復(fù)旦大學(xué)大學(xué)物理力學(xué)課件Ch1-國(guó)際單位制

基本物理量及其SI單位基本物理量及其SI單位：Length mMass KgTime sCurrent ATemperatureKAmountofsubstanceMolLuminousintensity cdBasequantityNameSymbollengthmetermmasskilogram

kgtimesecondselectriccurrentampereAthermodynamictemperature

kelvinKamountofsubstancemolemolluminousintensitycandelacdSIbaseunit

銫原子的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)躍遷所對(duì)應(yīng)的輻射的頻率為

=9192631770Hz所以

1s=9192631770/

1.SIunitoftime

秒(s)是銫Cs-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷所發(fā)射的特征光周期的9192631770倍。銫原子鐘典型的時(shí)間宇宙年齡 3×1017s

地球的年齡 1.3×1017

s人的平均壽命 2×109s一天 8.6×104s典型的分子旋轉(zhuǎn)周期 1×10-12s最短粒子的壽命 10-25s普朗克時(shí)間 10-43

s2.SIunitoflengthTheprototypeofmeter1889年的第一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)確定“米原器”為國(guó)際長(zhǎng)度基準(zhǔn)，它規(guī)定1米就是米原器在0oC時(shí)兩端的兩條刻線(xiàn)間的距離。米原器的精度可以達(dá)到0.1微米。鉑銥合金的米原器國(guó)際計(jì)量局保存的米原器

米原器，保存在法國(guó)的國(guó)際計(jì)量局。世界各國(guó)都依照這個(gè)原器制作自己的標(biāo)準(zhǔn)原器，并且還要經(jīng)常到巴黎來(lái)與原器進(jìn)行校準(zhǔn)。

1983年，聯(lián)合國(guó)度量組織巴黎會(huì)議規(guī)定了新的“米”的定義：

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)米等于光在真空中(1/299792458秒)內(nèi)所傳播的距離。典型的長(zhǎng)度可觀(guān)察的宇宙半徑 1026

m地球半徑 6.4×106

m人的典型高度 1.8×100

m可見(jiàn)光波波長(zhǎng) 6×10-7

m氫原子半徑 5×10-11

m質(zhì)子有效半徑 1.2×10-15

m夸克半徑 1×10-20

m普朗克長(zhǎng)度 10-35

mInternationalPrototypeKilogram(IPK)法文名稱(chēng)LeGrandK

1889年確定的千克原器：一個(gè)高和直徑均為39mm的圓柱，用90%platinum和10%iridium(Pt-Ir)合金做成，其密度約為21500kg/m3。

千克原器一共做了三個(gè)，選定其中之一作為國(guó)際千克原器。這個(gè)國(guó)際千克原器被國(guó)際計(jì)量局非常仔細(xì)地保存在特殊的地點(diǎn)，用三層玻璃罩好，最外一層玻璃罩里抽成半真空，以防空氣和雜質(zhì)進(jìn)入。隨后又復(fù)制了四十個(gè)鉑銥合金圓柱體，經(jīng)過(guò)與國(guó)際千克原器比對(duì)后，分發(fā)給各會(huì)員國(guó)作為國(guó)家基準(zhǔn)。跟米原器一樣，千克原器也要進(jìn)行周期性的鑒定，以確保質(zhì)量基準(zhǔn)的穩(wěn)定可靠。3.SIunitofmass千克原器---保存在巴黎附近Sèvres的國(guó)際度量衡局內(nèi)(InternationalBureauofWeightsandMeasures)。

千克是最后一個(gè)靠人造實(shí)物而非基本物理特性來(lái)定義的物理量基準(zhǔn)。

雖然，國(guó)際上也采用了一個(gè)原子質(zhì)量單位(unifiedatomicmassunit)作為標(biāo)準(zhǔn)，但它并非SI單位。原子質(zhì)量單位定義為：核素C-12的一個(gè)中性原子處于基態(tài)時(shí)靜止質(zhì)量的1/12，

符號(hào)為u。實(shí)驗(yàn)測(cè)得

1u=(1.6605402±0.0000010)×10-27Kg。

這個(gè)實(shí)物千克原器已經(jīng)存放了118年，但它不夠穩(wěn)定，在最近一次檢驗(yàn)時(shí)“神秘地”比原來(lái)輕了50微克。

IPK的不穩(wěn)定影響到其它一連串許多物理量的基準(zhǔn)。如力(N)、壓強(qiáng)(Pa)、能量(J)、功率(W)、電流(A)、電荷(C)、電壓(V)、磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)、磁通量(Weber)、以及

發(fā)光強(qiáng)度(cd)、流明和勒克斯等等?！扒Э恕钡闹匦露x一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的解決辦法是給千克以重新定義，使得不同的實(shí)驗(yàn)室都可以重現(xiàn)千克標(biāo)準(zhǔn)。“Avogadro計(jì)劃”

德、俄、澳大利亞等8國(guó)的科學(xué)家聯(lián)合研究一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量。歷時(shí)5年，耗資200萬(wàn)歐元，制成一個(gè)“完美硅球”，它含有純度為99.99%的硅-28原子，直徑為9.375cm。

科學(xué)家們用制造核武器的離心機(jī)來(lái)提取硅-28，使其純度達(dá)到

99.99%，然后將它運(yùn)到德國(guó)的國(guó)家計(jì)量研究所制作硅晶體。隨后，他們?cè)诎拇罄麃営⒙?lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織的實(shí)驗(yàn)室中將其打造成為精密的圓球。Avogadro計(jì)劃：澳大利亞科學(xué)家手持一個(gè)1千克的Si單晶球，它是世界上人造的最圓的物體。典型的質(zhì)量已知宇宙 1053

kg銀河系 2.2×1041

kg太陽(yáng) 2.0×1030

kg地球 6.0×1024

kg人 6.0×101

kg灰塵 6.7×10-10

kg煙草花葉病毒 2.3×10-1