计量学基础第2章

1、中国计量学院计量测试工程学院1 计量学基础计量学基础教学课件教学课件 中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院计量学基础计量学基础 课程组组织编写课程组组织编写 机械工业出版社机械工业出版社 普通高等教育测控信息技术规划教材普通高等教育测控信息技术规划教材 中国计量学院计量测试工程学院2 第二章第二章 物理量和计量单位物理量和计量单位 在研究计量学的过程中，首先遇到的两个在研究计量学的过程中，首先遇到的两个 最重要的概念是最重要的概念是“量量”和和“单位单位”。 物理量简称为量，用来表征现象、物体或物理量简称为量，用来表征现象、物体或 物质所具有的形式，是现象、物体或物质的可物

2、质所具有的形式，是现象、物体或物质的可 以定性区别和定量确定的一种属性。以定性区别和定量确定的一种属性。 单位是定量表示同种量大小的特定量。单位是定量表示同种量大小的特定量。 中国计量学院计量测试工程学院3 第一节第一节 量制和单位制量制和单位制 一、一、 量与量值量与量值 1 1、量的定义、量的定义 量量是现象、物体和物质的可以定性区别和定是现象、物体和物质的可以定性区别和定 量确定的一种属性。计量学中的量都是有一个数值量确定的一种属性。计量学中的量都是有一个数值 和一个称为计量单位的特殊约定来组合表示的。和一个称为计量单位的特殊约定来组合表示的。 量量 A A 可以表达为：可以表达为： A

3、 = A A = A A A 式中式中 A A 量量 A A 所选用的计量单位；所选用的计量单位； A A 以单位以单位 A A 表示时量表示时量 A A 的数值。的数值。 中国计量学院计量测试工程学院4 一、一、 量与量值量与量值 2 2、量值、量值 量值量值：一般由一个数和计量单位之积表：一般由一个数和计量单位之积表 示的特定量大小。示的特定量大小。 量的大小与量值的形式无关，是客观存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。例如棒长在，不取决于所采用的计量单位。例如棒长 5.3m5.3m、物重、物重12kg12kg和温度和温度20200 0C C等。等。 第一节第

4、一节 量制和单位制量制和单位制 中国计量学院计量测试工程学院5 二、二、 量制与量纲量制与量纲 量制量制：在科学所有领域或一个领域中，由约：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。定选取的基本量和相应导出量的特定组合。 基本量基本量：被约定地认为在函数关系上彼此相：被约定地认为在函数关系上彼此相 互独立的量。互独立的量。 导出量导出量：由基本量的函数所定义。：由基本量的函数所定义。 第一节第一节 量制和单位制量制和单位制 中国计量学院计量测试工程学院6 二、二、 量制与量纲量制与量纲 量纲量纲定义为：定义为：以给定量制中基本量的幂的乘以给定量制中基本量的幂的乘

5、积表示某量的表达式。积表示某量的表达式。 量纲表达式的符号用量纲表达式的符号用dim dim 。 量纲的一般表达式为：量纲的一般表达式为： dim Q = Adim Q = A B BC C 第一节第一节 量制和单位制量制和单位制 二、二、 量制与量纲量制与量纲 例如，在国际单位制中，规定的七个基本量是： 长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量 、发光强度 他们它们的量纲分别是： 因此，任何一个物理量的量纲为 中国计量学院计量测试工程学院7 JNITML, JNITMLQdim 中国计量学院计量测试工程学院8 三、三、 计量单位计量单位 计量单位：计量单位：为定量表示同种量的大小而约定地

6、为定量表示同种量的大小而约定地 定义和采用的特定量。定义和采用的特定量。 是数值等于是数值等于1 1的量。的量。 基本单位：基本单位：在给定量制中基本量的测量单位。在给定量制中基本量的测量单位。 导出单位：导出单位：在给定量制中导出量的测量单位。在给定量制中导出量的测量单位。 第一节第一节 量制和单位制量制和单位制 中国计量学院计量测试工程学院9 四、四、 单位制单位制 单位制：单位制：是对给定的量制、由选定的一组基是对给定的量制、由选定的一组基 本单位和导出单位所构成的单位体系。因此，单本单位和导出单位所构成的单位体系。因此，单 位制是指基本单位与导出单位的组合。位制是指基本单位与导出单位的

7、组合。 基本单位是一个单位制的基础，它可以独立基本单位是一个单位制的基础，它可以独立 的定义；而导出单位只能通过基本单位的函数或的定义；而导出单位只能通过基本单位的函数或 方程式来定义。显然，所选取的基本单位不同，方程式来定义。显然，所选取的基本单位不同， 单位制也就不同。单位制也就不同。 第一节第一节 量制和单位制量制和单位制 中国计量学院计量测试工程学院10 一、国际单位制的形成和发展一、国际单位制的形成和发展 18891889年第一届国际计量大会决定，选用英国制成的年第一届国际计量大会决定，选用英国制成的 3030支铂铱合金米尺中的支铂铱合金米尺中的No.6No.6作为国际米原器，即米的

8、作为国际米原器，即米的 实物基准。实物基准。 19601960年第十一届国际计量大会决定将米的定义改为年第十一届国际计量大会决定将米的定义改为 “米的长度，等于氪米的长度，等于氪-86-86原子的原子的2p102p10和和5d55d5能级之间跃能级之间跃 迁时，在真空中辐射波长的迁时，在真空中辐射波长的1650763.731650763.73倍倍”，成为最，成为最 先量子化的国际单位。先量子化的国际单位。 19831983年第十七届国际计量大会再次把米的定义修改年第十七届国际计量大会再次把米的定义修改 为为“一米是光在真空中（一米是光在真空中（1 1299792458299792458）s s

9、时间间隔内时间间隔内 所经路径的长度所经路径的长度”。 第二节第二节 国际单位制国际单位制 中国计量学院计量测试工程学院11 一、国际单位制的形成和发展一、国际单位制的形成和发展 在国际单位制的在国际单位制的7 7个基本量中，目前只有质量单位个基本量中，目前只有质量单位 千克还没有建立起量子基准。千克还没有建立起量子基准。 第二节第二节 国际单位制国际单位制 法国规定在法国规定在44时时1 1立方分米纯水的质量为立方分米纯水的质量为1 1千克。千克。 后来用铂铱合金制成一个高度和直径都是后来用铂铱合金制成一个高度和直径都是3939毫米的圆毫米的圆 柱体柱体, ,在在18191819年国际计量大

10、会上批准为国际千克原器年国际计量大会上批准为国际千克原器 。它现今保存在巴黎的国际计量局总部，所有计量的。它现今保存在巴黎的国际计量局总部，所有计量的 测量都应溯源到该千克原器测量都应溯源到该千克原器。 中国计量学院计量测试工程学院12 一、国际单位制的形成和发展一、国际单位制的形成和发展 如何把质量单位从以实物法码定义转变为以不 随时间、地点而变的，用某种自然规律或某种 物质特性重新定义量子质量单位，成为21世纪 计量学的重要课题之一。 目前准确度最高的国际单位是秒，可达10-15 量级。 中国计量学院计量测试工程学院13 中国计量学院计量测试工程学院14 二、国际单位制的优越性二、国际单位

11、制的优越性 世界大多数国家、绝大多数国际组织和学术机世界大多数国家、绝大多数国际组织和学术机 构都采用国际单位制，主要原因是它具有突出的优构都采用国际单位制，主要原因是它具有突出的优 点和广泛的适用范围。点和广泛的适用范围。 1 1） 通用性；通用性； 2 2） 实用性；实用性； 3 3） 简明性；简明性； 4 4） 准确性。准确性。 第二节第二节 国际单位制国际单位制 中国计量学院计量测试工程学院15 三、国际单位制的构成三、国际单位制的构成 SI SISI SI SI20 SI SI 24-24 基本单位 单位辅助单位 导出单位 国际单位制（） 词头（1010共个） 单位的倍数单位和分数单

12、位 第二节第二节 国际单位制国际单位制 中国计量学院计量测试工程学院16 三、国际单位制的构成三、国际单位制的构成 1 1、SISI单位单位 1 1）SISI基本单位：基本单位：7 7个个SISI的基本单位，的基本单位， 2 2）SISI导出单位；导出单位； 3 3）SISI单位的倍数单位：单位的倍数单位：先了解先了解SISI词头词头 2 2、国际单位制外的单位、国际单位制外的单位 1 1）与）与SISI并用的单位；并用的单位；2 2）与）与SISI暂时并用的单位。暂时并用的单位。 第二节第二节 国际单位制国际单位制 量的名称量的名称单位名称单位名称单位符号单位符号 长度长度米米m 质量质量千

13、克千克(公斤公斤)kg 时间时间秒秒s 电流电流安安 培培 A 热力学温度热力学温度开开尔文尔文K 物质的量物质的量摩摩尔尔mol 发光强度发光强度坎坎德拉德拉Cd 中国计量学院计量测试工程学院17 SISI基本单位基本单位 量的名称单位名称单位符号 平面角弧度rad 立体角球面度sr 中国计量学院计量测试工程学院18 SISI辅助单位辅助单位 量的名称量的名称 SI导出单位 名称名称 符符 号号 表示式表示式 用用SI单位单位用用SI基本基本 单位单位 频率频率赫赫兹兹Hzs1 力、重力力、重力牛牛顿顿Nmkgs2 压力、压强、压力、压强、 应力应力 帕帕斯卡斯卡 PaNm2m1kgs2 能

14、能量量、功、功、 能量能量 焦焦耳耳JNmm2kgs2 功率、辐功率、辐射射 能能、通量、通量 瓦瓦特特WJs1m2kgs3 电荷电荷量量库库仑仑CsA 电压、电动势、电压、电动势、 电势电势位位 伏伏特特VWA1m2k g s3A1 电场强度电场强度伏特伏特/米米 V Vm m1mk g s3A1 中国计量学院计量测试工程学院19 具有专用名称的具有专用名称的SISI导出的单位单位换算导出的单位单位换算 单单 位位相相 当当 于于 埃埃0.1纳米纳米10 纳米纳米10埃埃10 靶靶10-24厘米厘米2 特拉斯特拉斯1韦伯韦伯/米米2104高斯高斯 大气压大气压1.013105牛顿牛顿/米米2

15、 电子伏电子伏1.60218910-19焦耳焦耳 焦耳焦耳10-7尔格尔格6.2414611018电子伏电子伏 绝对温度绝对温度T=（-273.15）K 原子单位原子单位931.502兆电子伏兆电子伏 克克6.022041023u5.609561032电子伏电子伏/c2 居里居里3.71010(衰变次数衰变次数)/秒秒3.71010贝可贝可(Bq) 中国计量学院计量测试工程学院20 单位换算单位换算 计量单位比较表计量单位比较表 长度比较表长度比较表 ( (公里公里)=2)=2市里市里=0.621=0.621英里英里=0.540=0.540海里海里 =3=3市尺市尺=3.281英尺英尺 1市里

16、市里=0.5千米千米(公里公里)=0.311英里英里=0.270海里海里 1 1市尺市尺=1.094英尺英尺 1 1英里英里=1.609千米千米(公里公里)=3.218市里市里=0.869海里海里 1 1英尺英尺=0.914市尺市尺 1海里海里=1.852千米千米(公里公里)=3.704市里市里=1.150英里英里 地积比较表地积比较表 1公顷公顷=15市亩市亩=2.471英亩英亩 1 1市亩市亩=6.667公亩公亩=0.165英亩英亩 1 1英亩英亩=0.405公顷公顷=6.070市亩市亩 质量质量(重量重量)比较表比较表 ( (公斤公斤)=2)=2市斤市斤=2.205=2.205英磅英磅

17、1市斤市斤=0.5千克千克(公斤公斤)=1.102英镑英镑 1英镑英镑=0.454千克千克(公斤公斤)=0.907市斤市斤 容量比较表容量比较表 ( (公制公制)=1)=1市升市升=0.220=0.220加仑加仑( (英制英制) ) 1加仑加仑(英制英制)=4.546市升市升 中国计量学院计量测试工程学院21 中国计量学院计量测试工程学院22 第三节第三节 我国的法定计量单位我国的法定计量单位 一、我国法定计量单位的构成一、我国法定计量单位的构成 中华人民共和国计量法中华人民共和国计量法第三条规定第三条规定“国家采国家采 用国际单位制用国际单位制”。 我国法定计量单位的构成如下我国法定计量单位的构成如下 : : (1) SI (1) SI的基本单位、的基本单位、SISI的导出单位和的导出单位和SISI的倍数单位；的倍数单位； (2) (2) 可与国际单位制单位并用的我国法定计量单位可与国际单位制单位并用的我国法