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指尖上的單位換算
/張虎崗
當(dāng)你開(kāi)始學(xué)習(xí)物理,會(huì)經(jīng)常聽(tīng)到老師把一個(gè)名詞掛在嘴邊:物理量。
什么是物理量呢?
物理量指的是量度物質(zhì)的屬性和描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)所用的量值。
物理量通常都有名稱(chēng),這些名稱(chēng)也是我們常說(shuō)的物理概念。物理量一定是物理概念,但物理概念不一定是物理量。
比如,“溫度”這一物理概念表示物體冷熱程度,溫度有高低之分,所以溫度也是物理量;“速度”這一物理概念表示物體運(yùn)動(dòng)的快慢程度,速度有快慢之分,所以速度也是物理量。但是像 “參照物”“蒸發(fā)”等物理概念沒(méi)有大小之分,也就沒(méi)有“量值”,不是物理量。
一般來(lái)說(shuō),像溫度的高低、速度的快慢,我們是可以感知的。但是要準(zhǔn)確地描述出溫度有多高、速度有多快,只靠感知就有心無(wú)力了。
這時(shí),需要測(cè)量。
測(cè)量,是一種定量比較,就是將待測(cè)的物理量與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量就是我們俗稱(chēng)的單位。
所以要進(jìn)行測(cè)量,首先要建立標(biāo)準(zhǔn),并且要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
如果沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),測(cè)量結(jié)果也就莫衷一是。想想“小馬過(guò)河”的故事就知道了。
同樣一條河,老牛說(shuō)水很淺,才沒(méi)小腿,能趟過(guò)去;松鼠說(shuō),水很深,昨天才淹死一個(gè)同伴;當(dāng)小馬進(jìn)到河中才發(fā)現(xiàn)河水既沒(méi)有老牛說(shuō)的那么淺,也沒(méi)有松鼠說(shuō)得那么深。
為什么老牛、松鼠一個(gè)認(rèn)為河水淺另一個(gè)卻認(rèn)為河水深呢?
原因就在才 “測(cè)量”河水深度時(shí),它們都以自身為“標(biāo)準(zhǔn)”,沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
因?yàn)闆](méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),所以老牛與松鼠自說(shuō)自話,搞得小馬不知所措。
因此,為了在測(cè)量時(shí)得到公認(rèn)的結(jié)果,首先要建立一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn),我們只有把這個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)量做為一個(gè)單位,得出的結(jié)果才能得到大家的承認(rèn)。
1960年,國(guó)際計(jì)量大會(huì)上各國(guó)協(xié)商制定一套國(guó)際統(tǒng)一的單位,叫做國(guó)際單位制(International  System  Of  Units,簡(jiǎn)稱(chēng)IS),規(guī)定了長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間等物理量的基本單位,推薦各國(guó)使用。現(xiàn)在世界上大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)采用國(guó)際單位制。
長(zhǎng)度的測(cè)量是最基本的測(cè)量,我們就以長(zhǎng)度的單位為例。
在國(guó)際單位制中,長(zhǎng)度的基本單位是“米”,用符號(hào)m表示。
1m有多長(zhǎng)呢?
現(xiàn)在你就站起來(lái)走兩步,兩步的距離大約就是1m。
人的身高用“m”作單位比較合適,但是腳的長(zhǎng)度、手指甲的寬度用“m”就顯得偏大了,而北京到上海兩地間的距離用“m”這個(gè)單位又顯得太小了。
所以,科學(xué)家又制定了一些比米大的和小的單位。常見(jiàn)的有千米、分米、厘米、毫米、微米、納米等等,分別用km、dm、cm、mm、μm、nm表示。
剛才我們說(shuō)過(guò)人走兩步通過(guò)的距離是1m,所以你走2000步通過(guò)路程就是1km。
1dm大約是一個(gè)成年人的手掌的寬度,一根鉛筆的長(zhǎng)度將近2dm。
1cm大約等于人手食指指甲蓋的寬度。
1mm和我國(guó)二代身份證的厚度接近。
1μm很小,一根粗一些頭發(fā)直徑是接近100μm。如果你的刀功夠好又有耐心地像切蔥絲一樣把一根頭發(fā)沿軸向切成相同厚度的100片,那么每一片的厚度就是1μm。
將1μm等平均分成1000段,每一段的長(zhǎng)度就是1nm。1nm小到你無(wú)法想象。我們可以做一個(gè)類(lèi)比。如果1nm和手掌放大相同倍數(shù)。當(dāng)1nm有手掌那么寬時(shí),手掌的寬度將達(dá)到10000000m(一千萬(wàn)米),也就是1萬(wàn)千米。1萬(wàn)千米有多大呢?和地球的直徑差不多大,也就是說(shuō)這時(shí)候你完全可以把地球托在手心再拋起來(lái)當(dāng)成“球兒”來(lái)玩了。
m前面的k、d、c、m、μ、n是單位的前綴,它們代表10的冪次,這種十進(jìn)制使得同一物理量的單位間換算非常容易,只需要乘以10的適當(dāng)冪次就可以了。
這樣,一個(gè)數(shù)就可以表示成a×10的n次冪的形式,其中1≤|a|<10,n表示整數(shù)。在一個(gè)用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示的大于1的正數(shù)中,n是正整數(shù),10的n次冪表示在1的后面有n個(gè)0;若該正數(shù)小于1,則n是負(fù)整數(shù),10的n次冪表示在1的前面有n個(gè)0。
km、dm、cm、mm、μm、nm都可以和m進(jìn)行換算,換算關(guān)系如圖所示。
如果你覺(jué)得這樣記單位換算關(guān)系沒(méi)意思,就用下面的方法吧!
伸開(kāi)你的左手(為什么是左手?因?yàn)橛沂忠糁鴮?xiě)字,哈哈;除非你是一個(gè)左撇子),把km、m、mm、μm、nm按順序?qū)懺诖竽粗?、食指、中指、無(wú)名指和小指的指尖,相鄰兩個(gè)手指指尖表示單位的進(jìn)率是1000;再在食指兩個(gè)指腹分別標(biāo)上dm、cm,則食指上所標(biāo)的相鄰單位的進(jìn)率是10,cm與mm的進(jìn)率也是10。
大單位換算為小單位,次冪是正數(shù);反之,小單位換算為大單位,次冪就是負(fù)數(shù)。
在單位換算時(shí),第一步是“換單位”。
先看一個(gè)大單位轉(zhuǎn)換為小單位的簡(jiǎn)單例子,例如把5.4km的單位轉(zhuǎn)換為m和nm,只需要“換單位”一步即可到位。
再增大一些難度,把50.1km的單位換算成m,這時(shí)在“換單位”后還要增加一步:“變數(shù)字”。
最后再舉一個(gè)小單位換算為大單位的例子,將200nm的單位換算成m。
畫(huà)重點(diǎn)了:
單位換算的方法分為兩步:一,換單位;二,變數(shù)字。這是知識(shí)與技能。
在單位換算中蘊(yùn)含的著研究等效替代的思想,這是科學(xué)思維。
而等效替代體現(xiàn)了公平的原則,這就是情感態(tài)度與價(jià)值觀了。
再將單位換算推及到生活中,你用一角錢(qián)換別人一元錢(qián)肯定不行,一角錢(qián)與一元錢(qián)不等價(jià),兩者不能相互替代。但是你用10角錢(qián)就可以換一元錢(qián),因?yàn)?0角錢(qián)與一元錢(qián)是等價(jià)的,所以?xún)烧呔涂梢员舜颂娲?/span>
有了標(biāo)準(zhǔn),就能進(jìn)行測(cè)量了嗎?
不行,還需要測(cè)量工具。
下周二:六字真言降服測(cè)量工具
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