第三节 力学单位制（教学课件）物理沪科版2020必修第一册

第四章 牛顿定律 主讲教师：XXX 第三节 力学单位制 3 目录 01 国际单位制 02 示例 “天宫二号”上的空间冷原子钟 物理学是一门以实验为基础的学科。在实验的过程中常要测量某个或几个物理量，测 量结果既要表示出数值，也要有相应的计量单位。同一个物理量可以有不同的单位。以 前，各个国家都有自己规定的物理量单位，相互换算起来既繁琐又容易出错，不利于各国 间科学技术信息的交流。美国航天局曾发射过一枚探测火星气象的卫星，该卫星并没有进 入预定轨道，而是陷入了火星大气层，最终熔毁汽化，烟消云散。经调查，事故原因是 设计方与制造方使用的数据单位不一致。洛克希德 · 马丁航天公司设计时的数据使用了英 制单位；而工程师们没有换算直接输入了计算机，导致卫星的航向出现偏差。1960 年第 11 届国际计量大会制定了一种国际通用的、包括一切计量领域的单位制——国际单位制 （international system of units），简称 SI。国际单位制很快就被世界上大多数国家采用， 有力促进了各国间的贸易往来和科学技术交流。 火星大气层的最小安全距离： 大约 85km～100km， 预定140km～150km。 实际：探测器距火星表面最近仅57km。 探测器在火星大气中被烧毁。 我国亦有“伸掌为尺”的说法。三国时期王肃编的《孔子家语》一书中记载有：“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻。”两臂伸开长八尺，就是一寻；从秦朝至清末的2000多年间，我国的“尺”竟由1尺相当于0.2309m到0.3558m的变化，其差距相当悬殊。 史书记载关羽身高九尺，东汉时期的一尺相当于23厘米。即关羽的身高大概有207厘米，抛去误差，关羽的身高至少两米以上 看来在单位的问题上需要制定国际上统一的标准 问题：物理量的单位从何而来？在使用中有什么规则呢？ 国际单位制由基本单位和导出单位组成。在力学中，把长度、质量、时间作为基本量。它们的单位米（m）、千克（kg）和秒（s）就是基本单位。用基本物理量的单位根据物理量之间的关系所推导出的其他物理量的单位叫导出单位。 物理学的关系式确定了物理量之间的关系，也确定了物理量的单位间的关系。 由 知 V＝ Δx Δt 由 a＝ 知 Δv Δt 速度的单位是m/s 加速度的单位是m/s2 由F＝ma知 1N=1kg·m/s2 在国际单位制中共有 7 个基本单位。除了上述 3 个力学基本量和相应的基本单位外，在热学、电磁学、光学等领域中，还有 4 个基本量和基本单位，如表 所示。由这 7 个基本单位能导出其他各个物理量的单位 1.这些被选定的物理量叫做基本量(如长度、时间)，它们相应的单位叫作基本单位(如米、秒)； 在物理学中，只要选定几个物理量的单位，就能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位。 2.由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量叫作导出量，推导出来的其他物理量的单位叫作导出单位，如速度、加速度的单位。 3.由基本单位和导出单位一起组成了一个单位制（system of units）。 质量 时间 长度 kg、g、mg 等 s、min、h、天、月、年 等 m、dm、cm、nm、um、km、光年 等 基本量 物理量 单位 基本单位 m/s、 cm/s km/h、 dm/s m/s2 、cm/s2 F＝ma 1N=1kg·m/s2 速度： 加速度： 合外力： 导 出 单 位 如果采用不同的物理量作为基本量，或者虽然采用相同的基本量，但采用的基本单位不同，导出单位自然随之不同，从而产生不同的单位制。不同的地区使用不同的单位制，不方便交流。1960年第11届国际计量大会制订了一种国际通用的、包括一切计量领域的单位制，叫作国际单位制（Le Système International d´ Unités,法文）,简称SI。 在力学范围内，规定长度、质量、时间为三个基本量，对热学、电磁学、光学等学科，除了上述三个基本量和相应的基本单位外，还要加上另外四个基本量和它们的基本单位，才能导出其他物理量的单位。 国际单位制 随着科学技术的发展，测量的精度和范围不断发展。如图 4-18 所示为我国自行研制 的世界上最先投入使用的空间冷原子钟。用它计时，2 000 万年才误差 1 s，它将目前人类 在太空的时间计量精度提高了 1~2 个数量级，使我国天基冷原子传感器的研究走在了世界的 最前沿。手机芯片上近乎 1 cm2 的面积内集成着数十亿个晶体管，加工精度需以纳米计。 为了简单明了地表示数值特别大或者特别小的物理量，我们往往在常用的单位前加上 特殊的前缀，例如，纳米（nm）就是在单位米（m）前加了前缀“纳”，表示 10-9 （