高中物理 運動的描述——時間的計量

我們在講課本內(nèi)容的過程中,會將一些課本上沒有明確提到,但是在應用時必須知道的內(nèi)容一并講出來,目的是為了保持知識的連續(xù)性,幫助同學們更好地理解課本的內(nèi)容。
看一下如何計量時間。我們學過時間可以表征物體運動的持續(xù)性,因此可以通過運動來計量時間。已知其運動規(guī)律的物理過程都可以用來計量時間,通常采用那些能夠重復的周期現(xiàn)象。
自然界的許多重復現(xiàn)象中,人們習慣采用地球自轉作為時間的計量基準,地球的自轉表現(xiàn)為太陽東升西落,白天與黑夜交替。生活中人們把太陽連續(xù)兩次經(jīng)過某一處子午面的時間間隔叫做當?shù)氐囊蝗铡R荒甏蠹s365日,1日24小時,每小時60分鐘,每分鐘60秒。

利用地球的自轉運動計時,從古代開始東西方都發(fā)明了不少工具。例如日晷,它是一種利用太陽投射的影子來測定時刻的裝置。在地球參考系中,太陽相對地球周期性運動,因此陽光通過晷針投射的影子也是周期性運動的。通過判斷影子的位置就能知道時刻。
據(jù)記載,人類使用日晷的時間非常久遠,古巴比倫人在遠古時代的6000年前就開始使用了,中國在3000年前的周朝開始使用。日晷的外貌變化非常多。


在晚上沒有太陽的時候,人們就根據(jù)星空的周期性變化發(fā)明了星盤等夜間測試儀。

星盤上有天空和星星的背景,在表盤上可以讀取月份和星星的標志。在六分儀發(fā)明之前,是用于天文測量的儀器。
除了地球的自轉之外,在太陽系的各種運動中能準確觀察而足以用作時鐘的周期性運動,還有地球繞太陽的公轉,月球繞地球的公轉,木星和金星繞太陽的公轉,木星的四顆衛(wèi)星繞木星的公轉等。
還有一些計時工具利用了其它物體的周期性,比如沙漏,擺式掛鐘,座鐘,懷表,手表等等。





實驗室常用的計時工具有停表,打點計時器,電火花計時器,光電門計時系統(tǒng)等等。




現(xiàn)代隨著對微觀世界認識的深入發(fā)展,以及對微波技術的進一步掌握,人們利用某些分子或原子固有不變的振動頻率作為時間的計量基準。因為原子從一種能量狀態(tài)到另一種能量狀態(tài)所發(fā)射出的電磁波頻率非常穩(wěn)定,科學家就利用這種原子的固有頻率制成了大量的原子鐘,它們的精度比基于地球自轉的時鐘高幾十倍或幾百倍以上。
1967年第十三屆國際計量大會決定采用銫原子鐘作為新的時間計量基準,將一秒按原子標準重新定義為:地面狀態(tài)的銫133原子基態(tài)兩個超精細能級躍遷相對應的輻射周期的91,9263,1770倍。根據(jù)這一標準設計的原子鐘可以精確到每天誤差

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目前時間是測量最準確的一個基本量。
在國際單位制中,時間和時刻的單位都是秒,符號是s;常用的單位還有分、小時等,符號分別為min和h。
1小時=60分=3600秒。
總結
由于時間可以表征物體運動的持續(xù)性,人們往往通過物體的周期性運動來計量時間,利用從宏觀天體的周期性到微觀世界的周期性制作出了多種多樣的計時工具,自從人類發(fā)明時鐘以來,400年內(nèi)時間計量準確度不斷的改進,取得了驚人的進步。