力學(xué)基本物理量與測量

1、第二節(jié)力學(xué)基本物理量及測量方法物理學(xué)的發(fā)展離不開歷史上很多偉大的物理實驗，很多物理定律就是通過實驗來驗證或者是實驗 基礎(chǔ)上的推理得到的，物理學(xué)的大廈中鑲嵌著無數(shù)令人瞠目結(jié)舌的精妙實驗。古人說九尺之臺，起于 壘土，我們對物理力學(xué)的學(xué)習(xí)，就從基本的力學(xué)物理量和簡單的測量方法開始。1力學(xué)的基本物理量在物理學(xué)中，我們用物理量來描述物體的固有的性質(zhì)和運動的狀態(tài)。物理量分為基本物理量和導(dǎo) 出物理量。力學(xué)中通常選長度、質(zhì)量、時間為基本物理量，這三個物理量可以導(dǎo)出所有力學(xué)的導(dǎo)出物蘇度單位來/秒（導(dǎo)吐1物理雖）時間單位基不胸理昌）辰厘單忖（基本物哩晁）長度的單位是米（m）。為了方便我們也理量，例如速度（如右圖）

2、。導(dǎo)出物理量是根據(jù)物理量的 定義由基本物理量組合而成的。物理量要同時用數(shù)字和單位兩部分來表示，否則不產(chǎn)生任何物理意義。1. 仁長度和長度單位我們用長度這個物理量來表示物體的大小。在國際單位制中, 經(jīng)常使用千米（km卜分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（：m）和納米（nm）等長度單位。1 m=io3km = 10dm = io2cm = 103mm = 106 Jm=l09nm。例題：F是電容的單位符號，A是電流強度的單位符號,20 mF =F =100 mA=A=JA500 g=kg1光年是指光在真空中以除以上長度單位以外，在天文學(xué)中常用光年、天文單位來做長度單位。3 108米/秒

3、的速度經(jīng)過1年所走過的距離，約等于米。1天文單位（AU）是指地球到太陽的平均距一癲距離捌n 2oo 光年的星球.發(fā)出覘 星光在壬宙中當(dāng)苻了 200憶年才被我舒看 到。,10埃=1納米。那很漂兗.離，約為1.496 1011米。請思考：天文望遠(yuǎn)鏡可以看到200億光年以外的星星，那我們看到的光豈不是來自 200億年前？我們看到的星星的樣子是 200億年前樣子？我們仰望星空，看到的豈不是不同時間和空 間的一個大拼盤？在描述原子大小時，我們經(jīng)常用到一個單位是埃格斯特朗（簡稱埃）在國外，英尺是很常用的長度單位，1英尺=0.3048米。我們生活中還有很多常用的長 度單位，例如寸、尺、丈。1米=3寸，丈=1

4、0英尺E英寸”I貝，懈呢？我和你一樣葛!例1. （1999年河南賽區(qū)試題）某同學(xué)以自己一只鉛筆的長度為單位長度，即發(fā)明了一個新的長度單位“鉛筆長”，他用這支鉛筆測得一個桌子的長度為這支鉛筆長尺=100寸我們漢朝的1尺合 23.1cm,史書上說我身高 是九尺，大哥是七尺五， 三弟和軍師身高都是八 尺。度的5. 6倍，則桌子的長度應(yīng)記作 面積的國際單位是平方米（m2）。我們在丈量土地時，會用到公畝（are）和公頃（Hectare）這兩個面積單位。一些長度和距離（單位：米）原子半徑：（0.5-3） 10°人頭發(fā)的直徑：約7 10 '一張紙的厚度：約10*我國鐵道的標(biāo)準(zhǔn)軌距：1.43

5、5珠穆朗瑪峰海拔高度：8848.43地球半徑：6.4 106地球到月球的距離：3.8 108太陽半徑：7 108銀河系半徑：6 10191公頃=100公畝=10000平方米體積的國際單位是立方米（m3）。某容器所能容納物體的體積叫做這個容器的容積。固體的容積單位與體積單位相同，而液體和氣體的容積單位一般用升（L）、毫升（mL ）。1. 2 .時間和時間單位在國際單位制中，時間的單位是秒（s）。在生活中我們還會用到小時（h）、分（min）、毫秒（ms）等時間單位。單位換算24 cm2 =2 m48 m i n=h2m/ s =km/ h63mL =L=1000ms1h =60min =3600s

6、 1 min =60s 1s1. 3 .質(zhì)量和質(zhì)量單位物體含有物質(zhì)的多少叫做物體的質(zhì)量 （mass）。質(zhì)量是物體的一種屬性，不因物體的位置、形狀、狀 態(tài)、溫度等因素而改變。在國際單位制中，質(zhì)量的單位是千克（kg）。在生活中我們還會用到小時噸 （t ）、 克（g ）等單位。2測量與誤差物理是一門實驗學(xué)科，物理學(xué)的結(jié)論都是通過實驗或者是實驗基礎(chǔ)上的推理得到的。物理實驗的 最基本的內(nèi)容就是測量。測量，是一個將待測的量與公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的過程。理論上，物理量的真實值是不能被直接測量到的，測量值與真實值的差異叫做誤差。減小誤差的方法很多， 可以多進(jìn)行幾次測量，求出幾次測量的數(shù)值的平均值，這個平均值比

7、某一次測得的數(shù)值更接近于真實值，改進(jìn)測量儀器性能也可以減小誤差。誤差和錯誤是不同的， 誤差不可避免；而錯誤可以避免。2. 1.長度的測量測量長度最常用的工具是刻度尺，測量較大長度時用鋼尺或卷尺。當(dāng)測量的精確程度要求較高時，可用游標(biāo)卡尺（精確程度可達(dá)到0. 02毫米）或螺旋測微器（也叫千分尺，精確程度可達(dá)到0.01毫米）?？潭瘸撸?使用物理儀器的使用注意事項大多分3部分：1、 先看能不能用、好不好用（觀察量程、最小刻度、零刻度線）；2、 該怎么用、不該怎么用（一定要正反兩方面總結(jié)）；3、怎么讀數(shù)（估不估讀？視線方向） ?？潭瘸叩氖褂米⒁馐马棧?、使用前，首先看刻度尺的零刻度是否磨損，如已磨損則應(yīng)

8、重選一個刻度值作為測量的起點。其次看刻度尺的 量程（即測量范圍）。原則上測長度要求一次測量，如果測量范圍小于實際長度， 勢必要移動刻度尺測量若干次，則會產(chǎn)生較大的誤差。最后應(yīng)看刻度尺的分度值（儀器上相鄰兩條刻度線之間代表的物理量，也叫最小刻度值、精確值）。分度值不僅反映了刻度尺不同的準(zhǔn)確程度，而且還涉及到測量結(jié)果的有效性。量程和分度值應(yīng)從實際 測量要求出發(fā)兼顧選擇。2、 尺邊對齊被測對象，必須放正重合，不能歪斜；尺的刻面必須緊貼被測對象，不能“懸空”。正確 觀察的方法是視線在終端刻度線的正前方，視線與刻度面垂直。3、估讀到最小刻度值的下一位。例如下圖中分度值是1mm則估讀到0.1mm,估讀值為

9、0.5mm。最后測量測量結(jié)果是 2.15cm。注意，如果估讀值的數(shù)值為零，也必須寫出來，例圖，測量結(jié)果可以記作3.00cm。游標(biāo)卡尺：當(dāng)我們要精確測量物體的長度、外徑、內(nèi)徑、孔深時，經(jīng)常會用到游標(biāo)卡尺。下圖是游標(biāo)卡尺的示意圖。1是主尺；2是游標(biāo)，它是套在主尺上的一個可移動的部件；3是下測腳，用來測量寬度、厚度或外徑；4是上測腳，用來測量槽的寬度或內(nèi)徑；5是可隨游標(biāo)一起移動的測深尺，用來測量槽或孔的深度；6是固定主尺和游標(biāo)的鎖緊螺釘。原理：如圖，上測腳距離、下測腳距離、主尺“0”刻度線和游標(biāo)“ 0 ”刻度線的距離是相等的。所以無論是測內(nèi)徑，還是測外徑，測量長度就等于主尺“0”刻度線和游標(biāo)“ 0”

10、刻度線的距離。錯位放大原理：游標(biāo)卡尺是利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成這里我們重點介紹10分度、20分度、50分度的游標(biāo)卡尺10分度的游標(biāo)卡尺： 主尺上10個小格的長度是10mm每小格1mm游標(biāo)上10個小格的長度是9mm 每小格0.9mm,比主尺上每小格小0.1mm=讀數(shù)時先從主尺上讀出厘米數(shù)和毫米數(shù)，然后用游標(biāo)讀出0.1毫米位的數(shù)值，游標(biāo)的第幾條刻線跟主尺上某一條刻線對齊，0.1毫米位就讀幾（不能讀某）。其讀數(shù)準(zhǔn)確到0.1mmo20分度的游標(biāo)卡尺： 主尺上20個小格的長度是 20mm每小格1mm游標(biāo)上20個小格的長度是19mm 每小格0.95mm,游標(biāo)上每小格的距離為 0.95

11、mm，比主尺上相鄰兩個刻度間距離小 0.05mm。讀數(shù)時先 從主尺上讀出厘米數(shù)和毫米數(shù)，然后用游標(biāo)讀出毫米以下的數(shù)值：游標(biāo)的第幾條刻線跟主尺上某一條刻線對齊，毫米以下的讀數(shù)就是幾乘0.05毫米。其讀數(shù)準(zhǔn)確到0.05mmo50分度的游標(biāo)卡尺：游標(biāo)上相鄰兩個刻度間的距離為0.98mm，比主尺上相鄰兩個刻度間距離小 0.02mm。這種卡尺的刻度是特殊的，游標(biāo)上的刻度值，就是毫米以下的讀數(shù)。這種卡尺的讀數(shù)可以準(zhǔn)確至U 0.02mm。物1 障II 叩IIJ屮呷II屮川卩in1 2 :要注意：游標(biāo)卡尺都是根據(jù)刻線對齊來讀數(shù)的，所以都不再往下一位估讀。先看游標(biāo)尺的零刻線在主尺的多少毫米刻度線的右邊，讀出所測

12、長度的以毫米為單位的整數(shù)部分；再看游標(biāo)尺上第幾條刻度線與主尺上的刻線對齊，將對齊 的游標(biāo)尺刻線與游標(biāo)尺零線間的格數(shù)乘以卡尺的精確度，就是所測長度以毫米為單位的小數(shù)部分；以上兩部分相加就是游標(biāo)卡尺的讀數(shù)。即：測量值=主尺上毫米整數(shù)部分+格數(shù)X精確度測量結(jié)果為測量結(jié)果為測量結(jié)果為螺旋測微器（千分尺）當(dāng)我們用于精度要求更高的長度測量時，可以用螺旋測微器來達(dá)到實驗?zāi)康模盟鼫y量的準(zhǔn)確程度可以達(dá)到0. 01毫米；常用來測量細(xì)金屬絲的直徑，薄板的厚度等。如圖所示，螺旋測微器由固定部分和可動部分組成。固定部分：弓架F、固定卡腳 A、固定刻度S?？蓜硬糠郑夯顒涌_ B和可動刻度K（它們是連在一起并通過螺紋套在

13、5上卜K'，為保護旋鈕。L是止動旋鈕，用來控制可動刻度K。測量原理：螺旋測微器固定刻度 S的最小分度是毫米（mm），在最小分度的上方有一組半毫米的刻 度線。將螺旋測微器的可動刻度K轉(zhuǎn)動一周時，可動刻度 K在固定刻度S上沿軸線方向移動（前進(jìn)或后退）0. 5毫米（即可動刻度K在固定刻度S上移動了一個螺距）。可動刻度K分成50個均勻的分度格。這樣可動刻度 K轉(zhuǎn)動一個分度格，活動卡腳就在固定刻度1S上移動了 0. 01毫米（0. 5毫米的）。所以螺旋測微器測量的準(zhǔn)確程度可以達(dá)到0. 01毫米。50測量前要校對零點：右旋可動刻度 K使AB靠近，當(dāng)AB接近時改用保護旋鈕 K'，當(dāng)聽到 噠噠

14、' 的響聲后停止微調(diào)?？创藭r可動刻度的零刻度與固定刻度S的零刻度是否在 S的軸向線處對齊。如果不對齊就要修正誤差。K'，當(dāng)聽到 噠噠”的響聲后停止微n（半毫米的n倍）；再以固定刻度的中測量時先左旋可動刻度 K，使AB間距大于被測物體的長度，將被測物體置于AB之間。再右旋可動刻度K使AB靠近，當(dāng)AB接近被測物體時，改用保護旋鈕 調(diào)。以可動刻度的邊緣為準(zhǔn)，讀出固定刻度上下刻度線的總條數(shù)心線（上下刻度的分界線）為界讀出可動刻度上的刻線條數(shù)是（0. 01毫米的整數(shù)倍）最后估讀一位（0. 001毫米的整數(shù)倍）。螺旋測微器測量長度的表達(dá)式可寫作：l=（0.5 n 十 0. 0.1k 十 0

15、.001p）毫米。例如：右圖中的讀數(shù)應(yīng)該是6.702mm。測量結(jié)果由準(zhǔn)確值和估測值組成，數(shù)據(jù)記錄到0位，因此螺旋測微器又稱為千分尺。測量結(jié)果為 測量結(jié)果為2. 2 體積的測量對于形狀規(guī)則的物體，我們可以通過直接的方法測量他們的體積。測量液體的體積，我們一般使用量筒或者量杯。mL200量筒的使用方法：先看清楚它的最大測量值；測量前量筒必須平放150在桌面上。大多數(shù)液體靜止時，液面在量筒內(nèi)呈現(xiàn)凹形，讀數(shù)時，視線 要和液面中央最低處相平。100祝線要和頑面中央此外，如果遇到形狀不規(guī)則的物體，也可以利用量筒準(zhǔn)確的測量它50的體積。2. 3.質(zhì)量的測量托盤天平構(gòu)造，如右圖所示：A平衡螺母B游碼C左托盤D

16、右托盤天平的使用順序：1把天平平放在桌面上；2、游碼歸零；3、調(diào)平衡螺母，直到兩端平衡，或者指針停在表盤的中間或者在表盤左右兩側(cè)作幅度相等的擺動；4、左物右碼，其中砝碼從大到小的開始嘗試；5、游碼微調(diào)；6、讀數(shù)；左托盤中物體的質(zhì)量 =右托盤中物體的質(zhì)量+游碼示數(shù)7、收拾儀器。天平是比較精密的儀器，使用時要十分當(dāng)心，特別要注意： 砝碼要用鑷子夾取。 稱量物體的質(zhì)量不能超過天平的稱量范圍。 先估計被測物體質(zhì)量，然后由大到小加減砝碼。 稱量時被測物和砝碼應(yīng)盡量放在天平盤的中央。 只有在判斷天平是否平衡時，才支起橫梁，并在判明后迅速止動。不允許在橫梁升起的狀態(tài)下 調(diào)整螺母、取放物體、增減砝碼或移動游碼

17、，以防損壞刀口。 在稱量過程中，不要再移動天平位置。 不能將粉末狀物質(zhì)及有腐蝕性的物體直接放在天平上稱量。 不能將天平的左、右盤隨意互換。例.要測一塊小石塊的質(zhì)量，把小石塊放入右盤的中心位置，在左盤內(nèi)放入15g的砝碼。用 進(jìn)行微調(diào)，至下圖中位置時，天平平衡。則石塊質(zhì)量為g.2. 4.時間的測量秒表機械秒表的使用方法先上好發(fā)條。按下外殼按鈕，第一次是啟動；秒表開始計時；第二次是停表，秒表停止計時，分針、秒針指示所經(jīng)歷的時間間隔；第三次是回零，秒表的分針、秒針回到零點位置。秒表示意圖測量結(jié)果為 (認(rèn)真觀察表盤)2. 5.測量長度的一些特殊方法(1) 累計法：要想測量很小的物體長度，單獨測量其中某一

18、個會產(chǎn)生較大誤差，很難準(zhǔn)確測量。我們可以將一定數(shù)量的、同樣的物體疊加起來進(jìn)行測量，然后求平均值。例如測量漆包線的直徑。我們可以一圈挨一圈地密繞在一個圓柱體上，數(shù)出繞的圈數(shù)n,測量這n圈漆包線的總寬度I，則一根漆包線的直徑為d二丄。n(2 )替代法：當(dāng)被測長度無法直接與標(biāo)準(zhǔn)長度比較時；用另一個物體來做中間物，將中間物在被測物體與標(biāo)準(zhǔn)長度之間來回作比較。例如工業(yè)生產(chǎn)中常用到一種工具一一卡鉗。在測量一些無法用刻度尺直接測量的長度(例如鋼管的內(nèi)徑、外徑、物體的厚度、間隙等 )時，就可以先將卡鉗的兩只卡腳卡 在被測部位上，保持卡鉗的卡腳寬度不變，與刻度尺的長度作比較。(3)間接法：對于測量工具無法直接進(jìn)

19、行測量的一些長度，我們可以運用所學(xué)過的知識，間接地測量出難以直接測出的長度。例如在不準(zhǔn)拆開金屬絲的條件下測量一團金屬絲的長度，而測量工具只有一個螺旋測微器和一個量筒 (筒內(nèi)盛有一定量的水)，有一種測量方法是將金屬絲作為整體處理，根據(jù)V=IS, I = V =斗，用量筒和水測量出金屬絲的體積V。用螺旋測微器測量出金屬絲的直徑D，就S 兀D2可以算出金屬絲的長度 I。1. 測細(xì)銅絲的直徑取一段細(xì)銅絲，將它在一根粗細(xì)均勻的鉛筆上密繞數(shù)匝，用刻度尺測出繞有銅絲的那一段鉛筆的 長度，該長度除以線圈匝數(shù)即為此細(xì)銅絲的直徑。利用此方法還可測出一張紙的厚度：將n張紙壓緊測出其總厚度 L,則每張紙的厚度為L/n

20、。2. 測硬幣的直徑取一副三角板和一把刻度尺將硬幣、三角板和刻度尺平放在桌面上，使兩只三角板夾緊硬幣，如 圖所示。為了便于讀數(shù)和計算通常將左端三角板邊沿對準(zhǔn)刻度尺的整數(shù)刻度線，則 距離為硬幣直徑。利用此方法還可測出圓錐體的高。3. 測學(xué)校操場環(huán)形跑道的周長？用一已知周長的輪子繞著跑道滾動一周，記下輪子滾動的圈數(shù), 則環(huán)形跑道的周長=輪周長（L）x滾動圈數(shù)（n ）。4. 測出如圖所示曲線的長度取一段沒有彈性的棉線，將它與所示圖形完全重合，記下起點和終點位置，然后將 棉線拉直后用刻度尺測出兩點之間的距離，這一距離即為所示曲線的長度。顯然，利用此方法還可測出地圖上任意兩地鐵路線之間的圖上距離，結(jié)合地

21、圖上的 比例尺，禾U用公式“實際距離=圖上距離/比例尺”便可算出兩地之間的實際距離。A、B兩點之間的綜上所述，長度測量的方法及形式多種多樣，大家不妨在實際生活中嘗試應(yīng)用。例.一塊玻璃碎成n片，給你1把直尺、1只量筒和1杯水，怎樣測算出原玻璃塊的 面積?（碎片均能放入量筒內(nèi)）按下列要求寫出簡單的實驗步驟.習(xí)題A1.某同學(xué)在家選取了一根大蔥，并規(guī)定為“標(biāo)準(zhǔn)蔥”，以這跟大蔥的長度為標(biāo)準(zhǔn)單位長度，即發(fā)明了一個新的長度單位“大蔥長”，他用這根大蔥測得一個桌子的長度為這根大蔥長度的4. 2倍，則桌子的長度應(yīng)記作.2位同學(xué)用刻度均勻的米尺測得方桌邊長為0. 980 m,他把這把刻度尺與標(biāo)準(zhǔn)刻度尺相比，發(fā)現(xiàn)他

22、所用的刻度尺上“ 0”刻度線到最大刻度線距離的實際長為1.002 m，則方桌邊長實際為（）.A. 0. 982 m B . 0. 978 m C . 1. 00 m D .1 . 002 m3. 千分尺的分度值是 .4. 我們學(xué)過10分度、20分度、50分度的游標(biāo)卡尺，分別可以精確到 0.1mm 0.05mm 0.02mm,如果我們做一個16分度的游標(biāo)卡尺，用它做一次測量，游標(biāo)尺的零刻度線在主尺的2mm3mm刻度線之間，游標(biāo)尺的第7個小格右側(cè)刻度線與主尺位置吻合，則測量結(jié)果是 .5. 某工廠生產(chǎn)的“殘次牌”秒表，秒針的表盤如下圖所示，那么分針的表盤應(yīng)該是（）6. 把細(xì)銅絲在鉛筆上緊密排繞80圈

23、，用工具測出線圈的總長，可算出細(xì)銅絲的直徑是0.125mm,所用工具使用時不需要估讀，它的分度值不可能是（）.7. 用測量工具（別驚訝，其實下面列舉的很多工具生活中并不存在）得到的測量結(jié)果中:4.6mm可能是（4.600mm可能是（4.62mm可能是（4.625mm可能是（4.60mm可能是（4.65cm可能是（4.0625m m可能是（）的測量結(jié)果；）的測量結(jié)果；）的測量結(jié)果；）的測量結(jié)果；）的測量結(jié)果；）的測量結(jié)果；）的測量結(jié)果;A. 最小刻度是毫米的刻度尺B. 千分尺C. 10分度游標(biāo)卡尺D. 8分度游標(biāo)卡尺E. 20分度游標(biāo)卡尺F. 50分度游標(biāo)卡尺G. 其他答案都不對，（把有可能的答

24、案寫在括號內(nèi)）8. 下面各種記錄測量結(jié)果的單位中，選用較合適的是（）A測量一本書的厚度選用Jm為記錄單位B. 測量一支鉛筆的長度選mm為記錄的單位C. 測量教室的長度選 km為記錄的單位D. 測量運動場跑道的長度選 cm為記錄的單位9. 寫出下列物理儀器的示數(shù) （有的儀器沒有學(xué)過， 但是請同學(xué)認(rèn)真研究， 仔細(xì)觀察，是可以做出來的）（1）螺旋測微器測量結(jié)果為 測量結(jié)果為 （2）秒表測量結(jié)果為 （認(rèn)真觀察表盤）（3） 刻度尺：物體 A的長度是 cm . （09年北京中考題）（4） 圖12所示彈簧測力計的示數(shù)是.（別慌張，想想結(jié)果應(yīng)該是什么。）圖12圖13（5） 量筒和天平：小航在實驗室測量鹽水的質(zhì)量和體積.小航先將鹽水倒入量筒，如圖13甲所示,30 g,然后他將量筒中的鹽則鹽水的體積為.接著小航用天平測出空燒杯的質(zhì)量為水全部倒入燒杯，用天平測量燒杯和鹽水的總質(zhì)量，天平平衡時的情景如圖 13乙所示，請你根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)計算出鹽水的質(zhì)量 kg .（6） 電壓表的示數(shù)是.（別慌張，想想結(jié)果應(yīng)該是什么。）（7）游標(biāo)卡尺測量結(jié)果為測量結(jié)果為 （保留5位有效數(shù)字）10. 小明要測一個體積很小的小石塊的質(zhì)量和體積，可用的儀器有托盤天平， 量筒，一定量的水，一根細(xì)繩。請同學(xué)們把下表中的步驟