分类:单位

来自Big Physics


定义和含义

单位,指的是,用于度量事物的量的标准[1]

层次标注

在这里,它属于第二层知识,即学科概念。

与之相关的单位一的思想,是属于第三次知识,即学科大图景。

辅助理解的解释

单位赋予了数具体的含义

单位通常都放到一个数后面,用于将数赋予具体的含义,例如几支铅笔、几个鸡蛋、几元钱,也就是用, "数+量词(单位)+事物",来表达完整的意思。这里,几只铅笔的支、几个鸡蛋的个、几元钱的元,这几个单位都是具体的单位。这样具体的单位跟在一个数后面,就能准确度量被描述的事物的量。所以在我们数数的时候,其实是带着单位在数数的,否则就不知道你所数数的对象具体是指的什么。实际上,添上单位就意味着你思考清楚了这些东西之间的关系[1]

单位是可以计算的

其实,单位是同样参与到计算当中的,一切的运算都适用。另外,单位换算本身就是因为单位是可以计算的。而且,我非常鼓励你在做任何计算时都带着单位去计算,这样更能让你明白你在计算什么,你离最终想要计算的东西还差多远。当你一直保持这个习惯下去后,你会发现量纲分析就是你本来就自然会的东西,而且这样的习惯威力是非常强大的。(量纲分析是在物理中常用的一种分析方法,完全基于单位进行分析,有时候可能极大的简化问题的分析和求解过程)

加法为例

首先,加法是不会改变单位的,而且只有单位相同的东西才能直接使用加法。

例如,你不能把[math]\displaystyle{ 5(分米)+ 1(米) }[/math]直接相加,因为它们的单位是不同的。

这时候你需要先把要用来相加的东西的单位统一,如果可以统一那就可以相加,如果不能统一就不能相加。

这也是为什么两个分母不同的分数在算加法时,需要先进行通分后才能相加的本质原因。

继续上面的例子,你可以把[math]\displaystyle{ 1(米) }[/math]转换为[math]\displaystyle{ 10(分米) }[/math],然后进行[math]\displaystyle{ 5(分米)+ 10(分米) }[/math]的加法。或者是,你可以把[math]\displaystyle{ 5(分米) }[/math]转换为[math]\displaystyle{ 0.5(米) }[/math],然后进行[math]\displaystyle{ 0.5(米)+ 1(米) }[/math]的加法。甚至如果你想把它们都转换成千米为单位,也可以,那就是[math]\displaystyle{ 0.0005(千米)+0.001(千米) }[/math]的加法。到底用什么单位进行度量,取决于你,一般来说,我们都是根据研究的问题来定的,取一个最简单的能帮助我们解决问题的单位,除非你想刻意麻烦自己。

由于减法和加法是统一的,所以减法就不再重复说明了。

乘法为例

注意,乘法是会改变单位的,单位直接就随着数字一起进行乘法运算。

例如,早餐时,爸爸为我和妹妹各自准备了3个鸡蛋,请问我和妹妹一共有几个鸡蛋?这时候,如果连同单位一起写下来,就是:

[math]\displaystyle{ 3(个鸡蛋/人) \times 2(人) }[/math]

这里, [math]\displaystyle{ 3(个鸡蛋/人)= 3 (\frac{个鸡蛋}{人}) }[/math],这里是分数的知识。"3(个鸡蛋/人)"也读作"三个鸡蛋每人",这里的"/"就是分数线,也就是除号。

我们很容易知道 [math]\displaystyle{ 3 \times 2 = 6 }[/math],下面我们只看单位的计算:

[math]\displaystyle{ 个鸡蛋/人 = \frac{个鸡蛋}{人} }[/math]

[math]\displaystyle{ (\frac{个鸡蛋}{人})\times (人)= 个鸡蛋 }[/math]

所以把[math]\displaystyle{ 3 \times 2 = 6 }[/math]以及单位[math]\displaystyle{ (\frac{个鸡蛋}{人})\times (人)= 个鸡蛋 }[/math]都计算出来后,我们自然有,

[math]\displaystyle{ 3(个鸡蛋/人) \times 2(人) = 6 (个鸡蛋) }[/math]

所以单位参与到计算当中,能够帮助我们时刻理解我们到底在算什么。

除法为例

本来,除法和乘法是统一的,但是为了帮助你理解,这里还是列出来,如果你已经理解了除法和乘法是统一的,这里就不用看了。

还是上面的例子,爸爸做了6个鸡蛋给我和妹妹,我们决定平分这六个鸡蛋,请问我们每人可以得到几个鸡蛋?

由于,

[math]\displaystyle{ 6 \div 2 = 3 }[/math]

[math]\displaystyle{ 个鸡蛋 \div 人 = 个鸡蛋/人 }[/math]

所以最后结果是,

[math]\displaystyle{ 6 (个鸡蛋) \div 2(人) = 3(个鸡蛋/人) }[/math]

平方为例

其实,平方也就和乘法是一样的。因为平方就是乘法的简写而已,本质上还是乘法。

我们来计算一个长方形的面积:这个长方形的长是7米,宽是4米,算出这个长方形的面积。

由于我们已经探索出了长方形面积的计算公式了,我们就直接用,于是有:

[math]\displaystyle{ 7(米) \times 4(米) = 28 (米 \times 米) }[/math]

由于平方的定义,是两个相同的对象相乘,于是我们来看这里的单位,也就是[math]\displaystyle{ (米 \times 米) }[/math],符合平方的定义,于是我们就把[math]\displaystyle{ (米 \times 米) }[/math]写成[math]\displaystyle{ (米^2) }[/math],也就是平方米。

于是,你知道了所有了面积的单位是怎么来的了,是因为单位本身也是可以计算的。

这时候,我们就很好讨论,面积单位之间的换算是怎么通过单位的计算得来的。当你知道这些以后,你只需要记住长度单位之间的是如何换算的,其他的例如面积单位体积单位,都可以通过计算来得到。

例如平方米和平方厘米之间的换算是这样来的([math]\displaystyle{ 1米=100厘米,记作1 m = 100cm }[/math]):

[math]\displaystyle{ 1 m^2 = 1 m \times 1 m = 100 cm \times 100 cm = 100 \times 100 (cm \times cm) = 10000 (cm)^{2}, 记作10000 cm^2 }[/math]

于是你知道了单位之间的换算的真正原因是依靠着单位计算来的。

  1. 1.0 1.1 吴金闪,《小数数学这样学》,浙江人民出版社,2023, http://www.systemsci.org/jinshanw/books

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