高中物理 备课资料4《力学单位制》 新人教版必修1

1 人教版高一物理必修人教版高一物理必修 1 1 备课资料备课资料 4 4 力学单位制力学单位制 一 力学单位制 绝对单位制 绝对单位制中又有米千克秒制 MKS 和厘米克秒制 CGS 在绝对单位 制中 质量为基本量 力是导出量 在米千克秒制中 力的单位是牛顿 规定与国际单位制 相同 在厘米克秒制中 根据牛顿第二定律 规定使质量为 1 g 的物体产生 1 cm s2的加速度 的力是力的单位 叫做 1 dyn 达因 1 N 和 1 dyn 的关系是 1 N 105 dyn 重力单位制 在重力单位制中 先规定力的单位 然后根据牛顿第二定律 F ma 规定质 量的单位 工程单位制是常用的重力单位制中的一种 在工程单位制中 力的单位是千克力 kgf 现在已不使用 1 kgf 相当于在纬度为 45 的海平面上地球对千克原器的引力 因 为这种规定力的大小不易测量 所以国际度量衡委员会又规定 1 kgf 9 806 65 N 9 81 N 米 国际单位制的长度单位 用米表示 是国际单位制中 7 个基本单位之一 起源于法 国的米制计量制 米制采取当时认为最稳定不变的自然物 地球子午线长度作为标准来计 量长度 1790 年法国科学家鲍尔德 康道尔赛 拉普拉斯和孟奇等人组成的特别委员会 建 议以通过巴黎的地球子午线全长的 4 000 万分之一作为长度单位 定义为 1 米 把这个标准 制成的米是一根铂棒 称为存档米原器 1875 年法 德 美 俄等 17 个国家的代表在巴黎正 式签署该公约 公认米制为国际通用的计量制度 并成立国际计量局 制造出铂铱合金原器 作为长度和质量的国际单位 1889 年第一届国际计量大会通过决定将存档米原器的复制品铂 铱合金米原器规定为米国际原器 简称米原器 作为长度的国际标准 存放于巴黎近郊色弗 莱 Sevre 国际计量局 它的强度高 温度和化学的稳定性均比较好 保证了较高的精确度 后 来 随着测量精度的提高 发现米原器与原来由子午线长度定义的长度相差 0 023 于是便 径直以米原器为标准 当温度为 0 米原器用规定方法支撑着时 其端部细线间的距离规定 为一米 然而这样就违背了原来以自然常数作为米标准的意图 用实物基准代替了自然常数 而 自然界中很多物体的物理性质都会发生变化 以子午线为基准定义的米标准也不例外 并且 这样规定的标准不易复制 或多或少要受到环境影响 测量精度不高 不能满足计量学和精 密测量的需要 20 世纪 50 年代 随着同位素光谱光源技术的发展 发现了宽度很窄的氪 86 同位素谱线 加上干涉技术的成功 人们找到了以光波波长作为长度单位的自然标准 1960 年第 11 届国际计量大会对米的定义更改为 不存在引起波长改变的干扰因素 如多普勒效 应 压力效应 斯塔克效应等 时 米的长度等于氪 86 原子的 2p10与 5d5能级之间跃迁的 辐射在真空中波长的 1 650 763 73 倍 米的定义更改后 国际米原器仍按原规定的条件保存 在国际计量局 由于激光技术的发展 饱和吸收稳定的激光具有很高的频率稳定度和复现性 同氪 86 的波长相比 它们的波长更易复现 精度也能进一步提高 因此在 1973 年和 1979 年两次米定义咨询委员会会议上 又先后推荐了 4 种稳定激光的波长值 同氪 86 的波长并 列使用 具有同等的准确度 1973 年以来人们精密地测量了从红外波段直至可见光波段的各 种谱线的频率值 根据甲烷谱线的频率和波长值 和 得到了真空中的光速值 c 299 792 458 米 秒 这个值非常精确 于是人们又决定把这个光速值取为定义值 而长度 l 或波长 的定义由时间 t 或频率 通过公式 l ct 或 c 导出 1983 年 10 月在第 17 届国际计量大会上正式通过米的新定义 米是 1 299 792 458 秒的时间间隔内 光在真空中行程的长度 米这一新定义的特点是把真空中的光速值作为一个固定不变的基 本物理常数 而不再是一个可测量的量 长度标准通过时间标准导出 从而使长度单位和时 间单位结合起来 米的定义的修改是使长度标准更精确和稳定 秒 它是国际单位制中的 7 个基本单位之一 历史上标准秒的定义随着科学技术的进步 精度越来越高 最早人们利用地球自转运动来计量时间 基本单位是平太阳日 太阳连续两次 出现于某地子午面上的时间间隔称为太阳日 为消除地球公转速率变化带来太阳日的变化 2 取全年太阳日平均值称为平太阳日 19 世纪末定义一个平太阳日的 1 86 400 为 1 秒 称作世 界时秒 由于地球的自转运动存在着不规则变化并有长时期减慢的趋势 近 2000 年来每 100 年日长增加 1 6 毫秒 使这样定义的标准度只能达到 1 10 7 即每 3 个半月可差 秒 地球 公转是周期运动 地球连续两次通过春分点的时间间隔称为回归年 为提高时间计量精度 1960 年国际计量大会决定采用以地球公转的运动为基础的历书时秒为时间计量单位 规定 将 1900 年初附近 太阳的几何平黄经为 279 41 48 04 的瞬时作为 1900 年 1 月 0 时 12 时整 从该时刻起算的回归年的 1 31 556 925 974 7 作为 1 秒 历书时秒的标准提高到 1 10 9 随着科学技术发展的要求 人们寻求更准确的时间标准 1967 年第 13 届国际计量大 会决定采取用原子秒定义取代历书时秒定义 规定 秒是铯 133 原子基态的两个超精细能 级之间跃迁相对应的辐射的 9 192 631 770 个周期所持续的时间 其精确度高于 1 10 13 二 中学物理常用物理量及其单位 国际单位制 国际单位制 SISI 基本单位 基本单位 物理量名称单位名称单位符号 长度米 m 质量千克 公斤 kg 时间秒 s 电流安 培 A 热力学温度开 尔文 K 发光强度坎 德拉 cd 物质的量摩 尔 mol 常用的力学量的常用的力学量的 SISI 单位单位 物理量单位 名称符号名称符号 备注 面积 A S 平方米 m2 体积 V 立方米 m3 位移 s 米 m 速度 v 米每秒 m s 加速度 a 米每二次方秒 m s2 角速度 w 弧度每秒 rad s 频率 f v 赫 兹 Hz 质量 密度 千克每立方米 kg m s2 力 F 牛 顿 N 力矩 M 牛 顿 米 N m 动量 p 千克米每秒 kg m s 压强 p 帕 斯卡 Pa 功 W A 焦 耳 J 能 量 E 焦 耳 J 功率 P 瓦 特 W 1Hz 1 s 1 1 N 1 kg m s2 1 Pa 1 N m2 1 J 1 N m 1 W 1 J s 三 中学物理的基本常量 物理量符号数值及其单位 重力加速度 g9 80 m s2 引力常量 G6 67 10 11 N m2 kg2 阿伏加德罗常数 NA6 022 1023 mol 1 3 摩尔气体常量 R 8 31 J mol K 0 082 mat l mol K 理想气体摩尔体积 标准状态下 Vm22 4 10 3 m3 mol 静电力常量 k8 988 109 N m2 C2 真空中的光速 c2 997 9 108 m s 元电荷 e1 602 2 10 19 C 电子的静止质量 me9 109 5 10 31 kg 质子的静止质量 mp1 672 6 10 27 kg 中子的静止质量 mn1 674 9 10 27 kg 粒子的静止质 量 m