质量的概念、单位及其复现

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第232页（1813字）

1．质量的概念

质量是描述物体的惯性及该物体吸引其它物体的引力性质的物理量，是惯性质量与引力质量和统称。

所有物质都具有两种性质：惯性和引力。惯性是每个物体所具有的保持其原有运动状态的性质，它表现为每个物体对任何改变其运动的外界作用的抵抗。惯性质量是物体惯性的量度。实验表明，在惯性系中两个不同物体的惯性质量m₁、m₂，与它们在相同力作用下获得的加速度a₁、a₂成反比，即m₁／m₂=a₂／a₁。所以，只要选定其中一个物体的惯性质量作为单位，即可确定另一物体惯性质量的大小。而引力则是每个物体所具有的吸引其它物体的性质。引力质量是物体引力的量度。实验表明，两个质点A、B与另一等距离质点C之间的引力F_Ac与F_Bc的比值，等于它们的引力质量m_A与m_B之比，即m_A／m_B=F_Ac／F_Bc。所以，只要选定其中一个质点的引力质量作为单位，即可确定另一质点引力质量的大小。

实验证明，量度物体这两种性质的物理量——惯性质量和引力质量之间是成正比的，只要选取适当的计量单位，可使其在数值上相等。因而在使用中可以不加区分，而统称它们为质量。

物体的质量m与它的速度v有关：

式中 m₀——静止质量(v=0 时的质量)；

c——真空中光速(c=2．9979246×10⁸m／s)。

由于宏观物体的速度远小于c，即m和m₀相差极小，因而可把质量当作常量。爱因斯坦在他的广义相对论中证明，用惯性和引力来定义的质量实际上是完全相同的。

2．质量的单位及其复现

在SI中，把保存在国际计量局的国际千克原器的质量作为计量单位，称为“千克”或“公斤”(kg)。这个国际千克原器或公斤原器，是用90%铂和10%铱、密度为21．5g／cm³的铂铱合金组成的一种高度和直径均为39cm的正圆柱体。原器的材料性能稳定而不易磨损；原器的表面经精细抛光，以便减少凹处吸附和凸处磨损而引起的量值增减。原器的形状应使它的表面积最小，考虑到球形体的加工、调准和使用困难，因而选用了正圆柱体。

这个原器在1889年第一届国际计量大会上认定为质量单位基准，不确定度为0．002mg，是目前世界上复现基本单位量值的唯一的实物基准。为了证实其稳定性，从后来两次制作的63个铂铱合金圆柱体中选择了6个作为它的作证基准，其余的57个则分配给米制公约成员国作为国家公斤原器。我国的国家公斤原器编号No．60，经第三次国际周期检定确认的质量值为1kg+0．295mg。另有一个编号No．64，为我国公斤原器的作证基准，确认的质量值为1kg+0．251kg。这两个原器均保存在中国计量科学研究院。

【参考文献】：

［1］鲁绍曾主编，现代计量学概论第11章力学计量，中国计量出版社，1987。

［2］王江主编，现代计量测试技术第16章力学计量技术，中国计量出版社，1990。

［3］王立吉，现代计量测试发展动态，现代计量测试，1993；1∶3～9。

［4］鲁绍曾主编，计量学辞典，中国计量出版社，1995。

［5］施昌彦，王大充，液压式标准测力机的有效面积和压力波动，计量学报，1986；4∶296～304。

［6］施昌彦，测力称重计量的某些发展动向，现代计量测试，1994；6∶2～4。

［7］天津市计量管理局编，力学计量，中国计量出版社，1985。

［8］国家技术监督局编，国家计量检定系统，中国计量出版社，1991。