单位换算竟然这么简单!快学学换算系数吧!

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无所不在的单位

从小学开始,我们就一直接触到计量单位。从最开始基础的时分秒,到后来速度的单位,我们似乎还在掌控之中。

但是到了中学,计量单位就开始变得多了起来。各种物理公式混杂在一起,让人手忙脚乱

这里,我们来梳理一下常见的实用单位分析的方法,把我们从单位转换和公式中解救出来!

单位换算

小学版本

小学的时候的单位换算主要就是乘法和除法并用。比如说时间单位:

1\text{min} = 60\text{s}

我们要算\text{min}和算\text{s}的时候是不一样的。

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例1: 转换为秒:53\mathrm{min}

解1: 53\times 60 = 3180(\text{s})

例2: 转换为分钟:3180\mathrm{s}

解2: 3180\div 60 = 53(\text{min})

▲▲▲

但是这种方法还要再思考到底要用乘法还是除法,非常的麻烦,还容易出错

如果要算的步骤多了,特别容易把自己搞晕:

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例3: 转换为天:30\mathrm{s}

解3:

30\div 60 = 0.5(\text{min})

0.5\div 60 \approx 0.00833(\text{h})

0.00833\div 24 \approx 0.000347(\text{day})

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这简直太容易出错了!而且小数一步一步地算最后的答案还不精确

换算系数(conversion factor)则能够完美地解决这一问题。

中学版本

换算系数

换算系数的优雅之处就在于,他利用了数学上“任何数乘以1都得原数”的性质,将要转换的两个单位写成了分数的形式。拿时间来说,我们左右两边同时除以左边的数:

1\mathrm{min} = 60\mathrm{s}
\frac{1\mathrm{min}}{1\mathrm{min}} = \frac{60\mathrm{s}}{1\mathrm{min}}
1 = \frac{60\mathrm{s}}{1\mathrm{min}}

同理,左右同时除以右边的数:

1\mathrm{min} = 60\mathrm{s}
\frac{1\mathrm{min}}{60\mathrm{s}} = \frac{60\mathrm{s}}{60\mathrm{s}}
\frac{1\mathrm{min}}{60\mathrm{s}} = 1

所以我们就有了时间的换算系数:

\boxed{\frac{1\mathrm{min}}{60\mathrm{s}} = \frac{60\mathrm{s}}{1\mathrm{min}} = 1}

其实就是把等式左右两边堆成一个等于1的分数

换算系数的使用

在转换单位的时候,记住这三点:

  1. 计算全程带单位

  2. 把单位当成未知数运算

  3. 选择能够约分的转换系数:分别在分子分母对角线的单位可以约分

还是同样的题,思考时间大大减少:

▼▼▼

例4: 转换为秒:53\mathrm{min}

解4:

\begin{aligned}
53\mathrm{min} &= \frac{53\mathrm{min}}{1} \times 1 \\\\
&= \frac{53\cancel{\mathrm{min}}}{1} \times \frac{60\mathrm{s}}{1\cancel{\mathrm{min}}} \\\\
&= 53 \times 60 \mathrm{s} \\\\
&= 3180 \mathrm{s}
\end{aligned}

熟练之后,一行就能搞定了:

53\cancel{\text{min}} \times \frac{60\mathrm{s}}{1\cancel{\mathrm{min}}} = 3180\text{s}

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在分子和分母上的\text{min}成功被约掉了!

这看起来更复杂了,但事实上只是把有用的信息写出来了,在更加复杂的场景中给每个数字赋予了意义。我们实践一下更复杂的题目:

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例5: 转换为天:30\mathrm{s}

解5:

\frac{30\cancel{\mathrm{s}}}{1} \times
\frac{1\cancel{\mathrm{min}}}{60\cancel{\mathrm{s}}} \times
\frac{1\cancel{\mathrm{h}}}{60\cancel{\mathrm{min}}} \times
\frac{1\mathrm{day}}{24\cancel{\mathrm{h}}} \approx
0.000347\text{day}

▲▲▲

一行就得答案不用管乘除法,而且只用输一次计算器

还有更难的复合单位,也不在话下:

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例6: 转换为\text{m/s}1\text{km/h}

解6: 一步一步来,先转换长度单位,让\text{km}在对角线:

\frac{1\text{km}}{1\text{h}} \times
\frac{1000\text{m}}{1\text{km}}...

再转换时间单位,让\text{h}\text{min}在对角线:

...\times
\frac{1\text{h}}{60\text{min}} \times
\frac{1\text{min}}{60\text{s}}

我们得到:

\frac{1\cancel{\text{km}}}{1\cancel{\text{h}}} \times
\frac{1000\text{m}}{1\cancel{\text{km}}} \times
\frac{1\cancel{\text{h}}}{60\cancel{\text{min}}} \times
\frac{1\cancel{\text{min}}}{60\text{s}} \approx
0.28\text{m/s}

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遇到奇奇怪怪的题也不会一时语塞了:

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例7: 已知2\alpha = 3\beta,15\beta = 7\gamma,求37\alpha = ?\gamma

解7:

\frac{37\cancel{\alpha}}{1} \times
\frac{3\cancel{\beta}}{2\cancel{\alpha}} \times
\frac{7\gamma}{15\cancel{\beta}} =
25.9\gamma

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再也不用担心用错乘除法了!

总结一下:转换系数

已知一个单位转换a=b,我们就可以把它写成转换系数

\boxed{\frac{a}{b} = \frac{b}{a} = 1}

再根据已知条件,遵守以下原则,就可以顺利转换单位了!

  1. 计算全程带单位

  2. 把单位当成未知数运算

  3. 选择能够约分的转换系数:分别在分子分母对角线的单位可以约分

妈妈再也不用担心我的单位转换啦!

附录

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