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文檔簡介
國際單位制能力試卷一、國際單位制的歷史發(fā)展國際單位制(法語:SystèmeInternationald'Unités,符號:SI)源自公制或米制,舊稱“萬國公制”,是現(xiàn)時世界上最普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)度量衡單位系統(tǒng),采用十進(jìn)制進(jìn)位系統(tǒng)。其發(fā)展歷程是科學(xué)家們不斷探索和完善的結(jié)果,最早可追溯至18世紀(jì)末,于法國大革命時期的1799年被法國作為度量衡單位正式確立。1948年,第9屆國際計(jì)量大會根據(jù)決議,責(zé)成國際計(jì)量委員會(CIPM)“研究并制定一整套計(jì)量單位規(guī)則”,旨在建立一種科學(xué)實(shí)用的計(jì)量單位制。1954年,第10屆國際計(jì)量大會決議,決定采用長度、質(zhì)量、時間、電流、熱力學(xué)溫度和發(fā)光強(qiáng)度6個量作為實(shí)用計(jì)量單位制的基本量。到了1960年,第十一屆國際計(jì)量大會正式通過了這一實(shí)用計(jì)量單位制,并將其命名為國際單位制,推薦各國采用,其國際簡稱為SI。1971年,第14屆國際計(jì)量大會決議,在前面6個量的基礎(chǔ)上,增加“物質(zhì)的量”作為國際單位制的第7個基本量,并通過了以它們的相應(yīng)單位作為國際單位制的基本單位。2018年11月16日,國際計(jì)量大會通過了一項(xiàng)具有里程碑意義的決議,對國際單位制中的3個基本單位(千克、開爾文、安培)進(jìn)行了重新定義,改由自然常數(shù)來定義,并于2019年國際計(jì)量日(5月20日)起正式生效。此次修訂使得國際單位制7個基本單位全部由基本物理常數(shù)定義,標(biāo)志著量值的實(shí)現(xiàn)進(jìn)入了量子化時代。2022年11月,國際單位制再次迎來重要更新,新增了4個詞頭,分別是ronna、ronto、quetta和quecto。2023年5月20日,在世界計(jì)量日中國主場紀(jì)念活動上,全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會、國家市場監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布了這4個新詞頭的中文名稱,分別為:容[那]、柔[托]、昆[它]、虧[科托],依次表示102?、10?2?、103?、10?3?。這些新詞頭的加入,進(jìn)一步豐富了國際單位制的表示范圍,使其能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展對極端量級測量的需求。二、基本單位定義國際單位制中有7個嚴(yán)格定義的基本單位,它們在量綱上彼此獨(dú)立,是構(gòu)成整個單位制的基礎(chǔ)。(一)長度單位——米(m)米是光在真空中在1/299792458秒的時間間隔內(nèi)的行程。這一定義源于1983年10月第17屆國際計(jì)量大會的正式通過,它取代了之前基于氪-86原子光譜和鉑銥米原器的定義,利用光在真空中的恒定速度來定義米,使得長度的測量更加精確和穩(wěn)定,不受實(shí)物原器的限制。(二)質(zhì)量單位——千克(kg)千克是質(zhì)量的單位,等于國際千克原器的質(zhì)量。不過,隨著2018年國際計(jì)量大會的修訂,千克的定義也發(fā)生了改變,現(xiàn)在它與普朗克常數(shù)相關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)了由自然常數(shù)定義。此前,千克的定義依賴于保存在國際計(jì)量局的鉑銥千克原器,這種實(shí)物原器可能會受到環(huán)境等因素的影響而發(fā)生微小變化,新的定義則克服了這一弊端,提高了質(zhì)量單位的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。(三)時間單位——秒(s)秒是銫-133原子基態(tài)兩個超精細(xì)能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射的9192631770周期的持續(xù)時間。這一基于原子能級躍遷的定義,使得時間的測量具有極高的精度,為科學(xué)研究和各種精密計(jì)時應(yīng)用提供了可靠的時間標(biāo)準(zhǔn)。(四)電流強(qiáng)度單位——安培(A)在真空中相距1米的兩無限長而圓截面可忽略的平面直導(dǎo)線內(nèi)通過一恒定電流,若這恒定電流使得兩條導(dǎo)線之間每米長度上產(chǎn)生的力等于2×10??牛,則恒定電流的電流強(qiáng)度就是1安。安培的定義涉及到電流之間的相互作用力,它為電磁學(xué)領(lǐng)域的測量提供了基礎(chǔ)。(五)熱力學(xué)溫度單位——開爾文(K)開爾文是水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16。2018年的修訂后,開爾文與玻爾茲曼常數(shù)相聯(lián)系,以更精確的方式定義了熱力學(xué)溫度,這對于熱力學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究具有重要意義。(六)物質(zhì)的量單位——摩爾(mol)摩爾是一系統(tǒng)的物質(zhì)的量,系統(tǒng)中所包含的基本單位與0.012千克碳-12的原子數(shù)目相等。這里的基本單位可以是原子、分子、離子、電子或其他粒子,或是這些粒子的特定組合。摩爾的定義為化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域中對物質(zhì)組成和化學(xué)反應(yīng)的定量研究提供了便利。(七)發(fā)光強(qiáng)度單位——坎德拉(cd)坎德拉為一光源在給定方向的發(fā)光強(qiáng)度,光源發(fā)出頻率為540×1012赫的單色輻射,且在此方向上的輻射強(qiáng)度為1/683瓦每球面度。坎德拉的定義使得對光的強(qiáng)度測量有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),廣泛應(yīng)用于照明工程、顯示技術(shù)等領(lǐng)域。三、國際單位制的規(guī)則(一)構(gòu)成規(guī)則國際單位制按一貫計(jì)量單位制的原則構(gòu)成,采用十進(jìn)制構(gòu)成其倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位。只能通過SI詞頭構(gòu)成倍數(shù)和分?jǐn)?shù)的單位,其基本單位及其定義只能由國際計(jì)量大會決定,SI導(dǎo)出單位的專門名稱及其符號只能由國際計(jì)量大會選定。在國際單位制中,7個基本單位以及按一貫性原則從基本單位導(dǎo)出的單位,總稱為SI單位。例如,SI導(dǎo)出單位中既包括那些由國際計(jì)量大會賦予專門名稱的單位,如牛頓、瓦特、伏特、流明等;也包括那些沒有賦予專門名稱的單位,如米每秒、焦耳每開爾文、弧度每秒等。SI詞頭在使用時有嚴(yán)格的規(guī)定,當(dāng)單位前加了SI詞頭后,即構(gòu)成了一個新的整體。因而當(dāng)有指數(shù)時,是指這個整體,并非只對未加詞頭的那個單位。例如,表達(dá)為cm3時,是指立方厘米;表達(dá)為μs?1時,是指每微秒;表達(dá)為mm2/s時,是指二次方毫米每秒。同時,SI詞頭在任何情況下不能單獨(dú)使用,例如不能用k代替kg或kΩ,或103。對于無量綱量的SI單位,有相當(dāng)一批物理量的量綱是“1”,如折射率n、動摩擦因數(shù)μ、線應(yīng)變ε等。所有這類量的SI單位是兩個相同的SI單位之比,例如折射率的SI單位是兩個速度的SI單位之比,即m·s?1/(m·s?1)=1。其倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位不是用SI詞頭構(gòu)成而是用10的冪,例如10、103、10??、10?3等,也可用數(shù)學(xué)符號%代替10?2,但也可以用諸如微克每克(μg/g),毫升每立方米(mL/m3)這樣的單位來代替10??,但不應(yīng)使用ppm這類的縮寫符號。(二)使用規(guī)則關(guān)于單位的名稱及其簡稱都已有明確的規(guī)定。簡稱在不致混淆的情況下可等效它的全稱使用,習(xí)慣上只使用簡稱的單位可繼續(xù)使用,例如在一些十進(jìn)倍數(shù)單位中,如只用“毫安”而不用“毫安培”,但也不排斥使用“毫安培”。組合單位的名稱與其符號書寫的次序一致。符號中的乘號沒有對應(yīng)名稱,符號中的除號對應(yīng)名稱為“每”,無論分母中有幾個單位,“每”只在除號的地方出現(xiàn)一次。例如,加速度SI單位的符號是m/s2,其名稱為“米每二次方秒”而不是“米每秒每秒”;電能量的常用單位符號kW·h的名稱為“千瓦時”而不是“千瓦乘小時”。乘方形式的單位名稱,其順序是指數(shù)名稱在單位的名稱之前,相應(yīng)指數(shù)名稱由數(shù)字加“次方”二字而成。例如,斷面慣性矩單位符號m?的名稱為“四次方米”,而不是“米四次方”。指數(shù)是-1的單位,或分子為1的單位,其名稱是以“每”字開頭。例如,線膨脹的系數(shù)的SI單位℃?1或K?1,其名稱為“每攝氏度”或“每開爾文”而不是“負(fù)一次方攝氏度”或“負(fù)一次方開爾文”等。如果長度的2次和3次冪是指面積和體積,則相應(yīng)的指數(shù)名稱為“平方”和“立方”,并置于長度單位的名稱之前。例如,體積的SI單位符號m3的名稱為“立方米”,不能稱為“米立方”或“三次方米”,面積的常用單位符號km2的名稱為“平方千米”不能稱為“千米平方”或“二次方千米”。在選用倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位時,一般應(yīng)使數(shù)值處于0.1~1000范圍內(nèi),這樣可以使測量和計(jì)算更加方便和直觀。四、國際單位制的最新修訂內(nèi)容(一)基本單位定義的重大變革2018年11月16日,國際計(jì)量大會通過決議,對國際單位制中的千克、開爾文、安培和摩爾這4個基本單位的定義進(jìn)行了修訂,并于2019年國際計(jì)量日(5月20日)起正式生效。此次修訂的核心是將這些基本單位與固定不變的自然常數(shù)相聯(lián)系,取代了之前依賴實(shí)物原器或特定物質(zhì)性質(zhì)的定義。例如,千克與普朗克常數(shù)h相關(guān)聯(lián),開爾文與玻爾茲曼常數(shù)k相聯(lián)系,安培與基本電荷e相關(guān),摩爾則與阿伏伽德羅常數(shù)N?相聯(lián)系。這一變革使得國際單位制的基本單位更加穩(wěn)定、精確,不受時間和空間的限制,是計(jì)量史上的一個重要里程碑。(二)新增詞頭及其中文名稱2022年11月,國際單位制新增了4個詞頭,分別是ronna、ronto、quetta和quecto。2023年5月20日,在世界計(jì)量日中國主場紀(jì)念活動上,全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會、國家市場監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布了這些新詞頭的中文名稱,分別為:容[那]、柔[托]、昆[它]、虧[科托],依次表示102?、10?2?、103?、10?3?。這些新詞頭的引入,進(jìn)一步擴(kuò)展了國際單位制表示極大和極小量值的能力,滿足了現(xiàn)代科學(xué)研究、工程技術(shù)以及國際貿(mào)易中對極端量級測量的需求,例如在天體物理學(xué)中描述星系質(zhì)量或在粒子物理學(xué)中描述微觀粒子的質(zhì)量等方面都將發(fā)揮重要作用。(三)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的修訂計(jì)劃隨著國際單位制的不斷發(fā)展和完善,我國也在積極跟進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作。2025年9月5日,市場監(jiān)管總局下達(dá)了國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃《國際單位制及應(yīng)用》(計(jì)劃號:20254326-Q-424),該標(biāo)準(zhǔn)為修訂項(xiàng)目,屬于強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn),項(xiàng)目周期為16個月,由全國量和單位標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(TC16)執(zhí)行,主要起草單位為中國計(jì)量科學(xué)研究院等。此次修訂旨在適應(yīng)國際單位制的最新變化,確保我國在量和單位的使用上與國際保持一致,為我國的科技發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國際貿(mào)易提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。該標(biāo)準(zhǔn)將全部代替GB3100-1993《國際單位制及其應(yīng)用》,進(jìn)一步規(guī)范國際單位制在我國的應(yīng)用,
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