《量值传递与溯源》Ch2b -- 第二节长度单位――米.ppt

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1、量值传递与溯源量值传递与溯源中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院量值传递与溯源量值传递与溯源郭天太郭天太量值传递与溯源量值传递与溯源中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院第二章第二章 国际计量单位的发展过程国际计量单位的发展过程 n第一节第一节 国际计量单位概述国际计量单位概述 n第二节第二节 长度单位长度单位米米 n第三节第三节 质量单位质量单位千克千克 n第四节第四节 时间单位时间单位秒秒 n第五节第五节 电流单位电流单位安培安培 n第六节第六节 温度单位温度单位开尔文开尔文 n第七节第七节 物质的量的单位物质的量的单位摩尔摩尔 n第八节第八节 发光强

2、度单位发光强度单位坎德拉坎德拉 量值传递与溯源量值传递与溯源中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院 第二节第二节 长度单位长度单位米米 1875年，年，米制公约米制公约的签订促进了各国计量制的签订促进了各国计量制度走向统一，成为现代计量学创立的标志。度走向统一，成为现代计量学创立的标志。一、米制的产生18世纪中叶，世界各国的计量制度和计量单位杂世纪中叶，世界各国的计量制度和计量单位杂乱无章，科学家们使用各种计量单位来表述他乱无章，科学家们使用各种计量单位来表述他们的实验结果，这种状况不利于交流，也影响们的实验结果，这种状况不利于交流，也影响科学研究。统一计量单位制度成为世界各

3、国科科学研究。统一计量单位制度成为世界各国科学、文化、经济、交流的迫切要求，科学家们学、文化、经济、交流的迫切要求，科学家们开始寻找一种适用于各国的通用计量单位制。开始寻找一种适用于各国的通用计量单位制。量值传递与溯源量值传递与溯源中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院米制建立于米制建立于18世纪世纪90年代，是法国大革命的第一个科学成果。年代，是法国大革命的第一个科学成果。1790年，国民议会责成巴黎科学院组成计量改革委员会，委员年，国民议会责成巴黎科学院组成计量改革委员会，委员由当时的一批著名科学家担任。由被称为由当时的一批著名科学家担任。由被称为“近代化学之父近代化学之

4、父”的科的科学家、国民议会议员拉瓦锡为计量改革委员会主席，委员有天文学家、国民议会议员拉瓦锡为计量改革委员会主席，委员有天文学家拉普拉斯、数学家拉格朗日、物理学家库仑等。改革委员会学家拉普拉斯、数学家拉格朗日、物理学家库仑等。改革委员会成立了测量、计算、试验摆的振动、研究蒸馏水的重量（质量）成立了测量、计算、试验摆的振动、研究蒸馏水的重量（质量）以及比较古代计量制度五个小组。以及比较古代计量制度五个小组。1791年，改革委员会提议以赤道到北极的地球子午线的一千万分之年，改革委员会提议以赤道到北极的地球子午线的一千万分之一作为基本长度单位。考虑到能在全世界通用，单位名称没有采一作为基本长度单位。

5、考虑到能在全世界通用，单位名称没有采用法语，而用古希腊语用法语，而用古希腊语Meter，意为测量。，意为测量。1米的长度与当时欧米的长度与当时欧洲各国原有的旧制单位数值相近。面积和体积的单位分别是平方洲各国原有的旧制单位数值相近。面积和体积的单位分别是平方米和立方米的十进倍数单位与分数单位。质量或重量的单位是米和立方米的十进倍数单位与分数单位。质量或重量的单位是1立方分米的水在密度为最大时（温度为立方分米的水在密度为最大时（温度为4）的质量（或重量）。）的质量（或重量）。由于这种单位制度完全以米为基础，因此称为米制。由于这种单位制度完全以米为基础，因此称为米制。量值传递与溯源量值传递与溯源中国

6、计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院1791年，国民议会采纳了以米为基本单位的计量制度的年，国民议会采纳了以米为基本单位的计量制度的建议。随即，由德朗布尔（建议。随即，由德朗布尔（Delambre）和麦卡恩）和麦卡恩（Mechain）两位博士带队测量从法国敦刻尔克经过）两位博士带队测量从法国敦刻尔克经过巴黎到西班牙巴塞罗那之间的地球子午线弧长；拉瓦巴黎到西班牙巴塞罗那之间的地球子午线弧长；拉瓦锡等人测量给定体积的水的质量（或重量）。由于测锡等人测量给定体积的水的质量（或重量）。由于测量地球子午线需要较长时间，量地球子午线需要较长时间，1793年改革委员会又年改革委员会又提议采用

7、已有的测量数值建立临时的单位标准。并根提议采用已有的测量数值建立临时的单位标准。并根据已有测量地球子午线长度的数据，设定了据已有测量地球子午线长度的数据，设定了1米的长米的长度，制作了一支黄铜尺作为米的临时标准。度，制作了一支黄铜尺作为米的临时标准。1794年年5月，拉瓦锡逝世后，由他的助手们完成了月，拉瓦锡逝世后，由他的助手们完成了4时时1立方分米水的质量的准确测量，并用烧结铂制作立方分米水的质量的准确测量，并用烧结铂制作一个千克砝码，即千克基准。一个千克砝码，即千克基准。1795年年4月月7日，国民日，国民议会颁布了采用米制的法令。议会颁布了采用米制的法令。量值传递与溯源量值传递与溯源中国

8、计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院通过实测地球子午线结果求得巴黎所在经度圈上一个象通过实测地球子午线结果求得巴黎所在经度圈上一个象限的子午线长等于当时法国古尺限的子午线长等于当时法国古尺5130740督亚士督亚士（Toise），以一个象限子午线的一千万分之一，即），以一个象限子午线的一千万分之一，即0.5130740督亚士（督亚士（Toise）为）为1米的标准长度。根米的标准长度。根据测量结果制作了基准米尺。该尺用宽据测量结果制作了基准米尺。该尺用宽25.3mm、厚厚4mm的铂板制成，两端面之间的距离为的铂板制成，两端面之间的距离为1m。1799年年6月月22日，米和千克这两

9、件原器被保存在巴黎日，米和千克这两件原器被保存在巴黎共和国档案局里（因而称为共和国档案局里（因而称为“档案局米档案局米”和和“档案局档案局千克千克”）。）。量值传递与溯源量值传递与溯源中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院19世纪后半期，米制已被欧洲、美洲的许多国家接受，世纪后半期，米制已被欧洲、美洲的许多国家接受，把所有单位构成一种逻辑关系逐渐成为迫切要求。英把所有单位构成一种逻辑关系逐渐成为迫切要求。英国科学促进协会（国科学促进协会（BAAS）在关于单位制概念的发展中）在关于单位制概念的发展中起了重要作用。该协会的标准委员会选定力学领域中起了重要作用。该协会的标准委员会选

10、定力学领域中的厘米、克和秒三个基本单位构成厘米的厘米、克和秒三个基本单位构成厘米-克克-秒单位制秒单位制（英文为（英文为centimetre-gram-second system，故常简称故常简称CGS制），出现了第一个一贯单位制，但这制），出现了第一个一贯单位制，但这个单位制只适用于力学领域。此单位系统后来被个单位制只适用于力学领域。此单位系统后来被MKS制取代，也就是米制取代，也就是米-千克千克-秒系统（秒系统（metre-kilogram-second system），而后者又被），而后者又被国际国际单位制单位制（SI）所取代。）所取代。量值传递与溯源量值传递与溯源中国计量学院计量测试工

11、程学院中国计量学院计量测试工程学院二、米制的发展国际计量局经过较长时间的研究，用含铂90%、铱10%的合金精心设计和制成了30根横截面呈X形的米原器。这种形状最坚固又最省料，铂铱合金的特点则是膨胀系数极小。这30根米原器分别跟铂质米原器比对，经过遴选，取其中一根作为国际米原器。1889年，国际计量委员会批准了这项工作，并且宣布：1米的长度等于这根截面为X形的铂铱合金尺两端刻线记号间在冰融点温度时的距离。其余一些米原器都与国际米原器作过比对，后来大多分发给会员国，成为各国的国家基准，以后每隔几十年都要进行周期检定，以确保长度基准的一致性。量值传递与溯源量值传递与溯源中国计量学院计量测试工程学院中

12、国计量学院计量测试工程学院然而实际上米原器给出的长度并不一定正好是1米，由于刻线工艺和测量方法等方面的原因，在复现量值时总难免有一定误差，这个误差不小于0.1微米，也就是说，相对误差可达110-7。时间长了，很难保证米原器本身不会发生变化，铂铱合金米尺由于内部精细结构随时间变化，造成了两条规定刻线间距离的变化，从而无法保证国际米原器所规定的精度。再加上米原器随时都有被破坏的危险，所以，人们越来越希望把长度的基准建立在更科学、更方便和更可靠的基础上，而不是以某一个实物的尺寸为基准。量值传递与溯源量值传递与溯源中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院随着对微观世界了解的不断深入，人们受到爱因随着对微观世界了解的不断深入，人们受到爱因斯坦对光电效应和光的本质的成功解释以及普斯坦对光电效应和光的本质的成功解释以及普朗克定律的启发，许多科学家提出利用原子辐朗克定律的启发，许多科学家提出利用原子辐射的波长值取代国际米原器作为射的波长值取代国际米原器作为“米米”的新定的新定义。义。