初中物理竞赛教程(基础篇)第1讲-测量

第1讲 测量

1.1 学习提要

1.1.1 测量的历史

人们认识事物时经常要对事物进行比较，测量就是一种比较。从古到今，人们在日常生活、生产、贸易和科学实验等活动中，总离不开比较和判断。例如，比较事物的大小、轻重、冷热、快慢。我们知道，单凭人的感官来比较、判断事物间的差异，有时既不准确也不可靠。

测量的目的就是进行可靠的定量比较。因此，测量首先要有一个公认的比较标准，叫做单位；其次，要有合适的测量工具或仪器。

测量的单位和工具的发展历史，反映出人类科学技术和文明发展演

变的历程。古代，人们经常把自己肢体的某些部分作为长度的单位。例

如，我国曾用“步”作为长度单位，“百步穿杨”中的“步”就是一种长

度单位，英语中的“feet ” （英尺），就起源于脚的长度。直到今天，我

们还时常用这些“随身带着”的工具来估测长度。

时间的单位起源于地球公转和自转产生的四季和昼夜交替现象。

四季轮回的周期叫做年，月圆月缺的周期叫做月，昼夜交替的周期叫

做日，一日又分为24个小时。我国古代将一天平分为12个“时辰”，

每个时辰又分为8个“刻”。在《水浒》等古典文学名著中，就常用

时辰来作为时间单位。

不同的国家的不同历史时期，往往使用不同的量度单位。单位的不统一给贸易和生产带来许多麻烦，于是就有了统一量度单位的需要。我国古代秦王朝第一次统一了全国的度量衡制，这有力地推动了生产和经济的发展。现在，国际上制定了一套统一的量度单位，称为国际单位制（SI ）。

在国际单位制中，长度的单位是米（m ）。最初规定通过法国巴黎的地球经线的四千万分之一为1 m ，并按照这个长度用铂-铱合金铸成一根“米原器”，存放在巴黎的国际度量衡局里， 作为全世界统一使用的1 m 基准。现在，已改用更精确、更稳定的标准，即规定真空中光在 1/299 792 458 s 内传播的距离为1 m 。

在国际单位制中，时间的单位是秒（s ）。受古代巴比伦天文学的影响，秒、分、时均采用60 进位制。这种根据一日的时间来确定1 s 时间单位的方法一直沿用到19世纪。到20世纪后，因为发现地球自转存在不规则变化，于是决定不再按照地球自转来确定秒的基准。目前是以铯原子的振动为基准来确定秒的长短，校准时间单位的工具改用铯原子钟，原子钟工作非常准确稳定，每30 000年只差Is 。 古埃及人常用腕尺作为长度单位，但各人的婉尺的标准是不—样的。 图1-1

在国际单位制中，质量的单位是千克（kg ）。在巴黎的国际度量衡局里保留着用铂-铱合金制成的“千克原器”，人们把它作为千克的基准。

今天，测量工具和技术的发展更是与现代生活和科技进步密不可分。从每家每户的自来水表、电能表，到布满飞机驾驶舱的各种测量仪表，从第一次世界大战后兴起的航空测量到全球卫星定位、卫星遥感等等，无不说明测量的重要。

1.1.2 测量及单位

1. 测量

测量就是把待测的物理量与一个公认的同类标准进行比较。

2. 单位

单位是在测量中公认的用于作为比较的标准量。国际上统一的一套单位组成了国际单位制。

在国际单位制中有七个基本单位。力学中有三个，它们分别是基本物理量长度、质量、时间的单位，分别为米(m)、千克(kg)、秒(s)。由基本物理量按定义组成的其他物理量，叫做导出物理量，导出物理量的单位由基本单位组合来表示，叫做导出单位。例如：速度（t

s v ）的单位为米/秒（m/s ）。

1.1.3 长度的测量

1. 长度的单位及换算

（1）长度单位是人扪确定的标准长度。在国际单位制中，长度的主单位是米(m)。另有实用单位，如千米(km)、分米(dm)、厘米(cm)、毫米(mm)、微米(μrn)、纳米(nm)等。

（2）单位换算：

例如，5.2 m = 5.2×100 cm = 520 cm ，520 cm = 520×0.01= 5. 2 m 。

2. 测量长度的工具及其正确使用

（1）基本工具：刻度尺。其最小刻度（精度）通常为1 mm 。

常用工具：卷尺(精度为0.5 cm 或1.0 cm)、游标卡尺（精度为0.1 mm ）等。

（2）测量时要做到“四对”：

①放对（刻度尺的刻度紧靠被测物体，并使刻度尺与被测物体平行）；

② 看对（观察示数时视线要与刻度尺垂直）；

③ 读对（除正确读出最小分度值以上各位数字外，还要估读到最小分度下一位数字）； 例如，毫米刻度尺不足1 mm 部分，必须估读且只能估计一位，估计数字是0时，也必须写上。

④记对（记录测量结果时，除记录测量的数字外，还要在记录的数字后面写出正确的

单位）。

3.长度的间接测量（长度测量的特殊方法）

（1）化曲为直法测量曲线长度：借助于一些辅助器材（例如圆轨、硬币、不易拉长的软线、滚轮等）把不能直接测量的曲线变为直线，再用刻度尺测量。

例如要测地图上两城市间高速公路的距离，可用细软线与高速公路重合，计下标记，拉直后测出长度，乘以地图的比例尺。

再如，测量操场跑道长度可用滚轮法，用已知周长(直径)的滚轮滚动，得到跑道长度

5 = l×n（(轮周长×圈数)

（2）积累法测细小物体的直径或厚度：把若干个相同的微小量累积起来，变得可直接测量，将测出的总量除以累积的个数，便得到微小量。

例如，要测课本每一张纸的厚度，我们可先用毫米刻度尺测出课本正文（除去封面）的总厚度，利用页数确定纸的张数，用总厚度除以张数算出一张纸的平均厚度。

再如，要测金属丝直径时，可将一段金属丝密绕在柱形物上，测出长度，除以圈数得到。

（3）平移法测球体（或圆柱体）的直径；借助一些简易的辅助器材（如三角板、直尺等)把不可直接测量物体的长度“平移”到刻度尺上，从而可直接测

出该物体的长度。

如测量一枚硬币的直径，就是利用两块直角三角板把硬币直径平

移到刻度尺上，如图1 -2所示，这样可测得这枚硬币的直径是1.70cm。

1.1. 4 面积的测量

1.长方形的面积S = a•b（长×宽）

2.圆的面积S = π•R2

3. 不规则形状的面积（如测地图上某省（市）面积）

（1）微分法：将图形复制在小方格（坐标）纸上；

（2）等量替代法：.用米粒填满，然后移动为规则图形。

1-1.5 体积的测量

1.长方体的体积

V = a•b•h（长×宽×髙）

2.圆柱体的体积

V = π•R2•h（底面积×髙）