1 mol1 mol物质含有的物质含有的微观粒子数是一个常数微观粒子数是一个常数————阿伏加德罗常数：阿伏加德罗常数： NA= (6.022 141 99×1023±7.9×10-8 NA= (6.022 141 99×1023±7.9×10-8 % % 〕〕molmol理想气体其状态方程： pV=nRT n ——物质的量；p——压强；V——体积；T——气体的热力学温度；R——比例常数，称为摩尔气体常数： R=(8.314 472 ±1.7×10-6 % )J·mol-1·K-1  T≡273.15K，p≡101 325Pa时，1 mol理想气体体积——摩尔体积Vm＝constant。

Vm=〔22.413 996 ± 1.7×10-6 % 〕L·mol-1 7.1.3 7.1.3 真空中的光速真空中的光速c, , 磁常数磁常数μ0, , 电常数电常数ε0和真空的特性阻抗和真空的特性阻抗Z0 一一. 真空中的光速真空中的光速c 1728年：布拉德雷，恒星光行差法 c=3.1×108m/s 1849年：斐索，齿轮法 c=3.153×108m/s 1862年：傅科，旋转镜法 c=2.98×108 m/s 1874年：考尔纽，改进后的旋转齿轮法 c=2.9999×108 m/s 1879年：迈克尔逊，改进后的旋转镜法 c＝(2．999 10±0.000 50) ×108 m/s 1882年： c ＝(2．998 53土0.000 60)×108 m/s 1924～1927年：旋转棱镜法 c ＝(2．99796±0.00004)×108 m/s 1929：伯奇纠正了迈克尔逊的推算错误〔相速折射率→群速折射率〕 c ＝(2．99798±0.00004) ×108 m/s 20世纪60年代激光器创造后，运用稳频激光器大大降低了光速测量的不确定度，1973年达0.004 ppm。

1983年第十七届国际计量大会上作出决定，将真空中的光速定为准确值： c＝299 792 458 m/s 二二. 磁常数磁常数μ0, 电常数电常数ε0 磁感应强度B与磁场强度H的关系： B=μH 电位移矢量D与电场强度E的关系： D＝εE μ：导磁率； ε：介电常数 真空时，μ＝μ0 ，ε=ε0  磁常数μ0和电常数ε0都是根本常数 μ0ε0=1/c2＝4π×10-7 N·A2 c和μ0都是准确的数值，因此，ε0也是一个准确值： ε0＝8.854 187 817…×10-12 F·m-1三三. 真空的特性阻抗真空的特性阻抗Z0 由由μ0和和ε0导出的另一个常数称为真空中特征导出的另一个常数称为真空中特征阻抗阻抗Z0 ：： 由于由于μ0和和ε0为约定常数，为约定常数，Z0也成为约定常也成为约定常数，数值是准确值，不确定度为零。

数，数值是准确值，不确定度为零7.1.4 7.1.4 法拉第常数法拉第常数F 电解化学中的法拉第定律： ① 不管电解质或电极的性质是什么，电解所释出的物质的质量与电流强度及通电时间成比例，换句话说即与通过溶液的总电荷量成比例； ② 一定量的溶液沉积或释出的物质的质量与这物质的化学当量成比例，即与原子量除以原子价的数值成比例 用数学公式表示为 F：法拉第常数 ＝〔96 485.3415土4×10-8 % 〕C·mol-1 M：沉积或释出的物质的质量； Q：通过的总电荷量； A：物质的原子量； Z：物质的原子价7.2 7.2 微观物理常数微观物理常数 微观物理学中有许多物理常数，称为微观物理学中有许多物理常数，称为微观物理常数，它们是随着量子物理微观物理常数，它们是随着量子物理学的开展而产生的学的开展而产生的 7.2.1 普朗克常数普朗克常数h 1900年，德国物理学家普朗克的量子假设： E＝hν 1962年，基于约瑟夫森频率效应可以求出普朗克常数h： U：加在两弱耦合的超导体之间的直流电压; ν：交流电流的频率。

目前普朗克常数值为： h=(6.626 068 76×10-34 ±7.8×10-8 % ) J·s 普朗克常数需经实验测得，必然与其他根本物理常数有密切联系，特别是与电子的电荷值有联系，只有经过平差处理，才能与其他物理常数协调7.2.2 7.2.2 根本电荷根本电荷 J.J.-19 C J.J.-19 C 目前，电子电量的最正确测定目前，电子电量的最正确测定值为：值为： 不确定度为不确定度为3.9×10-83.9×10-8e =1.602 176 462×10-19 C7.2.3 7.2.3 微观粒子的静止质量微观粒子的静止质量 微观粒子在高速运动时，其运动质量为： m：粒子的静止质量； m0 ：粒子的运动质量; v ：粒子的运动速度; c ：真空中的光速 由于粒子的质量很小，通常采用原子质量单位u ： u = (1.660 538 73×10-27 ±7.9×10-8 %) kg 假设干根本粒子的静止质量：me =9.109 381 88×10-31kg, 不确定度为7.9×10-8 ；mp =1.672 621 58×10-27kg，不确定度为7.9×10-8 ；mn =1.674 927 16×10-27kg，不确定度为7.9×10-8；mμ=1.883 531 09×10-28kg，不确定度为8.4×10-8 。

7.2.4 7.2.4 里德伯常数里德伯常数R∞R∞ R∞——R∞——计算原子能级的根底，联系原子计算原子能级的根底，联系原子光谱和原子能级的桥梁光谱和原子能级的桥梁 氢原子的光谱线在可见光区共有四条： Hα〔红线〕 Hβ 〔蓝绿线〕 Hγ 〔青线〕 Hδ 〔紫线〕 他们的波数ν用著名的巴尔末公式表述为： 式中，n＝3，4，5，…每一个数代表一条谱 线； 根据玻尔关于原子构造的量子假设，里德伯常数RH为： 式中，M H ：氢原子核的质量； me/M H = 1/1836.5谢谢！谢谢！谢谢。