初中物理学习资料 千克及国际千克原器

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教师参考 千克及国际千克原器
江苏丰县初级中学　刘庆贺
千克，（符号kg）为国际单位制中量度质量的基本单位，千克也是日常生活中最常使用的基本单位之一。是唯一一个有国际单位制词头的基本单位，也是唯一一个仍然使用人工制品作定义的国际单位（其他单位都用基础物理特性作定义，以便于在不同的实验室内复制）。



1795年4月7日，克在法国被规定为相等于“容量相等于边长为百分之一米的立方体的水于冰熔温度时的绝对重量”。由于商贸一般涉及的质量远比一克大，又由于以水为标准的质量既不方便又不稳定，所以为了商业法规必需制造出质量水定义的实化仪。于是，人们制造了一个临时的质量标准：一块金属人工制品，质量为克的一千倍──千克。



同时，准确判定一立方分米（一升）的水质量的工作也展开了。虽然千克定义规定的水温0℃是非常稳定的温度点，但是科学家们经过多年的研究决定于1799年在定义中改用水最稳定的密度点，也就是水达到最大密度时的温度，当时的量度结果为4℃他们断定在最大密度时一立方分米的水相等于4年前临时千克标准目标质量的99．9265%。同年，也就是1799年，人们制造出一块纯白金的原器，其目标就是原器质量会相等于（当时科学上许可地尽量接近）4℃时一立方分米的水。该原器于六月被呈上国家档案局，并于1799年12月被正式定为“档案局千克”，而一千克的定义就相等于其质量。这个标准维持了九十年。



自1889年起，国际单位制将千克的大小定义为跟国际千克原器（在专业度量衡学中很多时候会把它缩写为“IPK”）的质量相等。IPK由一种铂合金制成，这种合金叫“Pt?10Ir”，即90%铂及10%铱（按质量比）；然后把这种合金用机器造成39．17mm的直立圆柱体（高度=直径），这样做可以把表面积减至最低。比起纯铂的档案局千克，新加进去的10%铱改善了硬度，但同时保留铂的许多长处：对氧化的高度抵抗性、极高密度、良好的导电与导热性以及低磁化率。IPK与其六件姐妹复制品都被存放在国际计量局（BIPM）位于巴黎郊区的总部下层的储藏室内，有环境监控的保险箱里。（见下面的外部图片）开启保险箱需要三条被分开保管的钥匙。IPK的正式复制品可供其他国家作她们的全国标准之用。这些复制品大概每50年就要跟IPK比对一次。

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IPK是1879年制造的三个圆柱体之一。1883年，IPK的质量被发现跟八十四年前的档案局千克的一致，并在1899年的第一届国际度量衡大会中被正式指定为千克。维也纳标准海水（有严格同位素控制的纯净水）密度的现代测量指出一立方分米的水，在最大密度时（3．984℃）比一千克只差25．05ppm。这个微小的差别，与IPK跟档案局千克质量一致这个事实，说明了超过209年前科学家们在量度水密度及制造档案局千克的技艺是相当高超的。