测量与单位Measurement and Units

大思想 · 数量与比例(SPQ)AP 科学实践 5 · 数学运算约 20 分钟

学习目标

  • 说出测量结果由数值和单位两部分组成
  • 认识化学中常用的单位和词头(k、c、m、μ、n)
  • 用换算因子进行单位换算

前置知识

  • 化学研究什么(1.1.1)

数值 + 单位

“这杯水有 250。”250 什么?毫升还是克?测量的结果必须同时写出数值和单位:250 mL。少了单位,数字就没有意义。

常用的单位

物理量国际单位(SI)化学中常用
长度米 mcm、mm、nm
质量千克 kgg、mg
体积立方米 m³L、mL(1 mL = 1 cm³)
温度开尔文 K摄氏度 °C
时间秒 smin
物质的量摩尔 mol阶段二会学

词头:一眼看出大小

单位前面的词头表示乘以 10 的多少次方:

词头符号含义例子
千 kilok10³ = 10001 kg = 1000 g
厘 centic10⁻² = 1/1001 m = 100 cm
毫 millim10⁻³ = 1/10001 L = 1000 mL
微 microμ10⁻⁶1 g = 10⁶ μg
纳 nanon10⁻⁹1 m = 10⁹ nm

表里的 10⁻² 读作“10 的负 2 次方”。负指数表示“1 除以 10 的几次方”:10⁻ⁿ = 1/10ⁿ。所以 10⁻² = 1/100 = 0.01,10⁻⁶ = 1/1 000 000 = 0.000 001。正指数就是 1 后面跟几个 0:10⁶ = 1 000 000。后面例题里 5 × 10⁴ 这样的写法叫科学计数法,1.3.2 节的“科学计数法”工具卡会系统地讲。

温度:T(K)= t(°C)+ 273(精确值是 273.15)。比如水的冰点 0 °C = 273 K,沸点 100 °C = 373 K。

🔧 数学工具卡 · 单位与换算会了可以跳过

换算因子:把“1 L = 1000 mL”写成一个等于 1 的分数 1000 mL1 L\frac{1000\ \text{mL}}{1\ \text{L}}。任何数乘以 1,大小都不变,只是换了单位。

分数的方向怎么定:想去掉的单位放在分母上,让它和原来的单位约掉。

例:2.5 L×1000 mL1 L=2500 mL2.5\ \cancel{\text{L}} \times \frac{1000\ \text{mL}}{1\ \cancel{\text{L}}} = 2500\ \text{mL}

把 350 mL 换成 L,应该乘以哪个换算因子?

选一个物理量,输入数值,换一换单位,看看换算因子是怎么写的:

动手试试:单位换算

例题 1:两步换算

0.5 km 是多少 cm?

分步解析
  1. 先换成 m。 0.5 km×1000 m1 km=500 m0.5\ \cancel{\text{km}} \times \frac{1000\ \text{m}}{1\ \cancel{\text{km}}} = 500\ \text{m}
  2. 再换成 cm。 500 m×100 cm1 m=50 000 cm500\ \cancel{\text{m}} \times \frac{100\ \text{cm}}{1\ \cancel{\text{m}}} = 50\,000\ \text{cm}
  3. 也可以连起来写。 0.5 km×1000 m1 km×100 cm1 m=5×104 cm0.5\ \text{km} \times \frac{1000\ \text{m}}{1\ \text{km}} \times \frac{100\ \text{cm}}{1\ \text{m}} = 5 \times 10^4\ \text{cm}

例题 2:温度换算

人的正常体温约 37 °C,是多少开尔文?

分步解析
  1. 用公式。 T(K)= t(°C)+ 273。
  2. 代入。 T = 37 + 273 = 310 K。
练一练:选一个最合适的单位
  1. 一片维生素 C 的质量
  2. 一个鸡蛋的质量
  3. 一名中学生的质量
  4. 一瓶矿泉水的体积
  5. 一桶饮水机用的桶装水的体积
  6. 一次实验用量筒量取的盐酸

常见误区

误区 1:只写数,不写单位。 “加入 5 的盐酸”没有意义,必须写成“加入 5 mL 盐酸”。

误区 2:换算因子方向写反。 2.5 L×1 L1000 mL2.5\ \text{L} \times \frac{1\ \text{L}}{1000\ \text{mL}} 里单位约不掉,算出来的单位很奇怪。检查单位能不能约掉,是发现错误的好办法。

误区 3:大小写不分。 m 是“毫”(10⁻³),M 是“兆”(10⁶):mg 和 Mg 差了 10⁹ 倍。而且 Mg 还是镁的元素符号!

即时小测

1.5 L 等于多少 mL?

−10 °C 是多少开尔文?

小结

  • 测量结果 = 数值 + 单位。
  • 常用词头:k(10³)、c(10⁻²)、m(10⁻³)、μ(10⁻⁶)、n(10⁻⁹);1 mL = 1 cm³;T(K)= t(°C)+ 273。
  • 单位换算:乘以等于 1 的换算因子,想去掉的单位放在分母,让单位约掉。
通往 AP(以后再看)

AP 化学大量使用这种“量纲分析”(dimensional analysis):摩尔、浓度、气体的计算,几乎都可以写成一串换算因子相乘、单位一个个约掉。阶段二的 2.1.2 会专门练习多步换算。

练一练这一章:模块 1 · 化学是什么 · 10 道题

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