力學基本物理量與測量

1、無第二節(jié)力學基本物理量及測量方法物理學的發(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上的推理得到的，物理學的大廈中鑲嵌著無數(shù)令人瞠目結舌的精妙實驗。古人說九尺之臺，起于壘土，我們對物理力學的學習，就從基本的力學物理量和簡單的測量方法開始。1力學的基本物理量在物理學中，我們用物理量來描述物體的固有的性質和運動的狀態(tài)。物理量分為基本物理量和導出物理量。力學中通常選長度、質量、時間為基本物理量，這三個物理量可以導出所有力學的導出物理量，例如速度（如右圖） 。導出物理量是根據(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，否則不產生任何物理

2、意義。11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，長度的單位是米(m)。為了方便我們也經常使用千米(km)、分米(dm)、厘米(cm)、毫米(mm)、微米(m)和納米(nm)等長度單位。1m=103km10dm102cm103mm106m=109nm。例題：F是電容的單位符號，A是電流強度的單位符號，20mF=_F=_F100mA=_A=_A500g=_kg除以上長度單位以外，在天文學中常用光年、天文單位來做長度單位。1 光年是指光在真空中以8103米/秒的速度經過 1 年所走過的距離，約等于 9460730472580800 米。1 天文單位（AU）是指地球到太陽

3、的平均距離，約為1110496. 1米。請思考：天文望遠鏡可以看到 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？無在描述原子大小時，我們經常用到一個單位是埃格斯特朗（簡稱埃） ，10 埃=1 納米。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=10尺=100 寸例 1(1999 年河南賽區(qū)試題)某同學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

4、的長度為這支鉛筆長度的 56 倍，則桌子的長度應記作 _面積的國際單位是平方米（2m） 。262422262101010101mmcmdmkmm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。1 公頃=100 公畝=10000 平方米我們漢朝的 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。一些長度和距離（單位：米）原子半徑：1010)35 . 0(人頭發(fā)的直徑：約5107一張紙的厚度：約410我國鐵道的標準軌距：435. 1珠穆朗瑪峰海拔高度：43.8848地球半徑：6104 . 6地球到月球的距離：8108 . 3太陽半徑

5、：8107銀河系半徑：19106無體積的國際單位是立方米（3m） 。39363331010101mmcmdmm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） 。311dmL 311cmmL 12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。1h =60min =3600s1 min =60s1s1000ms單位換算224cm_2mmin48_hsm/2_hkm/mL63_L13質量和質量單位物體含有物質的多少叫做物體的質量(mass)。質量

6、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科，物理學的結論都是通過實驗或者是實驗基礎上的推理得到的。物理實驗的最基本的內容就是測量。測量，是一個將待測的量與公認的標準量進行比較的過程。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，這個平均值比某一次測得的數(shù)值更接近于真實值，改進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

7、可以避免。21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。 當測量的精確程度要求較高時，無可用游標卡尺(精確程度可達到 002 毫米)或螺旋測微器(也叫千分尺，精確程度可達到 0.01 毫米)?？潭瘸撸菏褂梦锢韮x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） ；3、怎么讀數(shù)（估不估讀？視線方向） ?？潭瘸叩氖褂米⒁馐马?1、使用前，首先看刻度尺的零刻度是否磨損，如已磨損則應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

8、范圍小于實際長度，勢必要移動刻度尺測量若干次，則會產生較大的誤差。最后應看刻度尺的分度值（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確程度，而且還涉及到測量結果的有效性。量程和分度值應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 0.5mm。最后測量測量結果是 2.15cm。注意，如果估讀值的數(shù)值為零，也必須寫出來，例圖，測

9、量結果可以記作 3.00cm。游標卡尺：當我們要精確測量物體的長度、外徑、內徑、孔深時，經常會用到游標卡尺。無下圖是游標卡尺的示意圖。1 是主尺；2 是游標，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徑；5 是可隨游標一起移動的測深尺，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“0”刻度線的距離是相等的。所以無論是測內徑，還是測外徑，測量長度就等于主尺“0”刻度線和游標“0”刻度線的距離。錯位放大原理：游標卡尺是利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成這

10、里我們重點介紹10 分度、20 分度、50 分度的游標卡尺10 分度的游標卡尺：主尺上 10 個小格的長度是 10mm，每小格 1mm，游標上 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)，然后用游標讀出無0.1 毫米位的數(shù)值，游標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)準確到 0.1mm。20 分度的游標卡尺：主尺上 20 個小格的長度是 20mm，每小格 1mm，游標上 20 個小格的長度是 19mm，每小格 0.95mm，游標上每小格的距離為 0.95mm，比主尺上相鄰兩個刻度間距

11、離小 0.05mm。讀數(shù)時先從主尺上讀出厘米數(shù)和毫米數(shù)，然后用游標讀出毫米以下的數(shù)值：游標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)準確到 0.05mm。50 分度的游標卡尺：游標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)可以準確到 0.02mm。要注意：游標卡尺都是根據(jù)刻線對齊來讀數(shù)的，所以都不再往下一位估讀。先看游標尺的零刻線在主尺的多少毫米刻度線的右邊，讀出所測長度的以毫米為單位的整數(shù)部分；再看游標尺上第幾條刻度線與主尺上的刻線對齊，將

12、對齊的游標尺刻線與游標尺零線間的格數(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卡尺的讀數(shù)。即：測量值=主尺上毫米整數(shù)部分+格數(shù)精確度無測量結果為_測量結果為_測量結果為_螺旋測微器(千分尺)當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到實驗目的，用它測量的準確程度可以達到 001 毫米；常用來測量細金屬絲的直徑，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。可動部分：活動卡腳 B 和可動刻度 K(它們是連在一起并通過螺紋套在 5 上)、K，為保護旋鈕。L 是止動旋鈕，用來控制可動刻度 K。

13、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無50202515度線。將螺旋測微器的可動刻度 K 轉動一周時，可動刻度 K 在固定刻度 S 上沿軸線方向移動(前進或后退)05 毫米(即可動刻度 K 在固定刻度 S 上移動了一個螺距)?？蓜涌潭?K 分成 50 個均勻的分度格。這樣可動刻度 K 轉動一個分度格，活動卡腳就在固定刻度S 上移動了 001 毫米(05 毫米的150)。所以螺旋測微器測量的準確程度可以達到 001 毫米。測量前要校對零點：右旋可動刻度 K 使 AB 靠近，當 AB 接近時改用保護旋鈕K，當聽到“噠噠”的響聲后停止微調。看此時

14、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。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 AB 接近被測物體時，改用保護旋鈕K，當聽到“噠噠”的響聲后停止微調。以可動刻度的邊緣為準，讀出固定刻度上下刻度線的總條數(shù) n(半毫米的 n 倍)；再以固定刻度的中心線(上下刻度的分界線)為界讀出可動刻度上的刻線條數(shù)是(001 毫米的整數(shù)倍)最后估讀一位(0001毫米的整數(shù)倍)。螺旋測微器測量長度的表達式可寫作：l=(0.5n 十 00.1k 十 0.001p)毫米。例如：右圖

15、中的讀數(shù)應該是 6.702mm。測量結果由準確值和估測值組成，數(shù)據(jù)記錄到 0001 毫米位，因此螺旋測微器又稱為千分尺。測量結果為_測量結果為_22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。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在桌面上。大多數(shù)液體靜止時，液面在量筒內呈現(xiàn)凹形，讀數(shù)時，視線無要和液面中央最低處相平。此外，如果遇到形狀不規(guī)則的物體，也可以利用量筒準確的測量它的體積。23質量的測量托盤天平構造，如右圖所示：A 平衡螺母B 游碼C 左托盤D 右托盤天平的使用順序：1、把天平平放在桌面上；2、游碼歸

16、零；3、調平衡螺母，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；6、讀數(shù)；左托盤中物體的質量=右托盤中物體的質量+游碼示數(shù)7、收拾儀器。天平是比較精密的儀器，使用時要十分當心，特別要注意：砝碼要用鑷子夾取。稱量物體的質量不能超過天平的稱量范圍。先估計被測物體質量，然后由大到小加減砝碼。稱量時被測物和砝碼應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)下調整螺母、取放物體、增減砝碼或移動游碼，以防損壞刀口。在稱量過程中，不要再移動天平位置。不能將粉末狀物質及

17、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量，把小石塊放入右盤的中心位置，在左盤內放入 15g的砝碼。用_進行微調，至下圖中位置時，天平平衡。則石塊質量為_g.無24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。秒表示意圖測量結果為_（認真觀察表盤）25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，單獨測量其中某一個會產生較大誤差，很難準確測量。我們可以將一定數(shù)量的、同樣的物體疊加起來進行測量，

18、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 l，則一根漆包線的直徑為ldn。(2)替代法：當被測長度無法直接與標準長度比較時；用另一個物體來做中間物，將中間物在被測物體與標準長度之間來回作比較。例如工業(yè)生產中常用到一種工具卡鉗。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。無(3)間接法：對于測量工具無法直接進行測量的一些長度，我們可以運用所學過的知識，間接地測量出難以直接測出的長度。例如在不

19、準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=lS，lVS24VD，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，就可以算出金屬絲的長度 l。1. 測細銅絲的直徑取一段細銅絲，將它在一根粗細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。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

20、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刻度尺的整數(shù)刻度線，則 A、B 兩點之間的距離為硬幣直徑。利用此方法還可測出圓錐體的高。3. 測學校操場環(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）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，結合地圖上的比例尺，利用公式“實際距離圖上距離/比例尺”便可算出兩地之間的實際距離。綜上所

21、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)按下列要求寫出簡單的實驗步驟無習題 A1某同學在家選取了一根大蔥，并規(guī)定為“標準蔥” ，以這跟大蔥的長度為標準單位長度，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 42 倍，則桌子的長度應記作 _2一位同學用刻度均勻的米尺測得方桌邊長為 0980 m，他把這把刻度尺與標準刻度尺相比，發(fā)現(xiàn)他所用的刻度尺上“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(

22、)A0982 mB0978 mC100 mD 1002 m3.千分尺的分度值是_.4.我們學過 10 分度、20 分度、50 分度的游標卡尺，分別可以精確到 0.1mm、0.05mm、0.02mm，如果我們做一個 16 分度的游標卡尺，用它做一次測量，游標尺的零刻度線在主尺的 2mm3mm 刻度線之間，游標尺的第 7 個小格右側刻度線與主尺位置吻合，則測量結果是_.5.某工廠生產的“殘次牌”秒表，秒針的表盤如下圖所示，那么分針的表盤應該是()6. 把細銅絲在鉛筆上緊密排繞 80 圈，用工具測出線圈的總長，可算出細銅絲的直徑是 0.125mm，所用工具使用時不需要估讀，它的分度值不可能是（ ）

23、無A.0.1mmB.0.01mmC.0.001mmD.0.0001mm7.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）得到的測量結果中：4.6mm 可能是（）的測量結果；4.600mm 可能是（）的測量結果；4.62mm 可能是（）的測量結果；4.625mm 可能是（）的測量結果；4.60mm 可能是（）的測量結果；4.65cm 可能是（）的測量結果；4.0625mm 可能是（）的測量結果；A最小刻度是毫米的刻度尺B千分尺C10 分度游標卡尺D8 分度游標卡尺E20 分度游標卡尺F50 分度游標卡尺G其他答案都不對，(把有可能的答案寫在括號內)8. 下面各種記錄測量結果的單位中，

24、選用較合適的是()A測量一本書的厚度選用m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) （有的儀器沒有學過， 但是請同學認真研究， 仔細觀察， 是可以做出來的） 。（1）螺旋測微器測量結果為_測量結果為_（2）秒表無測量結果為_（認真觀察表盤）（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，想想結果應該是什么。 ）圖 12圖 13（5）量筒和天平：小航在實驗室測量鹽水的質量和體積小航先將鹽水倒入量筒，如圖 13 甲所示，則鹽水的體積為接著小航用天平測出空燒杯的質量為 30 g，然后他將量筒中的鹽水全部倒入燒杯，用天平測量燒杯和鹽水的總質量，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)計算出鹽水的質量kg無（6）電壓表的示數(shù)是 （別慌張，想想結果應該是什么。 ）（7）游標卡尺測量結果為_測量結果為_（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量和體積，可用的儀器有托盤天平，量筒，一定量的水，一根細繩。請同學們把下表中的步驟補充完整無A測體積B