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第三章第五节力学单位制
在物理学和工程学中，力学单位制是最为基础的一种计量单位制。
本文将介绍力学单位制的定义、基本单位、导出单位以及应用等方面。
一、定义
力学单位制是一种物理学量单位制，它使用质量、长度和时间作为
基本量，描述物质的运动和相互作用。
力、位移、速度等物理量都是
在该计量单位制下定义的。
二、基本单位
力学单位制的基本单位包括米、千克和秒，分别表示长度、质量和
时间。
其中，千克是保持不变的国际单位，米和秒的定义也是经过严
格规定的。
三、导出单位
在力学单位制中，除了基本单位之外，还有一些导出单位。
例如，
牛顿是用于描述力的单位，定义为kg·m/s²。
米每秒是用于描述速度的
单位，表示每秒的位移距离。
焦耳是用于描述能量的单位，定义为牛顿·米。
四、应用
力学单位制在物理学和工程学中都有广泛应用。
在物理学中，它用
于描述物体的运动、碰撞、相互作用等现象。
在工程学中，它用于设计、生产和测试各种机械装置和设备。
综上所述，力学单位制作为一种基础的计量单位制，在物理学和工程学中拥有重要的地位和应用价值。
对于学习和研究相关领域的人员来说，了解和掌握该计量单位制非常必要。
高中物理思想方法总结1.微元法与极限法它本是高等数学中的知识领域问题,但在高中物理中只是思想方法领域的问题。
在高中也根本不可能把具体知识体系教给学生,但作为思想方法,它的地位反而更高。
虽然对问题的分析都是定性的,却反应了思维的质量和深度。
在处理匀变速直线运动的位移、瞬时速度,曲线运动速度方向、万有引力由“质点”向“大的物体”过渡、变力做功,等等,要大力向学生渲染这种思想方法。
2.隔离法除前面提到的对物体系统进行隔离的例子,还有对问题的过程或问题性质进行隔离的思想方法问题。
例如我们把电源隔离成无阻理想电源和电阻串联的两部分；把碰撞问题分隔成纯粹碰撞阶段和纯粹运动阶段──很多教师说“碰撞瞬间完成,还没来得及运动,忽略其位移”,其实这话不严密：不是没位移,而是把位移成分（哪怕很微小的位移）在运动阶段中体现了。
再如,在讨论卫星运行中的变轨问题时,往往分隔成变速、变轨,再变速、稳定在另一轨道等等几个理想段,实际中这些过程并不是界限分明分阶段进行的,而是交融在一起、伴随在一起的。
隔离法的运用,不是忽略了什么,也不是允许了什么误差,而是思维的一种方法与技巧。
运用这种方法,研究的结果是精确的。
3.忽略次要因素思想很多学生在讨论问题时,有两个误区：一是看问题不全面,类似的如电路中的功率等于电压与电流二者的积,电压增大为原来二倍时,有的学生就说功率就变为原来二倍；二是不知道多个因素影响中,需要忽略无穷小的和次要的因素。
例如随温度的增加导体的电阻究竟增加还是减小？再如在研究光学的成像时不用考虑色散、在研究干涉问题时不考虑衍射影响、在研究声速时不考虑温度影响等。
对此,应该让学生归纳出理性化的思绪：第一,精确度方面。
例如,研究铁球的自由落体运动,不做精确测量时,不考虑空气阻力。
但要进行精确研究,即便下落的是铁球,也要考虑空气阻力。
第二,在关注点方面。
例如还是铁球下落,看你关注的是什么。
如果你关注的是空气阻力影响,就不能忽略空气阻力。
高一物理力学单位制知识点高一物理：力学单位制知识点力学是物理学的一个重要分支，主要研究物体的运动规律和受力情况。
在学习力学的过程中，了解与掌握力学单位制是非常重要的。
力学单位制是物理学所使用的一套计量单位系统，用于描述和计算与力学相关的物理量。
下面将介绍一些高一物理力学单位制的重要知识点。
1. 基本物理量和基本单位物理量是用以描述物体特征和物理现象的概念，例如长度、质量、时间等。
而基本物理量则是构成物理量体系的基础，包括长度、质量、时间、电流强度、热力学温度、物质的物质的量和发光强度。
国际单位制（SI）中，基本单位有七个，分别为米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔和坎德拉。
2. 密位密度是物质单位体积的质量，是一个常用的物理量。
在国际单位制中，密度的单位是千克每立方米（kg/m^3）。
密度的计算公式为密度=质量/体积。
通过测量物体的质量和体积，可以计算出物体的密度。
密度可以有助于我们区分不同的物质，例如密度大的物质通常比较重。
3. 力和牛顿定律力是描述物体受到的作用或压力的物理量，用牛顿（N）作为单位。
牛顿定律是描述力与物体运动关系的重要定律。
牛顿第一定律（惯性定律）指出，物体在没有外力作用下，将保持静止或匀速直线运动。
牛顿第二定律（运动定律）指出，物体的加速度与作用在物体上的力成正比，加速度的方向与力的方向相同。
牛顿第三定律（作用反作用定律）指出，任何一个力都会有一个相等大小、方向相反的反作用力。
4. 动能和功动能是描述物体由于运动而具有的能量，是物体运动能量的一种形式。
动能的单位是焦耳（J）。
动能可以由公式动能=1/2 * 质量 * 速度的平方计算得出。
功是力在物体上所做的功率，是能够对物体做功的能力。
功的单位也是焦耳（J）。
功可以由公式功=力 * 距离* cosθ计算得出，其中θ是力的方向和位移方向之间的夹角。
5. 弹性力和胡克定律弹性力是物体由于形变而产生的恢复力。
弹性力的大小和方向与变形力成正比。
高中物理思想方法总结引导语：物理是一门很多学生都掌握不好的学科，其实学好物理是非常需要方法的，接下来是为你带来收集的高中物理思想方法总结，欢迎阅读！1．微元法与极限法它本是高等数学中的知识领域问题，但在高中物理中只是思想方法领域的问题。
在高中也根本不可能把具体知识体系教给学生，但作为思想方法，它的地位反而更高。
虽然对问题的分析都是定性的，却反应了思维的质量和深度。
在处理匀变速直线运动的位移、瞬时速度，曲线运动速度方向、万有引力由“质点”向“大的物体”过渡、变力做功，等等，要大力向学生渲染这种思想方法。
2．隔离法除前面提到的对物体系统进行隔离的例子，还有对问题的过程或问题性质进行隔离的思想方法问题。
例如我们把电源隔离成无阻理想电源和电阻串联的两部分；把碰撞问题分隔成纯粹碰撞阶段和纯粹运动阶段──很多教师说“碰撞瞬间完成，还没来得及运动，忽略其位移”，其实这话不严密：不是没位移，而是把位移成分（哪怕很微小的位移）在运动阶段中体现了。
再如，在讨论卫星运行中的变轨问题时，往往分隔成变速、变轨，再变速、稳定在另一轨道等等几个理想段，实际中这些过程并不是界限分明分阶段进行的，而是交融在一起、伴随在一起的。
隔离法的运用，不是忽略了什么，也不是允许了什么误差，而是思维的一种方法与技巧。
运用这种方法，研究的结果是精确的。
3．忽略次要因素思想很多学生在讨论问题时，有两个误区：一是看问题不全面，类似的如电路中的功率等于电压与电流二者的积，电压增大为原来二倍时，有的学生就说功率就变为原来二倍；二是不知道多个因素影响中，需要忽略无穷小的和次要的因素。
例如随温度的增加导体的电阻究竟增加还是减小？再如在研究光学的成像时不用考虑色散、在研究干涉问题时不考虑衍射影响、在研究声速时不考虑温度影响等。
对此，应该让学生归纳出理性化的思绪：第一，精确度方面。
例如，研究铁球的自由落体运动，不做精确测量时，不考虑空气阻力。
但要进行精确研究，即便下落的是铁球，也要考虑空气阻力。
《力学单位制》讲义一、力学单位制的引入在我们的日常生活和科学研究中，力学现象无处不在。
当我们描述物体的运动、力的作用效果等力学问题时，离不开对物理量的测量和表达。
而这些物理量的测量和表达需要有统一的标准，这就是力学单位制的重要性所在。
想象一下，如果每个人对于长度、质量、时间等基本物理量都有自己独特的测量标准和单位，那么交流和研究将会变得极其混乱和困难。
比如，一个人说物体移动了 5 个“他的长度单位”，另一个人说用了 10个“他的时间单位”，这样的交流毫无意义，也无法进行有效的科学研究和工程应用。
为了避免这种混乱，国际上制定了统一的力学单位制，使得全世界的科学家、工程师和普通人都能够在相同的基准上进行测量和交流。
二、基本物理量与基本单位力学中有三个基本物理量：长度、质量和时间。
长度的基本单位是米（m）。
在国际单位制中，1 米的定义是：光在真空中于 1/299792458 秒内行进的距离。
质量的基本单位是千克（kg）。
千克的定义是：国际千克原器的质量。
时间的基本单位是秒（s）。
1 秒的定义是：铯 133 原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770 个周期的持续时间。
这三个基本单位是构成力学单位制的基石，其他的力学单位都可以通过这三个基本单位推导和组合得出。
三、导出物理量与导出单位由基本物理量通过物理公式推导出来的物理量称为导出物理量，相应的单位称为导出单位。
例如，速度是描述物体运动快慢的物理量，它等于位移与时间的比值。
如果位移的单位是米（m），时间的单位是秒（s），那么速度的单位就是米每秒（m/s）。
再比如，加速度是描述速度变化快慢的物理量，它等于速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值。
如果速度的单位是米每秒（m/s），时间的单位是秒（s），那么加速度的单位就是米每二次方秒（m/s²）。
又如，力是使物体产生加速度的原因，根据牛顿第二定律 F ＝ ma （其中 F 表示力，m 表示质量，a 表示加速度），如果质量的单位是千克（kg），加速度的单位是米每二次方秒（m/s²），那么力的单位就是千克米每二次方秒（kg·m/s²），为了纪念牛顿，将其命名为牛顿（N）。
本文将讨论力学单位制在解决力学问题中的应用，并提出一份应用教案。
一、前言力学是物理学中的重要分支之一，主要研究物体的运动与力的关系。
在力学中，我们需要了解一些重要概念和单位。
了解这些概念和单位对于我们的力学实践非常重要。
力学单位制是用于描述物体力学性质和运动状态的单位制。
这篇文章将探讨力学单位制在解决力学问题中的应用。
二、力学单位制的基本概念在学习力学单位制之前，我们需要了解一些基本概念，例如质量、距离、时间和力。
这些概念在力学中非常重要。
1、质量质量是物体所具有的惯性的度量，单位是千克（kg）。
2、距离距离是两个点之间的直线距离，单位是米（m）。
3、时间时间是事件发生的持续时间，单位是秒（s）。
4、力力是改变物体运动状态的推力或牵引力，单位是牛顿（N）。
三、力学单位制的种类力学单位制主要分为国际单位制（SI）和工程单位制（USCS）。
1、国际单位制（SI）国际单位制是使用的国际标准单位制。
所有物理量都有一个标准单位，包括质量、长度、时间和力等。
下面是SI单位制中与力学有关的单位：-长度: 米（m）-质量: 千克（kg）-时间: 秒（s）-力: 牛顿（N）2、工程单位制工程单位制通常在工程和建筑设计中使用。
下面是工程单位制中与力学有关的单位：-长度: 英尺（ft）-质量: 磅（lb）-时间: 秒（s）-力: 磅力（lbf）四、力学单位制的应用掌握力学单位制的基本概念和种类非常重要。
在力学中，我们需要根据不同的情况和要求来选择合适的单位制来进行计算和解决问题。
下面将举几个例子，来演示力学单位制的应用。
1、计算物体的加速度根据牛顿第二定律，物体的加速度与物体所受的力成正比。
在SI 单位制中，牛顿第二定律可以表示为：F = ma其中，F是力（牛顿），m是质量（千克），a是物体的加速度（米/秒^2）。
例如，一个质量为2千克的物体，在受到10牛顿的向右的力的作用下，其加速度是多少？根据牛顿第二定律，将已知数据代入公式中：F = ma10N = 2kg x a解方程，得到：a = 5m/s^22、计算物体的重力物体的重力和它的质量有关。
力学单位制的思考与重认识姚天波历史上不同的时期，不同的地区，使用过不同的计量单位，在我国就使用过尺、斤、亩、时辰等计量单位。
随着科技、交通的发展，各国各地区之间的交往日益频繁，单位制不同引起的麻烦越来越多，人们迫切希望能统一计量单位。
物理学的发展则为单位制的建立提供了条件，促进了世界各地计量单位的统一。
惠更斯发现了单摆振动周期公式后，建议采用秒摆（周期为2秒）的摆长为1米. 秒摆的摆长易复现，但在地球上不同地点，重力加速度g有差异，不同地点的秒摆摆长不严格相同，此建议未被采用；由于光学、天文学，地学的发展，人们能很准确地测量出地球经纬线的长度，1791年法国采用了以地球子午线四分之一长度的一千万分之一为1“米”，并制造出长度单位“米”的基准器，由法国档案局保管，根据此基准制造了31根截面为X 型的米原器，其中6号米原器经国际计量局鉴定后被选作国际米原器，保存在国际计量局。
同时规定：质量单位是1立方米的水在密度最大（温度40C）时的质量。
这种单位制以米为基础, 称为”米”制.19世记经典物理学已经形成严密的科学体系, 仅以长度一个单位为基础建立的单位制已远不能满足力学、热学、电学、光学等许多物理量计量的要求，在麦克斯韦等科学家建议下选择了长度单位“厘米”、时间单位“秒”、质量单位“千克”为三个基本单位，称为“厘米克秒“制（CGS制）；同时使用的还有“米千克秒”（MKS制）和“米千克力秒”（工程单位制）。
电磁学的发展又出现了一批如电场强度、电势、电介质的介电常数，磁感强度、磁通量、磁介质的磁导率等物理量。
电学中利用点电荷之间的相互作用力的库仑定律为基础定义电学量的一系列单位，称为绝对静电单位（CGSE制）；利用真空中两通电直导线间相互作用力为基础定义一系列磁学量单位(CGSM)制. 它们的基本单位都是“厘米、克、秒”，但有些物理量的单位却出现了不一致的情况。
高斯又提出了混合单位制，解决了单位制一致的问题，但运算却增加了麻烦。
高一物理知识点力学单位制力学是物理学的一个重要分支，研究的是物体运动和相互作用的规律。
在力学中，单位制是非常重要的，它能够帮助我们准确地描述和计算物理量。
对于高一学生来说，力学单位制是一个基础而且必不可少的知识点。
本文将从国际单位制、国际制子单位制和国际单位制与国际制子单位制的转换等方面进行论述，以帮助高一学生更好地理解和应用力学单位制。
一、国际单位制国际单位制是目前世界上通用的单位制，它使用的是国际单位。
国际单位制是在国际度量衡大会上制定的，由七个基本单位和两个衍生单位组成。
其中，七个基本单位分别是：米（长度的单位）、千克（质量的单位）、秒（时间的单位）、安培（电流的单位）、开尔文（温度的单位）、摩尔（物质的单位）和坎德拉（光强度的单位）。
二、国际制子单位制为了适应不同的物理量和实际应用，国际单位制还引入了一些衍生单位，这就是国际制子单位制。
国际制子单位制包括力、压强、功、能量等一系列的单位。
例如，力的单位是牛顿（N），压强的单位是帕斯卡（Pa），功和能量的单位是焦耳（J）等。
三、国际单位制与国际制子单位制的转换在物理实验和计算中，我们常常需要将国际制子单位转换为国际单位，或者反过来。
下面以一些常见的例子来说明：1. 力的单位转换国际单位制中的力的单位是牛顿（N），国际制子单位制中的力的单位是千克力（kgf）。
它们之间的转换关系是：1N = 0.10197kgf。
如果我们需要将一个物体的质量从千克/kg转换为千克力/kgf，可以使用这个转换关系来计算。
2. 压强的单位转换国际单位制中的压强的单位是帕斯卡（Pa），国际制子单位制中的压强的单位是标准大气压（atm）。
它们之间的转换关系是：1atm = 101325Pa。
在实际应用中，我们经常需要将标准大气压转换为帕斯卡，或者反过来。
3. 功和能量的单位转换国际单位制中的功和能量的单位是焦耳（J），国际制子单位制中的功和能量的单位是千卡（kcal）。
单位制背后的物理学思想
国际单位制的产生
目前全世界采用国际单位制作为通用的度量衡标准，国际单位制一共有七个基本单位：长度（m）、质量（kg）、时间（s）、电流（A）、热力学温度（K）、物质的量（mol）、发光强度（cd）。
物理学中的其他单位，都可以由这七个基本单位推导出来。
国际单位制最先开始于“米”制。
1875年，法、德、美、俄等十七国在巴黎签订《米突公约》，公认米制为国际通用的计量制度，同时成立了国际计量委员会和国际计量局。
从米和千克开始，国际计量局逐渐统一了度量衡标准，还提出了七个基本单位。
从此，国际单位制的广泛应用极大地方便了各国间的经贸往来和学术交流，对于促进人类的发展有着非常重要的意义。
国际单位制的弊端
国际单位制的广泛使用方便了各国间的交流，但是它从一开始就有一个非常大的弊端——极度依赖标准参照物。
如果参照物丢失或者发生变化，将导致不可估量的混乱。
以质量单位千克为例，全世界对于1千克的定义，都是以国际计量局的国际千克原器的质量作为标准。
然而在过去100多年间，国际千克容器居然因为污染增重了50微克。
可见国际单位制起初以实体参照物为标准的定义是不可靠的，不过科学家们也有解决的办法，即寻找永恒不变的物理量来定义这些单位。
科学家们选用光速c、约化普朗克常数、基本电荷常数e、玻尔兹曼常数KB、阿弗加德罗常数NA这五个常数分别重新定义了七个基本单位。
采用新定义的单位大小几乎没有变化，但却彻底摆脱了标准参照物的束缚——例如米的新定义为：光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所经路径的长度。
光速是永远不变的，所以新定义是相当可靠的。
现在我们已经不用再去比较一个1米长的参照物才能知道1米是多长了。
随着物理学各领域的蓬勃发展，国际单位制的使用在某些物理学领域，特别是微观物理学上表现出了另一个弊端——由国际单位制推
导出的一些物理公式中含有某些物理常数，而这些物理常数一般都比较复杂，往往不是过大就是过小，且有效数字的位数比较多，例如真空光速c的值为299792458、万有引力常量G的值G=6.67259×10-11、约化普朗克常数的值为1.05457266×10-34。
当使用含有这些物理常数的物理公式进行大量的计算时，计算和求解的过程就变得非常的麻烦。
于是科学家们开始考虑简化这些复杂的计算工作，自然单位制由此应运而生。
普朗克单位制
选择某些物理常数作为单位，这就是自然单位制。
自然单位制简化计算的效果相当明显，例如我们选定光速c为单位，那么速度v=1/2c就可以写为v=1/2，这样计算起来就相当方便。
自然单位制对于设置哪些物理常数作为单位并没有太大限制，可以根据实际的需要进行设置。
自然单位制中最具有代表性的是普朗克单位制，此外还有史东纳单位制，原子单位制等。
普朗克单位制由德国物理学家马克斯·普朗克提出，它一共有五个基本单位——普朗克长度l p、普朗克质量m p、普朗克时间t p、普朗克电荷q p、普朗克温度T p。
这五个普朗克单位的数值与国际单位制的标准单位的数值有非常大的差别，例如1个单位的普朗克质量m p的值为5.37×10-5g ，一个单位的普朗克电荷q p的值为18.755459C，一个单位的普朗克温度的值为1.416833×1032K 。
但令人惊喜的是，使用了普朗克单位制后，万有引力常数G、约化普朗克常数h、真空里的光速c、库仑常数k、玻尔兹曼常数K B的数值都化为了1，极大地方便了含有这5个物理常数的复杂物理式子的计算。
而且这五个物理常数覆盖着很大的物理领域，它们分别至少与一个理论物理领域相关：万有引力常数G和牛顿引力理论以及广义相对论相关；约化普朗克常数与量子力学有关；光速c和电磁学以及狭义相对论相关；库仑常数k和静电学相关；玻尔兹曼常数KB和热力学以及统计力学相关，由此可见普朗克单位制的使用是具有广泛意义的。
举个例子帮助读者理解为什么单位制的变化会改变一些常数的值——例如面积公式S=πr2，如果令1米的长度变为π-1/2米，则半径r
就变为r/π1/2，代入S=πr2就得到S=r2，这时候圆周率π就变为1了。
想象一下万有引力的计算公式F= Gm1m2/r2，当我们把万有引力常数G化为1以后，这个力的计算就会变得简单多了。
当然任何单位制都有其优缺点，不根据实际情况而随意改变单位制不一定有利于计算。
普朗克单位制与量子力学思想
普朗克单位制一个很重要的意义就是简化了量子力学领域的计算，从它身上我们也可以体会到量子力学的思想。
所以普朗克单位制的使用，也有利于人们发掘量子力学思想中更深刻的内涵。
例如普朗克长度，1个单位的普朗克长度等于1.6×10-35米——这是人类能测量的最小的长度，比这更小的长度因无法测量而变得没有意义。
这与我们熟知的常识“百尺之竿，日取其半，万世不竭”相违背，但是与量子力学“能量量子化”的思想相符合。
量子力学指出，能量是一份一份的不连续的，而由上文可知长度也是一份一份的不连续的。
小于普朗克长度的距离我们无法测量，这不是由测量设备的精度决定，而是由量子力学的一个重要的理论——不确定性原理决定的。
在量子力学中，粒子的位置和动量不能同时被准确确定。
一方的测量越准确，另一方的测量就越不准确，这就是不确定性原理。
而由于动量准确度的限制，才导致了能测量的最小的长度——也就是普朗克长度的出现。
德国物理学家海森堡于1927年提出不确定性原理，不确定原理体现了量子力学一个非常重要的思想——不确定性。
量子力学难以被人理解，甚至于研究它的科学家们也云里雾里，其原因就在于量子力学里面的很多物理量都是不确定的——它们只是以一定的概率存在，这和我们的经典物理有着本质的不同。
美国情景喜剧《生活大爆炸》里面有这么一幕，谢尔顿向他的室友们讲述一个非常考验物理知识的场景：海森堡开车因为超速被交警拦住，交警说他刚刚开到了85码，海森堡惊呼：“我现在不知道我在哪里了！”学过量子力学的同学会哈哈大笑，因为这个笑点来自于不确定性关系——动量越确定，位置越不确定。
奥地利著名物理学家薛定谔提出过一个思想实验：将一只猫关在
装有少量镭和氰化物的密闭容器里。
镭的衰变存在几率，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。
薛定谔的猫，它到底死了没有，我们谁也不知道，猫的死活变成了一个和镭的衰变有关的概率事件。
和普朗克长度同理，普朗克时间也是分立的。
1个单位的普朗克时间的值为5.39×10-44秒，它定义为光经过1个单位的普朗克长度所需要的时间长度。
1个单位的普朗克时间是人类能测量的最短的时间间隔，比这更短的时间基本可以忽略为0了。
包括普朗克单位制在内的自然单位制的诞生，体现出了科学家们在探索真理过程中所表现出来的强大的创造力，这点值得我们每一个人去借鉴和学习。
