自序

在分析和思考物理学中为什么选择这七个物理量作为基本物理量时，我们不由得想到地铁的换乘站。在一个地铁系统完善的城市里，我们可以通过换乘站的转乘来畅游全城。这些换乘站具有客容量大、有转换通道等特点，因此起到了交通枢纽的作用。七个基本物理量的确定不仅和人类认识客观世界的起点和过程有关，也和通过它们能简洁地打通全部物理量之间的关系有关。以基本物理量为线索，通过物理公式来贯穿全部物理量，可以实现物理量的系统性和网络化，与物理追求的由简单解释复杂，由特殊表示一般，和谐、统一的物理美学理念一致。

基本物理量的数目和选法不是唯一的，基本物理量选定之后还要建立一套单位制来和全部物理量相匹配。一般来说，基本物理量的数目多的话，有助于区别不同物理量的量纲，但物理公式比较复杂，将出现较多的物理常数；反之，公式简单，具有相同量纲的物理量的数目就会增多，从测量的角度看，这是有益的。

物理学中最早是选择长度、质量和时间三个量为基本物理量，对于力学现象来说，三个基本物理量已经足够了。后来新发现的电磁现象的单位也可以从力学单位导出，导出时可以遵循两条定律：一条是从静电学的库仑定律出发从作用力定义电荷的单位；另一条则是从安培定律出发定义电流的单位。但从事实际工作的工程师们觉得很不方便，于是又引入了一些实用单位，比如伏特（电动势）、欧姆（电阻）、安培（电流）、瓦特（功率）等。意大利工程师乔吉发现，如果长度、质量和时间的基本单位由米（m）、千克（kg）和秒（s）来充当，得到的机械功率的单位刚好就是电功的实用单位焦耳，但还不足以保证自动得出电学中的实用单位，因此应当增加一个电学的基本物理量，拥有独立量纲用来实现和力学量纲的区别，乔吉最初建议选电阻（单位：欧姆）。1935年，国际电工委员会通过了乔吉的建议。1948年，国际计量大会正式决定采用米-千克-秒-安培制，即MKSA制，这基本上就是乔吉的建议，只是第四个基本物理量定为电流。MKSA制只包括力学单位和电学单位，1954年，国际计量大会决定增加热力学温度单位开尔文和发光强度单位坎德拉为基本单位。1960年，国际计量大会决定把这种实用单位制定名为“国际单位制（SI）”。1971年，国际计量大会决定增加物质的量及其单位摩尔作为基本物理量和对应的国际单位。

基本物理量和人类计量史相伴而生、相辅相成。今天，我们站在人类发展的关键点上，我们将不再依赖实物作为测量的基准，自然法则润物无声，连通了肉眼不可见的量子世界与触不可及的宇宙空间。一个测量的新纪元即将到来，世界上全部的计量单位，将由自然基本法则定义。2018年，第26届国际计量大会在法国巴黎召开，这为计量科学带来了跨时代的发展，让任何人在任何地方，都可以准确地测量质量、温度、电流强度和物质的量，就像现在我们测量时间和长度一样精准。我们已跋涉千里，如能从历史中窥得未来的端倪，新的计量基准将助我们远行至无人之境。

本书分别针对七个基本物理量的意义、选取缘由、测量方法等展开论述。编写本书的作者均为中学一线教师，他们为了完成自己所负责的部分，都进行了广泛的阅读、大胆的思考和有效的交流，但毕竟视界和高度有限，所引用的图片均来源于文献和网络，所述观点多来源于参考文献，少数为大胆的思考推理，其中若有偏颇之处请各位前辈和同行不吝赐教。再者，因各部分执笔人不同，文笔风格与内容安排会有所差别，若给您带来不便，敬请谅解。感谢广东教育出版社的李朝明总编辑为本书所做的大量工作。

李晓霞
2023年11月