5.1长度的测量 ----2024-2025学年苏科版物理八年级上学期

“朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还。 两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山。” 李白用诗的语言描述了顺水轻舟的快捷程度。 在物理学中，人们是如何描述物体运动的？ 5.1 长度与时间的测量 2024年秋苏科版八年级物理上册 当你听到“运动”一词时，呈现在脑海中的是什么？是骏马飞奔、烟花绽放，还是运动员飞身灌篮？骏马、烟花、运动员的位置，都在随时间而变化。为了研究物体的运动，我们首先要学会测量长度和时间。 （a）飞奔的骏马 （b）绽放的烟花 （c）飞身灌篮的运动员 图 5-1 物体的运动 一、长度的测量 一、长度的测量 活动5.1 比较课桌的长、宽、高 1.目测课桌的长、宽、高，并将它们按从大到小的顺序排列。 2.不用尺，你如何证实自己目测的结果？说出你的做法。 3.每名同学估测的课桌长、宽、高的结果相同吗？不同的原因是什么？ 测量就是将待测的量与一个公认的标准量进行比较，这个公认的标准量叫作单位。 在我国古代，人们以身体的某些部位作为长度的标准。所谓“布指知寸、布手知尺、舒肘知寻”，即用手指、手和手臂等作为标准来测量长度，但还是不够准确。直到秦始皇统一度量衡，我国对长度的测量才有了统一的标准。 从上面的活动可知，各人估测的结果差异较大，原因是估测时所采用的“参考标准”不一致。 ②“步” 中国的唐太宗李世民以他的左右脚各走一步来订为长度单位，称为“步”。 ① “腕尺” 古埃及人用“腕尺”作为长度单位，但腕尺的标准常常是不一样的。 ③“呎” 英国人把麦穗中较大的36 粒麦粒，头尾相接地排列起来，定为 1 呎的长度。 历史上的长度单位 测量任何物理量都必须首先规定它的单位。 长期以来，世界上不同地区（甚至同一地区的不同 年代）选定的测量标准各不相同。如：我国使用尺来做 长度单位，美洲国家用英尺来做单位。 同一个长度用不同的单位来表示，国际间交流不方便。人们逐渐认识到，确定测量标准时，应当选取自然界中比较稳定的世界各国人民都能接受的事物为标准。 鉴于这种认识，国际计量组织制定了一套国际统一的单位，叫国际单位制（简称SI）。我国法定单位用国际单位制。 国际单位制 ①国际单位：长度的单位是米（metre），符号是m。 ②长度的常用单位 千米（km）、分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（μm）、纳米（nm）等。 ③长度的单位换算 1km＝1000m＝103m 1dm＝0.1m＝10-1m 1cm＝0.01m＝10-2m 1mm＝0.001m＝10-3m 1μm＝0.000001m＝10-6m 1nm＝0.000000001m＝10-9m 一、长度的测量——长度的单位 1m的大小 1dm 1dm的大小 1cm 1cm的大小 原子直径10-10m 头发丝的直径60μm 哈雷彗星尾巴的长度1012m 病毒直径10-7m 可观测到的宇宙距离1026m 地球赤道周长4×107m 一些物体的长度 单位换算： 5.4km= m = nm 2.4nm = mm = km 1.5mm= μm = m ①小明同学的身高是1.67 ； ②物理书的长度是2.56 ； ③一支铅笔的长度是18 ； ④一元硬币的厚度约为2 。 ①同学身高是1.67 m； ②物理书的长度是2.56 dm=25.6cm； ③一支铅笔的长度是18 cm； ④一元硬币的厚度约为2mm。 我国古代把女子一拃长称为“咫”，男子一拃长称作“尺”，如图。“咫尺之间”用来比喻相距很近，实际“咫”与“尺”的长度相差大约为（　　） A．3mm B．3cm C．3dm D．3m 学生实验 练习使用刻度尺 1. 图中展示了一些常用的测量长度的工具，你使用过哪些？写出你所知道的长度测量工具的名称，并与同学交流。 2. 取出你的刻度尺，仔细观察：它的量程和分度值分别是多少？ 螺旋测微器 游标卡尺 一、长度的测量 测量范围 0～15cm 分度值1mm 零刻度线 一、长度的测量 我们可以根据测量的要求选择不同的测量工具。 例如，如果我们要测量家里门窗的长度或宽度，就可以选用卷尺来测量； 如果要精确测量螺母的尺寸，就可以选用精确度比较高的测量工具进行测量，如游标卡尺等。 测人的身高，准确到cm就可以了，可选用分度值是1cm的卷尺或皮尺，而没有必要选用分度值是1mm的刻度尺，并且刻度尺的量程应大于人的身高。 一、长度的测量 使用前做到三看 一看零刻度线：看刻度尺的零刻度线是否磨损。如已磨损则应重选一个未磨损的刻度线作为测量的起点。 二看量程：测量长度时要求一次测量出物体的长度，如果测量范围小于物体的实际长度，则肯定要移动刻度尺测量若干次，这样会使测量的结果与物体的长度产生较大的偏差。 三看分度值：如图所示，分度值反映了刻度尺的精确程度。 刻度尺 分度值 测量值 A 1cm 3.4cm B 0.1cm 3.42cm 使用不同分度值的刻度尺进行测量，所达到的精确程度不同。 一、长度的测量 ①会“选”：根据测量的要求选取分度值和量程适当的刻度尺。 ②会“放”：刻度尺要放正，即刻度尺与被测长度平行，而且要使刻度尺有刻度的一侧紧贴被测物体，零刻度线磨损的，应另选某一刻度线为“零点”，与被测物体长度起始端对齐，读数时应注意要减去“零点”的数值。 物体的长度为 6.20cm-4.00cm=2.20cm 一、长度的测量 测量值：18.50cm 18.5 0 cm ③会“看”：读数时，视线应该垂直于被测物体及刻度尺。 ④会“读”：读数时，除读出分度值以上的准确值外，还要估读出分度值的下一位数值（估读值）。 如图所示，读出刻度尺上的精确值后，还要再估读到刻度尺分度值的下一位，其读数应为18.50 cm。其中18.5 cm为精确值，0.00 cm为估读值。 精确值 估读值 单位 一、长度的测量 读数时，如果物体的长度恰好对准整数刻度线，应该用0补上。 图中铅笔长度应该记录为52.0mm 或 5.20cm。如果记录为52mm或5.2cm，就是错误的。因为没有估读值，体现不出刻度尺的分度值是多少。 如图所示，如果物体的长度恰好对准大刻度线上（cm），此时应该特别注意，记录结果有两个0。图中物体的长度记为6.00cm，其中6.0cm是准确值，最后面的0是估读值。 测量值为5.20cm 测量值为6.00cm 一、长度的测量 ⑤会“记”：记录的测量结果应由精数值、估读数值和单位组成。 测量值=准确数值+估读数值+单位 图中铅笔长度应该记录为52.0mm或5.20cm。 如果记录为52.0，就是错误的。因为没有单位，不清楚是52.0mm还是52.0cm或 52.0dm等等。 一、长度的测量 学生实验 练习使用刻度尺 3. 测量教科书的长度和宽度，把测量结果填写到下表中，并注意单位。 学生实验 练习使用刻度尺 4. 自制一把分度值为 1 cm 的刻度尺，并用它测量教科书的长度，把测量结果记录在下表中。 思考与讨论 1. 用相同的刻度尺多次测量同一长度，测量的结果相同吗？如果不同，原因可能是什么？ 2. 用分度值不同的刻度尺测量同一长度，测量的结果相同吗？如果不同，原因可能是什么？ 学生实验 练习使用刻度尺 4. 自制一把分度值为 1 cm 的刻度尺，并用它测量教科书的长度，把测量结果记录在下表中。 思考与讨论 1. 用相同的刻度尺多次测量同一长度，测量的结果相同吗？如果不同，原因可能是什么？ 2. 用分度值不同的刻度尺测量同一长度，测量的结果相同吗？如果不同，原因可能是什么？ 学生实验 练习使用刻度尺 在上述测量过程中，我们会发现，用相同的刻度尺多次测量同一长度，结果可能不一样；用分度值不同的刻度尺测量同一长度，结果也不一样。 任何测量都存在误差。误差和错误是不同的，误差不能消除，但可以减小，而错误是不应该发生的，如使用工具的方法不正确、因粗心看错了数值等。 其实，许多物理量的测量都是以长度的测量为基础的。例如，实验室常用的温度计，就是通过其中液柱长度的变化来反映被测物体温度的。当温度升高时，液柱会变长；当温度降低时，液柱会变短。 减小误差的办法 多次测量取平均值； 选用精密的测量工具； 改进测量方法。 生活 物理 社会 港珠澳大桥沉管隧道工程 港珠澳大桥，犹如绚丽而飘逸的海上纽带，连接着香港、珠海和澳门。作为世界级跨海桥梁工程，它的建成是人类建桥史上的壮举，使得香港到珠海、澳门的车程由 3 个多小时缩减到了 1 h 内。便利的交通极大地促进了港澳与内地的经济和文化交流。 港珠澳大桥由桥梁、人工岛和沉管隧道等组成，全长 55 km。沉管隧道长约 6.7 km，其中海底部分约 5.7 km，由 33 节巨型沉管与一个合龙接头组成。每节标准沉管长 180 m、宽 37.95 m、高11.4 m，质量超过 7×104t。 在水下 40 多米深的海床上铺设沉管，先要挖出沟槽，然后再铺上 2~3 m 厚的基石，其平整度误差必须在 4 cm 以内。这里地处外海，环境复杂，既有风浪、暗流，又有回淤，施工的难度大得难以想象。沉管铺设最后的合龙，是通过插入一段质量达 6×103t 的接头实现的。插入时，两侧的间隙只有15 cm，安装到位的误差必须在5 cm 以内，其施工难度堪比“海底绣花”。 我国工程技术和施工人员不畏艰难险阻、精益求精，成功破解了一个个世界级难题。合龙后的测试表明，接头安装的误差定格在毫米数量级。 沉管安装示意 实验室常用的计时工具有机械秒表、电子秒表。手机也有秒表计时功能，使用起来非常方便。 二、时间的测量 一按：实验开始，需要计时时，用大拇指迅速按下启动暂停键，指针转动，开始计时。 二停：当需要停止计时时，再迅速按一下同一按钮，指针停止走动，停止计时。 三读：停止计时后，先读出小表盘指针指示的“分”，再读出大表盘指针指示的“秒”，将两个时间相加即是所测的时间间隔。 四归零：测量结束后，按一下复位键将指针归零后存放入盒中。 启动暂停键 回零健 秒针 分针 小表盘 大表盘 二、时间的测量 示数=小盘读数（min）+大盘读数（s） 在读数时，先读出小表盘上指针所通过的分钟数（按整数读）；再观察小表盘上的指针是否超过两数字之间的半分钟刻度线，若不超过，则大表盘按照0~30s读数，若超过，则大表盘按照31~60s读数。 小表盘 的示数 大表盘 的示数 停表的 读数 3min 37.5s 3min37.5s 二、时间的测量 学生实验 用秒表测量时间 1. 观察秒表，了解它的功能键和使用方法。 2. 按动秒表上的按键，使之启动、暂停和归零。 3. 如图 5-7 所示，细线的一端拴住一串钥匙（或橡皮等），将其悬挂起来。使钥匙摆动起来，用秒表测量摆动 10 个来回所需要的时间。多次测量，将实验数据记录在下表中。 用秒表测量钥匙摆动的时间 下列数据中最接近生活实际的是（　　） A．人眨眼一次的时间约5s B．正常人脉搏每秒跳动70次 C．一根头发丝的直径约为6×10-5m D．拇指指甲的宽度约为15cm 生活 物理 社会 计时器的发展 日常生活、科学研究等都离不开时间的测量。古代，人们利用周期性变化的自然现象来测量时间。太阳的东升西落、月亮的盈亏圆缺，给人类计量时间提供了原始标准，逐渐形成了“日”和“月”的概念。 日晷是我国古代的一种计时 工具，它由晷盘和晷针组成。针影随太阳运 转而转动，晷盘上的不同位置表示不同的时 刻。古人还利用物质流动的规律性制成了早 期的计时工具，如滴漏等。 1583 年，意大利物理学家伽利略发现了 摆振动的等时性原理。以此原理为基础，荷 兰物理学家惠更斯于 1656 年发明了摆钟。 目前世界上最准确的计时工具是原子钟。2019 年，中国计量科学研究院成功研制出铯原子喷泉基准钟，它在 5.4×107 年内误差不超过 1 s。 日晷 滴漏 摆钟 铯原子喷泉基准钟 1. 累积法 适用于测量无法直接测量的某些微小量。可把数个相同的微小量加在一起测量，再将测量结果除以微小量的个数，就可得到一个微小量。例如，测量一张纸的厚度、细铜丝的直径、塑料胶带的厚度等。 测量细金属丝的直径的方法： 把铜丝紧密绕在铅笔上； 数出缠绕在铅笔杆上的圈数n； 用刻度尺量出n圈铜丝圈的长度L； 铜丝的直径 d= . 圈数n 长度L 特殊方法测长度 测出物理课本中一张纸的厚度，把测量结果填入下表中。 实验 序号 一张纸的厚 /mm 平均值/mm 1 2 3 整本书的 厚度/mm 书中纸的张数 注意：为了测量准确，可以把封面、封底“去掉”； 测量时尽量压紧课本。 38 2. 化曲为直法 用不可伸长的细棉线和要测量的曲线重合，在起点和终点做好记号，拉直后用刻度尺测量出两标记之间的距离，有比例尺的利用比例尺可计算出实际长度。测量圆柱体的周长、地图上铁路长度等可以用化曲为直法。 例如，用地图测出武汉与广州两地间铁路线长度的方法： 用棉线AB与地图上两地间铁路线完全重合，测出棉线AB的长度，根据地图的比例尺即可求出铁路线的长度s. s= sAB×n（n比例尺） 特殊方法测长度 3. 平移法 对于用刻度尺无法直接测出的物体长度，可用三角板等进行辅助测量，实质就是将被测长度平移至刻度尺上再进行测量。例如测量圆柱体的直径、圆锥体的高、硬币的直径、乒乓球的直径等。 乒乓球直径约4.00cm 纪念币的直径约为1.06cm 特殊方法测长度 4. 化直为曲法 用已知周长的滚轮在待测的较长的直线或曲线上滚动，记下滚动的圈数，则被测线的长度等于圈数乘以滚轮周长。例如，测量操场的长度，汽车、火车的里程表。 如图中测出轮子的周长L，再让轮子沿操场滚一周，记录车轮滚动的圈数n，则操场周长为nL。 5. 替代法 有些待测长度不是明显地露在外面，而是隐含在物体的内部，刻度尺不能直接测量，可以选择大小合适的钢针插入孔内，在管口处给钢针做上记号，然后再测出钢针尖端到记号处的长度即可。测量玻璃管的内径，工件的裂缝深度等，如图所示。 特殊方法测长度 小明用刻度尺和三角板按如图测一枚纽扣的直径和金属丝的直径，该刻度尺的分度值是_____mm，纽扣的直径是_______ cm；绕在铅笔上23圈的金属丝的总长度为_____cm，直径是_____mm。 此刻度尺的分度值为1mm，左侧三角板与2.00cm对齐，右侧三角板与3.10cm对齐，所以纽扣的直径为 d=3.10cm-2.00cm=1.10cm 绕在铅笔上的金属丝的总长度为 L=10.80cm-9.00cm=1.80cm 缠绕的圈数n=23，金属丝的直径是 d= =0.78mm 1．如何测量一张纸的厚度？ 实践与练习 测量3次一整本书的厚度H，根据书的页码等信息，算出纸张数N，则一张纸的厚度=。 2．测量出你正常步行时一步所走的距离，这样你就有了随身携带的“尺”。请用这样的“尺”估测绕学校操场一圈的长度，并与体育老师交流。 实践与练习 . =。 3. 选用合适的工具，测量你和家人拳头的周长、脚长和身高，你有哪些有趣的发现？ 实践与练习 用皮尺分别测量你的拳头周长和脚长，你会发现这两个尺寸很接近，而身高大约是脚长的7倍。 4. 如图所示，静静地坐在椅子上，测出自己 10 次脉搏的时间，并记录下来。这样，在没有秒表等计时工具时，就可以利用自己的脉搏来估测时间。试一试，利用你的脉搏估测旗手升旗所用的时间。 实践与练习 测出自己10次脉搏的时间t，则一次脉搏的时间.当旗手升旗的同时，测得自己的脉搏次数N，则升旗所用的时间=。 Lavf60.20.100 Lavf60.20.100 Lavf60.20.100 $$