实验是物理学的基石

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1、2018-9-12实验是物理学的基石•伽利略（经典物理学奠基人）–将实验引进物理学第一章物理量与量纲–制作望远镜观察月球–通过观察发现钟摆等时性–思想实验（*）Physicalquantitiesanddimensions惯性定律相对性原理自由落体内容提要测量的基础地位•测量是实验的核心•1.测量•任何理论必须预言可测量的结果•2.基本物理量•物理学家必须通过数学方程，用可测量的•3.估算与量纲分析数量表示物理量之间的关系例如，关于测量的注意事项•任何测量都有不确定度（误差）§1.测量•测量误差在合理范围内才有意义•测量必

2、须用合适的单位来表示国际单位制（SI制、公制）12018-9-12长度（length）标准•1米–1790年，通过巴黎的地球子午线长度的四千万§2.基本物理量分之一定义为1m–1889年，第1届国际计量大会用钛铱合金制作了标准米尺–1960年，第11届国际计量大会将氪86原子发射的橙红色的波长的1650763.73倍定义为1m–1983年，第17届国际计量大会将光在真空中1s经过的距离的1/299792458定义为1m七个基本物理量时间（time）标准PhysicalquantityUnitnameUnitSymbolLe

3、ngth长度meter米m•1s力学,Time时间second秒s–世界时间（UT）：由地球人类尺度Mass质量kilogram千克kg自转定义的时间。平均太ThermodynamictemperatureKelvin开尔文K阳日的1/86400定义为1s热力学温度–1967年，第13届国际计量AmountofsubstanceMole摩尔mol大会将Cs133原子发射的特物质的量定波长光的周期的Electriccurrent电流Ampere安培A9192631770倍定义为1s。LuminousintensityCand

4、ela坎德拉cd这一方法测量时间精度为1980-83年每天相对发光强度12于铯钟24小时的误差10分之一1971年第14届国际计量大会确定[Hallidayetal,FundamentalsofPhysics]•更大或更小的尺度（scale）•一些典型时间段（保留一位有效数字）[Hallidayetal,FundamentalsofPhysics]黑色为常用[Hallidayetal,FundamentalsofPhysics]22018-9-12•时刻、时间段、时序–时刻：某事件发生的时间点–时间段：某过程所持续的时间长

5、度§3.量纲分析–时序：不同事件发生的先后顺序因果律：原因必发生在结果之前；先后发生的事件不一定有因果关系。质量（mass）标准量纲•1kg•量纲表示物理量的本质属性，与物理量的–千克原器：保留在巴黎国具体数值无关。际计量局，铂铱圆柱体，•力学中的基本量纲直径和高均为3.9cm。–原子质量单位：C12原子质[length]=L[time]=T[mass]=M量的1/12•力学中任意物理量Q的量纲均可表示为[Hallidayetal,FundamentalsofPhysics]导出物理量量纲分析的应用•由基本物理量构造出来的

6、物理量称为导出物理量。例如:•纠错导出物理量构造方式单位速度长度/时间m/s•发现规律加速度长度/时间2m/s2•量级估算力质量*长度/时间2N=kgm/s2密度质量/长度3kg/m3力矩质量*长度2/时间2Nm=kgm2/s2能量（功）质量*长度2/时间2J=Nm=kgm2/s2动量质量*长度/时间kgm/s角动量质量*长度2/时间kgm2/s32018-9-12利用量纲分析纠错•例：匀加速直线运动质点从原点静止开始做匀加速•基本原则直线运动，求t时刻位置。a–同一方程中不同量纲的量不能相加减x–如下一些函数的自变量必须

7、是无量纲量（纯数值）例外：lnx–lny当x和y有相同量纲•例：恒温动物进食量与体重的关系•例题：分析错误1）进食最终转化为热量通过体表散发出去–老师的身高=172kg2）因此，单位时间散热量正比体表面积S–匀加速直线运动位移3）动物体重正比于体积V函数–弹簧振子振动方程利用量纲分析发现规律利用量纲分析进行量级估算•方法•方法–分析未知量与已知量量纲之间的关系–分析未知量与已知量量纲之间的关系–根据量纲匹配做最简单的猜测–根据量纲匹配做最简单的猜测•例：单摆周期T–代入已知量的特征量级获得未知量的量级42018-9-12•

8、例：地球人造卫星的第一宇宙速度相当于地表附近平抛一物体h不落到地面上所需的速度。R故已知量只需考虑R,m,g未知量估算更准确的计算h重力提供向心力R作业一质量为m、长为l的匀质细杆，可绕过其一端的光滑水平轴O在竖直平面内自由转动。杆在水平状态由静止开始下摆。令λ=m/l表示细杆质量线密度。当杆以角速度ω