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物理单位作为物理量的组成部分,有着举足轻重的作用。任何一个物理数据只有数字而无相匹配的物理量单位,则该数字就仅仅是一串阿拉伯数字的组合,没有一点物理意义存在,就更谈不上是有效的物理数据了。
一、几个相关概念的说明
1.物理量:量度物质的属性和描述其运动状态时所用的各种量值。如:量度物质惯性的物理量是质量,描述物体运动快慢的物理量是速度等。
2.物理单位:分为基本单位、导出单位和辅助单位三种。
描述基本物理量的计量单位叫基本单位。如:质量的基本单位是“千克”、长度的基本单位是“米”、时间的基本单位是“秒”、电流强度的基本单位是“安培”、温度的基本单位是“开尔文”、物质的量的基本单位是“摩尔”、发光强度的基本单位是“坎德拉”。(注:采用的是国际单位制)
导出单位是由基本单位组合而成。如速度的单位“米/秒”就是一个导出单位。
在导出单位中,有些单位具有专门名称。如:频率的单位——赫兹(Hz),力的单位——牛顿(N),压强的单位——帕斯卡(Pa),能量、功、热量的单位——焦耳(J),功率的单位——瓦特(W),电量、电荷的单位——库仑(C),电势、电势差、电压、电动势的单位——伏特(V),电容的单位——法拉(F),电阻的单位——欧姆(Ω),电导的单位——西门子(S)等等。
还有一些导出单位是很特殊的,它们是两个相同单位的比值,故可用数值1表示,例如折射率,相对介电常数,相对磁导率等。
此外,还有些导出单位不能由基本单位和导出单位用简单的乘除运算导出,要由SI单位经过复杂的运算得出。如声能级、电平的单位——贝、分贝(b、db)就是由对数表示的。
国际单位制的辅助单位目前只有两个,弧度和球面度(纯系几何单位)。当然,辅助单位也可以再构成导出单位。
3.单位制:基本单位和导出单位的总和叫做单位制。基本量及其单位可以有不同的选择方法,它们的选择不同,形成的单位制就不同。目前,国际上通用的单位制叫做国际单位制,也叫SI制。
二、物理单位对于物理数据的重要性
物理学是一门自然科学类学科,其研究方法主要是观察和实验。既然要实验,就一定应有准确和精确的实验测量数据,而这些数据包括实验测得的数字和所测物理量的单位,准确而精确的数字加上对应的物理量单位,才能十分有效且明了地表示所测的物理量多少和物理属性。如:测一个墨水瓶的质量,某同学用天平测得结果是:101.50。从这个同学测得结果可以看出,他忘了填写质量的单位,那么这个测量结果就仅表示一个数字,不能表示该数字所能代表的物理意义。如若我们为这位同学在测量结果后填写上单位“克”,则“101.50克”这个测量结果便是一个十分有效的物理数据了,它表示所测墨水瓶的质量是101.50克。该数据不但说明了物体的多少,从单位也可知晓“多少”所指的是物体质量的多少,还可以从数字和单位得出测量该物理量的测量工具的精确程度(最小刻度值)及数字的准确值和估计值。
我们不难发现,有了物理单位的数据才有生命力,才能较完整地表示某物体的多少和属性。只有数字而无单位的结果是没有活力的,只有单位而无数字相辅,物理单位也会显得苍白无力。
三、物理单位的填写应恰当、合理
物理单位能有效表示某事物的属性。由于物理学科里的物理量有许多,不同物理量所对应的单位也就有许多,物理量所表示的物理意义不同,来修饰它的物理单位意义也就不同。
如何准确地运用单位来修饰物理量是相当重要的,笔者认为应从以下几个途径入手:
1.在理解的基础上,记忆不同物理量的单位有哪些;反过来,也要记住不同物理单位所能表示的物理量及意义。
2.了解数据所要表示的物理量是什么,从而确定修饰该数据的物理单位。如测物体的质量,则可选择的单位有:千克、克、毫克、吨,而不是米、小时、牛顿或其他非质量单位。
3.知道数据所描述对象的物理性质,如物体的大小、多少或形状等,从而确定所选单位的级别。
如前面的墨水瓶,测其质量得到的数字是101.50,还要确定应填写的质量单位,但质量单位有好几个,到底该选哪一个单位才合适呢?这就需要了解墨水瓶的质量级别,选择“克”这个单位来修饰测量数字101.50比较合适,能客观地、较准确地反映出墨水瓶质量。如果我们选了“千克”“毫克”或“吨”,所得到的物理数据就会让人笑话,因为这么巨大或微小的墨水瓶是不合常理的。
4.选择好正确合理的单位后,还得检验所得数据是否符合生活实际。
如:用天平测出一堆大头针的个数。其方法如下:
(1)先用天平测出这堆大头针的总质量M=22.30克;
(2)再用天平测出若干个(选20个)大头针的总质量m=2.01克;
(3)计算这堆大头针的个数:N=M/m×20个≈11.09×20个=221.80个。
从上面整个实验过程可以看出:实验思路设计正确,步骤合理,计算结果也正确。但大家仔细想想,大头针的个数怎么会有0.9个?显然,这个通过实验精确计算出的数据也有它的不切合现实性。所以,实验数据都应该与生活实际相比较,看是否符合现实情况,而不能只局限于理论的推导和计算。
可见,一个完整而有效的物理数据应是精确的数字与合理的物理单位完美的有机结合体,同时也应是生活实际的具体体现者,二者谁离开了谁都将失去所要表达的意义。
作者单位:湖北省郧县杨溪中学
一、几个相关概念的说明
1.物理量:量度物质的属性和描述其运动状态时所用的各种量值。如:量度物质惯性的物理量是质量,描述物体运动快慢的物理量是速度等。
2.物理单位:分为基本单位、导出单位和辅助单位三种。
描述基本物理量的计量单位叫基本单位。如:质量的基本单位是“千克”、长度的基本单位是“米”、时间的基本单位是“秒”、电流强度的基本单位是“安培”、温度的基本单位是“开尔文”、物质的量的基本单位是“摩尔”、发光强度的基本单位是“坎德拉”。(注:采用的是国际单位制)
导出单位是由基本单位组合而成。如速度的单位“米/秒”就是一个导出单位。
在导出单位中,有些单位具有专门名称。如:频率的单位——赫兹(Hz),力的单位——牛顿(N),压强的单位——帕斯卡(Pa),能量、功、热量的单位——焦耳(J),功率的单位——瓦特(W),电量、电荷的单位——库仑(C),电势、电势差、电压、电动势的单位——伏特(V),电容的单位——法拉(F),电阻的单位——欧姆(Ω),电导的单位——西门子(S)等等。
还有一些导出单位是很特殊的,它们是两个相同单位的比值,故可用数值1表示,例如折射率,相对介电常数,相对磁导率等。
此外,还有些导出单位不能由基本单位和导出单位用简单的乘除运算导出,要由SI单位经过复杂的运算得出。如声能级、电平的单位——贝、分贝(b、db)就是由对数表示的。
国际单位制的辅助单位目前只有两个,弧度和球面度(纯系几何单位)。当然,辅助单位也可以再构成导出单位。
3.单位制:基本单位和导出单位的总和叫做单位制。基本量及其单位可以有不同的选择方法,它们的选择不同,形成的单位制就不同。目前,国际上通用的单位制叫做国际单位制,也叫SI制。
二、物理单位对于物理数据的重要性
物理学是一门自然科学类学科,其研究方法主要是观察和实验。既然要实验,就一定应有准确和精确的实验测量数据,而这些数据包括实验测得的数字和所测物理量的单位,准确而精确的数字加上对应的物理量单位,才能十分有效且明了地表示所测的物理量多少和物理属性。如:测一个墨水瓶的质量,某同学用天平测得结果是:101.50。从这个同学测得结果可以看出,他忘了填写质量的单位,那么这个测量结果就仅表示一个数字,不能表示该数字所能代表的物理意义。如若我们为这位同学在测量结果后填写上单位“克”,则“101.50克”这个测量结果便是一个十分有效的物理数据了,它表示所测墨水瓶的质量是101.50克。该数据不但说明了物体的多少,从单位也可知晓“多少”所指的是物体质量的多少,还可以从数字和单位得出测量该物理量的测量工具的精确程度(最小刻度值)及数字的准确值和估计值。
我们不难发现,有了物理单位的数据才有生命力,才能较完整地表示某物体的多少和属性。只有数字而无单位的结果是没有活力的,只有单位而无数字相辅,物理单位也会显得苍白无力。
三、物理单位的填写应恰当、合理
物理单位能有效表示某事物的属性。由于物理学科里的物理量有许多,不同物理量所对应的单位也就有许多,物理量所表示的物理意义不同,来修饰它的物理单位意义也就不同。
如何准确地运用单位来修饰物理量是相当重要的,笔者认为应从以下几个途径入手:
1.在理解的基础上,记忆不同物理量的单位有哪些;反过来,也要记住不同物理单位所能表示的物理量及意义。
2.了解数据所要表示的物理量是什么,从而确定修饰该数据的物理单位。如测物体的质量,则可选择的单位有:千克、克、毫克、吨,而不是米、小时、牛顿或其他非质量单位。
3.知道数据所描述对象的物理性质,如物体的大小、多少或形状等,从而确定所选单位的级别。
如前面的墨水瓶,测其质量得到的数字是101.50,还要确定应填写的质量单位,但质量单位有好几个,到底该选哪一个单位才合适呢?这就需要了解墨水瓶的质量级别,选择“克”这个单位来修饰测量数字101.50比较合适,能客观地、较准确地反映出墨水瓶质量。如果我们选了“千克”“毫克”或“吨”,所得到的物理数据就会让人笑话,因为这么巨大或微小的墨水瓶是不合常理的。
4.选择好正确合理的单位后,还得检验所得数据是否符合生活实际。
如:用天平测出一堆大头针的个数。其方法如下:
(1)先用天平测出这堆大头针的总质量M=22.30克;
(2)再用天平测出若干个(选20个)大头针的总质量m=2.01克;
(3)计算这堆大头针的个数:N=M/m×20个≈11.09×20个=221.80个。
从上面整个实验过程可以看出:实验思路设计正确,步骤合理,计算结果也正确。但大家仔细想想,大头针的个数怎么会有0.9个?显然,这个通过实验精确计算出的数据也有它的不切合现实性。所以,实验数据都应该与生活实际相比较,看是否符合现实情况,而不能只局限于理论的推导和计算。
可见,一个完整而有效的物理数据应是精确的数字与合理的物理单位完美的有机结合体,同时也应是生活实际的具体体现者,二者谁离开了谁都将失去所要表达的意义。
作者单位:湖北省郧县杨溪中学