质量

质量的内容十分丰富,随着社会经济和科学技术的发展,也在不断充实、完善和深化,同样,人们对质量概念的认识也经历了一个不断发展和深化的历史过程。物理学中,质量是七个基本单位之一,用来表示“物体平动的惯量”和“物体对其他物体的引力大小的量度”。质量目标的定义是:“在质量方面所...
质量的内容十分丰富,随着社会经济和科学技术的发展,也在不断充实、完善和深化,同样,人们对质量概念的认识也经历了一个不断发展和深化的历史过程。物理学中,质量是七个基本单位之一,用来表示“物体平动的惯量”和“物体对其他物体的引力大小的量度”。质量目标的定义是:“在质量方面所追求的目的”。从质量管理学的理论来说,质量目标的理论依据是行为科学。产品明示的质量要求,是指生产者对产品的质量所作出的明确的质量承诺法。

质量 - 定义

初中:质量表示物体所含物质的多少。
质量是物体的一种基本属性,与物体的状态、形状、温度、所处的空间位置变化无关。
不同物体含有的物质的多少不一定相同。物体所含物质的多少叫做物体的质量(mass)。单位不同于重量。
质量是质的属性,是实质化的量,能量是量化的量。能量和质量可以相互转化,但是它们是不同的量。
质量可以理解为质(量、可转化的能)的多少。
质量大,物体含有物质多;质量小,物体含有物质少。
高中:质量,是描述物体的惯性的物理量。
最新见解:质量,是物体呈电中性时所含有的正负电子总数。
质量是决定物体受力时运动状态变化难易程度的唯一因素。
现在管理质量的仪器存放在巴黎。物理学中的质量 物体含有物质的多少叫质量。质量不随物体的形状和空间位置的改变而改变,是物质的基本属性之一,通常用m表示。在国际单位制中质量的单位是千克 (kilogram),即kg。
要强调的是,在现代物理学中质量的概念有两种:惯性质量和引力质量。惯性质量[1]表示的是物体惯性大小的度量,而引力质量表示的是物质引力相互作用的能力的度量。事实上,通过无数精确的实验表明,这两个质量是严格相等的,是同一个物理量的不同方面。
爱因斯坦在相对论中提出能量与质量是等价的,可以通过E=mc^2(E为能量,m为质量,c为光速),换算。此外,相对论还提出,质量与速度有关。关系式是m=静质量*根号下1-速度^2比光速^2即右下方图片。 质量
公式中的m0为静止质量(即牛顿力学中的质量),m为相对论质量 由公式可以看出,一个物体的速度v不可能达到或超过光速,否则分母为一个虚数,这样就不符合已有的物理学基本原理;而光子的静止质量m0=0,因此其速度可以达到光速。当v远小于c时,m可以近似地等于m0,仍然符合牛顿力学,因此相对论力学在远低于光速的情况下与牛顿力学是等效的

质量 - 质量概念的产生和发展

(1)牛顿以前人们对质量概念的认识
在很早以前,人们在研究物体的惯性运动时,就曾探讨过打破惯性运动时外来原因与运动变化的关系问题。伊壁鸠鲁就认为:快慢现象的产生,是由于有还是没有发生碰撞。这样,就把原子在虚空中运动的方向和速度的改变与作用力联系起来,当然这还只是一种定性的思辨性思想,但这里也已孕育着质量概念的有关思想。   伽利略在否定亚里士多德将速度与力相联系的错误观点后,首次提出了加速度的概念,从而把加速度与作用力直接联系起来。他指出,作用力按物体运动的速度的变化而成正比例地增加,这里伽利略已具有静质量的概念,即物体含有原子数量的多少。但伽利略时代还不能区分质量与重量这两个概念,常把二者混用,而且还没有明确地提出质量的概念。
最早提出质量概念的是弗兰西斯·培根。他在1620年出版的《新工具》一书中,把质量定义为“物体所含物质之量”,并提出“作用力依赖于质量”,从而把质量与作用力联系起来。

(2)静质量概念的形成
牛顿在接受了从古原子论者直至伽利略和培根关于静质量概念的论述,他在《自然哲学之数学原理》中明确定义了物体的静质量,即质量是“物质之量”,是由其密度和大小(体积)共同量度。也即质量是指物体含有物质的多少。在这里牛顿用密度和体积来定义质量,而不像今天我们是用质量和体积来定义密度,因为在牛顿时代,密度和体积是比质量更为简单的物理量。按照牛顿这种定义,说明物质是由不变的、不可入的、不可分割和具有惯性的原子组成的;质量就是物体包含的原子数量的量度;物体的体积愈大,原子的排列愈密,它所包含的原子数愈多,其质量就愈大。

(3)惯性质量概念的建立
牛顿在《自然哲学之数学原理》中引入了惯性质量的概念.“定义,物质固有的力,是每个物体按其一定的量而存在于其中的一种抵抗能力,在这种力的作用下物体保持其原来静止状态或者匀速直线运动状态。”在解释时,牛顿指出: “这种力总是同具有这种力的物质的量成正比的。”这样牛顿就把惯性质量的概念引入了物理学。在牛顿总结出的牛顿第二定律中更有具体的体现,由牛顿第二定律F=ma,质量就被定义为“物体惯性大小的量度”,即可以对不同物体施以同样大小的力,根据它们获得加速度的大小来确定质量的大小。获得加速度大的物体质量小,获得加速度小的物体质量大。这种测定物体质量的大小的方法就是根据惯性的大小来量度的,因此,这样测得的质量称为惯性质量。“惯性质量”的定义与“物质的多少”这一关于质量的概念也是相一致的。   根据定义,惯性质量是描述物体在受到一定的外力作用时所具有的维持原来运动状态不变性质的一个物理量。这个定义一方面反映了物质的客观实在性,因此惯性是物体的一种属性,作为其量度的质量也就成为反映物体特性的物理量。另一方面,它反映了物质与运动之间的辩证关系。但是,物体的惯性只是反映了物体保持其运动状态不发生变化的不变特性,而不直接反映物质的数量与物体的运动性质有什么联系,反映这种联系是惯性质量。

(4)引力质量概念的建立
质量的另一属性是量度物体引力作用的大小,具有这一属性的质量通常称为引力质量。引力质量的概念是牛顿在发现万有引力定律的过程中形成与建立起来的,从万有引力定律出发可定义引力质量。通常引力作用包括施力和受力两方面。根据牛顿的万有引力定律,任何两物体之间都有引力作用着,引力的方向沿两物体(视为质点)的连线上,大小与两物体的 质量m1、m2的乘积成正比,与两者距离r的平方成反比,即:
其中G为万有引力常数,质量m1、m2反映了物体引力作用的大小,称为“引力质量”。引力质量与“物质的多少”这一关于质量概念的定义是相一致的。根据万有引力定律,如果把m2作为引力源,则m2越大,引力就越大,因此,引力质量是产生引力场的能力的量度。另一方面,m1越大时,引力也越大,所以从这个角度看,质量又是受引力场作用能力的量度。因此,可以引入“引力质量”的概念来定义物体产生引力与受引力场作用的能力大小的量度。鉴于引力质量的性质,可用某物体(如地球)引力的大小来量度该物体的引力质量的大小。例如天平量度质量就是基于这种思想,因而天平所量度的就是物体的引力质量。

(5)惯性质量与引力质量的关系
从以上的叙述可知,惯性质量是出现在牛顿第二定律中,引力质量是出现在万有引力定律中,这二者是分别出现在两个基本的而且相互独立的定律中,显然,它们在物理本性上是完全不同的。爱因斯坦曾生动地以地球和石头间的引力为例来说明这一点,他说:“地球以重力吸引石头而对其惯性质量毫无所知。地球的 ‘召唤’力与引力质量有关,而石头所‘回答’的运动则与惯性质量有关。”因此,就出现了这样的一个问题:物体的引力质量与惯性质量是否是一回事?物体的惯性和引力这两种外表上完全不同的物理现象之间是否有深刻联系?这一问题在物理学的发展历史上曾有过许多争论和探索。   在物理学发展史上,牛顿首先从自由落体实验和单摆实验中论证了今天所说的引力质量与惯性质量的等价问题。牛顿的实验设计思想是这样的:由于地球的自转,地球上的物体所受到的重力与万有引力是不一致的。我们可以把重力看作是万有引力与惯性质量有关的惯性离心力二者的合力。这样,重力既与引力质量有关,也与惯性质量有关。并有关系式:   
这里m引是指物体的引力质量m惯是指物体的惯性质量。同时这里是矢量加法。从地球上某一固定点来看,上式中第二项是一个常数。这样从上式中可得这样的结论:对于同一位置上的不同物体,如果每一物体的m引与m惯不等或不成比例,则不同物体的g将不同。因此,实验就归结为验证不同物体的g是否严格一致。若一致,则m引与m惯相等或成正比;若不一致,二者则不等或不成比例。
在牛顿时代,要用实验精确测定g是很困难的,主要是难以精确测量下落的时间间隔.为此,牛顿设计采用了观测单摆的振动,根据长度相同的单摆的摆动周期来间接测定不同物体的重力加速度g。牛顿测得,惯性质量与引力质量成正比例的准确性达到 1/1000。
后来,贝塞尔运用牛顿的方法曾用各种不同物质做成的单摆进行实验,得到这两种质量成正比例的结果精确到1/60000。1894年厄阜用扭秤实验证实了引力质量与惯性质量之间的比例性质,其结果准确程度很高。厄阜的实验以十亿分之五的准确性测得二者是相等的。1922年厄阜又将实验精确度提高到3×10.1964年狄克等人改进了厄阜的实验,用金和铝来进行扭秤实验,精确度提高到(1.3±1.0)×10,1971年勃莱金斯基和佩语又将精度提高到10。
所有实验结果都可以简单表述为,在仪器测量精度范围内,m引 / m惯= 常数,适当选取单位可使常数数值等于1(如选取引力常数G=6.6699×10 mkgs)这样,惯性质量与引力质量就完全等价。爱因斯坦以他独特地创见,从惯性质量与引力质量等价的基本事实出发,创立了广义相对论,成为现代物理学的一大支柱。

(6)动质量和质能关系
在经典力学中,物体的质量是个不变的量,而在相对论力学中,物体的质量不是一个恒量,物体质量与运动速度之间有一定的函数关系,即质速关系:当静止质量为m的物体以速度v运动时,其质量为:   
式中c为真空中的光速。这就是相对论的质速关系,m称为相对论质量,又称为动质量。m与m0的差别只在物体运动速度很大,与光速可比拟时才显示出来。质速关系式已为实验所证实。质速关系式表明,物体的速度愈大,其质量愈大,速度为零时质量最小,这时的质量就是静质量。
随着质量概念的进一步发展,现代物理学已明确质量与能量之间的内在联系,这就是根据爱因斯坦狭义相对论推导出的质能关系式:E=mc²。式中E为能量,m为动质量,c为真空中的光速。该式表示任何一个物体的质量和它所包含的能量之间的关系。该式表明,任何物质的质量变化都将伴随着相应的能量变化,反之亦然,两物理量之间满足此关系式。这一关系已为实验事实,特别是核反应的实验事实所证实,它是揭示和利用原子能的理论基础。在自然界中,质量是一重要的守恒量。质量守恒定律是自然科学中重要的定律之一,它表明在任何与周围隔绝的物质系统(孤立系统)中,不论发生何种变化和过程,其总质量始终保持不变。这是质量重要的特性之一。
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