初中物理/測量的歷史

測量的歷史和單位

從古到今，人們在日常生活、生產、貿易和科學實驗等活動中，總離不開比較和判斷，例如比較事物的大小、輕重、冷熱、快慢。我們知道，單憑人的感官來比較來判斷事物間的差異，有時既不准確也不可靠，所以我們來了解一下測量的歷史。

測量的目的就是進行可靠的定量與比較，因此首先要有一個公認的測量標準，叫做「單位」（英文：Unite），而「單位」是指數學方面或物理方面計量事物的標準量的名稱。不同國家在歷史上的不同時期，往往使用不同的量度單位。單位的不統一給生產和貿易帶來許多麻煩，於是就有了統一量度單位的需要。我國古代秦王朝第一次統一了全國的度量衡制，這有力地推動了生產和經濟的發展。現在，國際上制定了一套統一的量度單位，叫做國際單位制（Systeme International d'Unites，SI）。其次，要有合適的測量工具或儀器。

測量的單位和工具的發展歷史，反映出人類科學技術和社會文明發展演變的歷程。古代，人民經常把自己肢體的某些部分作為長度的單位，例如：中國曾用「步」作為長度單位，例如「百步穿楊」中的「步」作為長度單位；英語單詞feet（英尺），就起源於腳的長度。到今天，我們還時常用這些「隨身帶著」的工具來估測長度。

在SI制中，長度的單位是米，用符號m表示。最初規定通過法國巴黎的地球經線的四萬分之一為1米，並按照這個長度用鉑-銥合金鑄成一根「米原器」，存放在巴黎的國際度量衡局裡，作為全世界統一使用的1米基準。現在，已改用更精確、更穩定的標準，即規定「真空中光在1/299792458秒內傳播的距離為1米」。

時間的單位起源於地球自轉和公轉產生的四季和晝夜交替現象。四季輪迴一周的時間叫做年，月圓月缺的周期叫做月，晝夜交替的周期叫做日，一日分為24小時。中國古代將一天平均分為12個「時辰」，每個時辰又分為8個「刻」，在《水滸傳》等古典文學名著中就用時辰作為時間單位。

在SI制中，時間的單位是秒，用符號s表示。受古代巴比倫天文學的影響，秒、分、時均採用60進位制，這種根據地球自轉周期來確定時間單位秒的方法一直沿用到19世紀。到了20世紀，因為發現地球自轉存在不規則變化，於是決定不再按照地球自轉來確定「秒」的基準。目前是以銫原子的振動為基準來確定「秒」的長短，校準時間單位的工具改用銫原子鐘，原子鐘的工作非常準確穩定，已經達到幾千萬年相差1秒的程度。中國中央電視台播報的時間就是以銫原子鐘來校準的。

質量表示物體所含物質的多少。在SI制中，質量的單位是千克，用符號kg表示。在巴黎的國際度量衡局裡保留著用鉑-銥合金製成的「千克原器」，人們把它作為「千克」的基準。

今天，測量工具和技術的發展更是與現代生活和科技進步密不可分。從每家每戶的自來水錶、電能表、煤氣表，到布滿飛機駕駛艙的各種測量儀表，從第一次世界大戰後興起的航空測量到全球衛星定位、衛星遙感等，無不說明測量的重要。中國發射的「神州」號宇宙飛船，就是由停泊在三大洋上的太空測量船來執行飛行實驗的海上測控任務的。

當今，工程技術和科研上還經常採用一種實時數據採集和分析的測量技術。這種技術是將各種傳感器和計算機相結合，實現距離、速度、溫度、壓力等物理量的瞬時測量和數據處理，它能快速準確地測量出各種數據，並立即以圖表方式呈現出分析的結果。如今在中學實驗中，也常用這種現代數據採集和分析系統（簡稱DIS）來做實驗。

你知道嗎？

在測量中會涉及到許多物理量的單位。其中，有七個屬於國際單位制（SI）的基本單位，而其他物理量的單位都可以通過物理量之間存在的關係，也即物理規律，用公式找到這些單位與基本單位之間的聯繫，這些單位在物理學中叫做導出單位。例如，後面要學到的力的單位——牛頓就可以用質量、長度和時間這三個基本單位的組合來表示，所以牛頓是一個導出單位。下表是國際單位制（SI）中七個基本物理量的單位、符號

物理量	單位名稱	單位符號
長度	米	m
質量	千克	kg
時間	秒	s
電流	安（培）	A
熱力學溫度	開（爾文）	K
物質的量	摩（爾）	mol
發光強度	坎（德拉）	cd

思考與練習

1. 測量為什麼要有單位？測量結果怎樣表示？

2. 舉幾個你身邊的測量事例，分別說明測量什麼物理量，用什麼儀器，單位是什麼

3. 在網上用搜尋引擎來查詢並摘錄以下科學名詞和英文縮寫的全稱：

3S技術 GIS技術 GPS技術 RS技術