BASIC PHYSICS

信樺文化

基礎物理 基礎物理 BB

第一章 基本測量第一章 基本測量

第一節 物理學的發展第一節 物理學的發展

第二節 長度、質量、時間及其單位和測量第二節 長度、質量、時間及其單位和測量

目　　錄目　　錄目　　錄目　　錄

物理學的發展

　物理學的精神是經由觀察物理世界現象後，透過思想、整理、推演、判斷及運用基本關係式描述物理的現象，然後在不斷觀察和實驗下形成一套理論，如牛頓的三大運動定律、馬克士威的電磁理論、司乃耳建立光學折射定律等等，這些都是物理學上不朽的成就。

物理量

　隨著科學的進步，為了觀察各種自然現象，如何定量成為一件重要的事情。因此，若能定義長度的基本單位，我們便可以明確的知道高度。有了基本的認知之後，就可以進一步推測未知的現象，所以量測成為物理學中重要的一環。凡是物理學上量測的量，都統稱之為物理量。

物理量的元素

　表明一物理量的元素，包含數值和單位兩　部分。例如，小明一百公尺跑了二十秒，　平均速度＝ 100 公尺／ 20 秒＝ 5 公尺／

秒，　其中一百公尺、二十秒、 5 公尺 / 秒都是

物　理量，所以物理量中的數值和單位是缺一　不可的。

物理量的分類

　物理量可分為基本量和導出量。基本量是　可以直接測量且最簡單的物理量，我們用　它們來衡量現實世界裡的物理現象，目前　國際上基本量有七種，可參考表 1-1 。由

七　種基本量推導出的物理量稱為導出量，例　如體積、密度及速度等都是。

國際標準制基本單位表 1-1 　國際標準制基本單位

基本量 單位 英文名稱 符號　長 度 米 Meter m　質 量 仟克 Kilogram kg　時 間 秒 Second Sec　電 流 安培 Ampere A　溫 度 凱氏 Kelvin K

物質量 莫耳 Mole mole　光 度 燭光 Candela cd

單位制前述七種基本量中，最普遍常用的有長度、質量、時間。此三種基本量，目前在世界各國中，有兩種最通行的單位制－－即公制和英制。

制度 單位制 長　　度 質　　量 時　　間

公制M.K.S.制 公尺 (meter) 公斤 (kilo-gra

m) 秒 (second)

C.G.S.制 公分 (centi-meter) 公克 (gram) 秒 (second)

英制 F.P.S.制 呎 (foot) 磅 (pound) 秒 (second)

SI制 米 (meter) 公斤 (kilo-gra

m) 秒 (second)

長度及其單位

　長度在公制中的基本單位是公尺，亦稱為　米。最早是由法國定義，為「通過巴黎的　子午線從赤道到北極長度的一千萬分之一　」，而後法國根據此規定製作鉑銥合金的　「米原器」（圖 1-1 ）。

圖 1-1 國際米原器

A 、 B二標線間的距離在０℃等於 1米。 1875 年國際度量衡委員會在巴黎召開會議，美、法、德、俄等 17國政府代表共同簽署《米制公約》，從此米制成為國際通行的長度標準。

公制與英制及其衍生單位

　公制採十進位，乃以公尺為標準基本單位　，表 1-3 做進一步介紹；英制則以呎為標

準　基本單位，傳說是一位英國國王以他自己　的腳長度定為一呎，換算成公制為 1 呎＝

12

　吋＝ 30.48 公分，其中 1 吋＝ 2.54 公分，表

　 1-4 也做詳細介紹。

公制與英制及其衍生單位 ( 續 )

與公尺之關係 中文名稱 英文名稱 英文縮寫

1000公尺 公里（仟米） kilo-meter Km

100 公引（佰米） hector-meter

Hm

10 公丈（什米） deca-meter Dm

1 公尺（米） meter m

0.1 公寸（分米） deci-meter dm

0.01 公分（厘米） centi-meter cm

0.001 公厘（毫米） milli-meter mm

表 1-3 　公制長度單位

公制與英制及其衍生單位 ( 續 )

與呎之關係 中文名稱 英文名稱 英文縮寫

6080呎 海里（浬） nautical mile

nm

5280呎 英里（哩） mile mi

3呎 碼 yard yd

1呎 呎（英尺） foot ft

1/12呎 吋（英吋） inch in

表 1-4 　英制長度單位

長度的量度

　　　通常在測量長度時都會用米尺，可是　用於較長或較短距離卻是不方便的。

　　　在較長的長度量測上可用三角測量

　法，利用相似三角形，測出距離。

　　在量測較短之距離時， 就使用長尺來測

　量。

圖 1-2 　測量值的準確度

　圖 1-2 中，筆在甲尺中　的測量值為 2.5cm ，　而在乙尺中的測量值為　 2.54cm ；相對於甲尺，　乙尺的準確度多了一位　數。用乙尺量了 4次，分別為 2.54 、 2.56 、　 2.57 、 2.55 ，取其平均後為 2.555 ，而乙尺　最小刻度為毫米，所以平均後測量值應為　 2.55cm 。

長度的量度 ( 續 )

例題 1

10 位同學分別用尺測量物體長度，分別量出3.26 、 3.22 、 3.24 、 3.15 、 3.23 、 3.25 、

3.24、 3.22 、 3.00 、 3.25cm ，試求出精確度最

高的物體長度。

其中 3.15 與 3.00cm 明顯誤差過大，所以必

　 須捨去，將其他八個數據取其平均可得 3.235cm ，其測量值為 3.23cm 。

質量及其單位

　質量在公制中的基本單位是公斤，其定義　是「在一大氣壓下，溫度 4℃的一公升

（等　於 1 立方公寸）純水的質量。」後依此規

定　，製作鉑銥合金的圓柱體，存放於法國巴　黎國際度量衡局供人校對。

公制與英制及其衍生單位

　表 1-5 為公制中表現質量的各種單位。英制

　中質量標準單位為磅（ pound ），而公制　、英制之間的換算為 1磅＝ 0.4536 公斤，

表　 1-6列出英制中表現質量的各種單位。

公制與英制及其衍生單位 ( 續 )

中文名稱 英文名稱 英文縮寫 與公克之關係

公噸 metric ton MT 106

公斤（仟克） kilo-gram kg 103

公兩（佰克） hecto-gram Hg 102

公錢（什克） deka-gram Dg 10

公克 gram g 1

公絲（毫克） milli-gram mg 10-3

表 1-5 　公制常用質量單位

公制與英制及其衍生單位 ( 續 )

中文名稱 英文名稱 英文縮寫 與磅之關係

長噸（英制） long ton 2240磅

短噸（美制） short ton

2000磅

磅 pound lb 1 磅

啢（盎司） ounce oz 1/16磅

表 1-6 　英制常用質量單位

例題 2

威廉體重 132 英磅，請問換算為多少公

　斤？

　　　

公斤磅 0.45361

59.87520.4536132 （公斤）

隨堂練習

小美喝著 15盎司的飲料，請問換算為多

　少公克？

　　　

質量的量度

　我們可以透過比較不同物體受地心引力的大小來測量質量，例如利用等臂天平，在左右托盤分別放置物體和砝碼，當左右托盤達平衡時即可測出質量，但此種測量方法不適用在無重力下。我們也可透過牛頓第二運動定律來求出質量，此部分將於第二章再詳加介紹。

時間及其單位

任何有規律且重複發生的現象，都可以用來量測時間，例如沙漏、線香、日晷等。中文名稱 時間換算秒 1秒分 60秒刻 15分＝ 900秒小時 60分＝ 3600秒天 24小時＝ 1440分＝ 86400秒月 30或 31天季 3個月年 12個月＝ 365或 366天

End