第1讲 走进物理学 长度与时间的测量 讲义 -2026-2027学年沪科版（五四学制）物理八年级上学期

本讲义聚焦初中物理“走进物理学”及“长度与时间的测量”核心知识点，先阐述物理学研究物质结构、相互作用和运动规律的内容与实验观测结合理论分析的方法，再系统讲解长度和时间的测量单位、工具使用（如刻度尺“五步法”、秒表操作）、误差与错误区别及特殊测量方法（累积法、化曲为直法等），构建从理论到实践的学习支架。 该资料特色鲜明，融入亚里士多德、《墨经》等物理学史及激光测地月距离、北斗测珠峰等中国科技成就，培养学生科学态度与责任。设计视觉错觉、“拃”的测量等实验活动，通过误差分析、累积法应用提升科学探究与科学思维能力。课中辅助教师开展实验教学，课后分层作业（基础题、情景练习、拓展题）帮助学生巩固知识、查漏补缺。

第1讲 走进物理学 长度与时间的测量 【课标要求】 1. 知道物理学的研究内容和方法，了解物理学对人类文明的推动作用。 2. 会使用适当的工具测量长度和时间，掌握刻度尺和秒表的正确使用方法，能记录和读取测量数据。 3. 了解误差与错误的区别，知道多次测量取平均值可以减小误差。 一、走进物理学 1. 物理学研究什么 物理学是研究物质结构、物体间的相互作用和运动规律的自然科学。 物理学的研究方法是实验观测与理论分析相结合——实验是物理学的根基，理论是物理学的框架，二者缺一不可。 2. 物理学的源远流长 • 古希腊：亚里士多德提出了最初的物理概念，开创了用理性思考自然问题的传统。 • 中国战国时期：《墨经》记载了针孔成像等光学现象，是世界上最早的光学实验记录之一。 • 17世纪：培根提出"实验是科学的基础"，伽利略将实验方法系统化，开创了科学实验的传统。物理学从此飞跃式发展，与工业革命相互推动。 • 19世纪以来：物理学分支不断扩展，形成了力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、天体物理学等完整体系。 3. 物理学如何改变世界 物理学不仅自身发展，还深刻推动了其他学科的进步： • 牛顿为研究力学而发明了微积分，成为数学的重要分支； • X射线衍射技术帮助生物学家发现了DNA双螺旋结构，开启了分子生物学时代。 在日常生活中，物理学的应用无处不在：半导体芯片让手机和电脑成为可能，光纤支撑了互联网的全球连接，CT和核磁共振让医学诊断发生了革命性变化。 4. 学好物理的三点建议 ① 观察生活中物理现象，学以致用——物理来源于生活，留意身边的声、光、热、力现象； ② 积极开展课外实验——动手实验是理解物理最直接的途径； ③ 跨学科实践，善于运用数学——数学是物理的语言，跨学科视野让理解更深刻。 二、长度的测量 1. 为什么要测量 测量的目的是进行可靠的定量比较。仅凭人的主观感受来判断，往往不可靠。 【视觉错觉实验】教材图1-1-2中，两条线段实际上一样长，但由于箭头方向不同，看起来一长一短。这说明人的感官会"欺骗"自己，只有通过测量才能获得可靠的结论。 2. 统一单位的必要性 古语云："布指知寸，布手知尺，舒肘知寻"——古人用身体部位作为长度标准。但不同人的手大小不同。 【"拃"的测量】让同学们用自己的"拃"（张开手掌，拇指尖到中指尖的距离）去测量课桌的长度，结果各不相同。这说明个人标准不统一，无法进行可靠比较。 秦朝统一度量衡：秦始皇统一中国后，统一了长度、容量和质量的计量标准，极大推动了社会经济发展。这正是"统一单位"重要性在历史上的体现。 3. 长度单位 单位是人们公认的、用作测量标准的量。国际单位制（SI）中，长度的基本单位是米，符号m。 米的定义演变：18世纪末→地球子午线长度的四千万分之一；19世纪→铂铱合金国际米原器；2019年至今→光在真空中1/299792458秒内传播的距离。米从"实物"走向"自然常数"，精度不断提高。 常用单位换算：1km=1000m，1dm=0.1m，1cm=0.01m，1mm=0.001m，1μm=10⁻⁶m，1nm=10⁻⁹m。 4. 测量工具 常用长度测量工具：刻度尺、卷尺、游标卡尺、激光测距仪等。选择工具要根据测量需求：测量门宽度、课桌高度→卷尺更方便；精密测量→游标卡尺更精确；远距离测量→激光测距仪。 【中国科技成就】2018年，中国科学家利用激光精确测量了地月距离；2020年，北斗卫星导航系统参与了珠穆朗玛峰高程测量（8848.86m）。这些都体现了长度测量技术的进步。 5. 刻度尺的使用——"五步法" ① 认：认清量程、分度值、零刻度线 ② 放：有刻度的一边紧贴被测物体，刻度线贴近被测物体，减少读数偏差 ③ 看：视线正对刻度线，俯视或仰视都会造成读数偏差 ④ 读：估读到分度值的下一位（上海中考不做强制要求） ⑤ 记：记录数值和单位，没有单位的数值没有物理意义 【交流讨论：零刻度线磨损了怎么办？】可以从其他完整的整刻度线开始测量，但读数时要减去起始刻度值。例如从3.00cm处开始，读数为8.25cm，则实际长度为8.25−3.00=5.25cm。 6. 误差 误差是测量值与真实值之间的差异。误差不可避免（由仪器精度、测量方法、测量者等决定）。错误是可以且应当避免的（如读数时视线歪斜、记录漏写单位等）。 减小误差的方法：多次测量取平均值。注意：取平均值只能减小误差，不能消除误差。 7. 特殊测量方法 • 累积法：测量微小量。如测一张纸的厚度→测100张纸的总厚度÷100。 • 化曲为直法：测量曲线长度。用细线沿曲线贴合，再拉直测量线的长度。 • 平移法：测量不便直接接触的长度。用三角板配合刻度尺，将硬币直径"平移"到刻度尺上。 三、时间的测量 1. 古代如何计时 古代人通过观察自然界的周期性现象来计量时间：日→太阳连续两次出现在天空同一位置的时间间隔；月→年→月相变化和季节更替。 日常生活中的周期性现象也可以计时：荡秋千来回一次、摩天轮转一圈等。 古代计时器：日晷——利用太阳影子位置的变化来指示时间，将一天分为十二时辰；漏刻——利用水匀速滴漏来计时，不受天气影响，可在夜间和阴天使用。 2. 从摆的等时性到摆钟 1583年，年轻的伽利略在教堂里观察到吊灯的摆动，发现摆的振动周期与振幅无关（摆的等时性）。后来荷兰科学家惠更斯利用这一原理发明了摆钟，使计时精度大幅提升。 3. 时间单位 时间用符号t表示，基本单位是秒，符号s。秒的定义演变：早期→基于天文现象（地球自转、公转）；现在→铯-133原子振动9192631770次所持续的时间。铯原子钟精度极高，大约几千万年才可能产生1秒的误差。 常用单位换算：1h=3600s，1min=60s，1ms=10⁻³s，1μs=10⁻⁶s。 4. 电子秒表的使用 电子秒表的基本操作：启动→暂停→归零。部分电子秒表有分段计时功能，可在不暂停的情况下记录各段时间。计时精度：时钟(分)→手表(秒)→电子秒表(0.01s)。 5. 时间的测量实验 【实验1：测量脉搏跳动一次的时间】用秒表测量脉搏跳动30次的时间t₃₀，重复3次取平均值，推算t₁=t₃₀/30。 【交流讨论：为什么不直接测1次？】1次跳动时间太短（约0.8s），人按秒表的反应时间（约0.1~0.2s）会导致很大误差。测量30次再除以30，可有效减小误差——这其实就是累积法的应用。 【实验2：苹果下落】让苹果自由下落，用频闪摄影每隔0.1s拍摄一次，记录苹果在每个时刻的位置，用时间数轴表示各时刻和各段时间。 板块一 课堂练习 一、填空题 1. 国际单位制中，长度的基本单位是______，时间的基本单位是______，质量的基本单位是______。 2. 完成下列单位换算：1.5km = ______m；3.6m = ______cm；2h = ______s。 3. 测量是为了进行可靠的________比较。要进行测量，除了需要合适的工具，还需要有一个公 认的标准量作为比较的依据 ，这个标准量叫做________ 。 目前，国际上有一套统一的单位 ，叫做 ________。完成测量后，应完整记录测量数据的数值和________。 4. 2018年我国科学家利用______技术成功测量了地月距离；2020年北斗卫星导航系统测得珠穆朗玛峰高程为______m。 5. 误差与错误不同，______不可避免，但可以通过______等方法减小；而______是可以避免的。 6. 小明学习长度的测量后，进行相关实践活动。 （1）他在实验室找到如图甲、 乙所示的两把刻度尺。刻度尺甲的量程为 ，分度值为________；刻度尺乙的量程为_________，分度值为___________。 cm 甲 乙 （2）他根据 选择其中一把刻度尺测物体的长度，操作情形如下图所示。 ①其中操作正确的是 ，被测物体的长度是 。 ②请指出其它情形中错误之处。 二、选择题（9题） 7. 下列哪个不是物理学研究的内容？（ ） A. 物质的结构 B. 物质的相互作用 C. 细胞的分裂 D. 运动的规律 8. 1μm等于（ ） A. 10⁻³m B. 10⁻⁶m C. 10⁻⁹m D. 10⁻¹²m 9. 用"拃"测量课桌长度，不同同学结果不同，这说明了（ ） A. 测量工具不够精确 B. 需要统一单位 C. 测量方法错误 D. 存在误差 10. 关于误差，下列说法正确的是（ ） A. 误差就是错误 B. 误差可以避免 C. 误差不可避免，但可以减小 D. 多次测量求平均值可以消除误差 11. 用刻度尺测量物体长度时，视线应与刻度尺（ ） A. 平行 B. 垂直 C. 成45°角 D. 任意角度 12. 下列计时工具中，精度最高的是（ ） A. 时钟 B. 手表 C. 电子秒表 D. 沙漏 13. 一元硬币的质量约为（ ） A. 6g B. 50g C. 500g D. 6kg 14. 要测量一张纸的厚度，最好的方法是（ ） A. 直接用刻度尺测量 B. 用累积法测量100张纸的总厚度再计算 C. 用三角板辅助测量 D. 无法测量 15. 珠穆朗玛峰（简称珠峰） ，是喜马拉雅山的主峰，它不仅是世界上海拔最高的山峰，还被广泛的 认为整个地球上最高的自然产物。2005 年中国国家测绘局公布的数据显示其岩石面的高度为 884443( ) A ．m B ．dm C ．cm D ．mm 3、 简答题 16 ．根据示例完成下列长度单位的换算。 示例 ：1.2km = 1.2×1km = 1.2×1000m = 1200m （1）2.2dm = ___________ = ___________ =______________mm （2）加剧雾霾天气的“细颗粒物” 即 PM2.5 对空气质量、人体健康、大气环境的影响尤为严重。近几 年经过治理，上海地区的空气质量有了显著的改善。PM2.5 是指大气中直径小于或等于 2.5μm 的颗粒物， 请将其直径换算成以“米”为单位的数据。 （保留换算过程） 17. 选择较为接近的数据，请用连线的方式将左侧的情景与右侧相应的选项连接起来。 （友情提示： 请用 2B 铅笔和直尺完成连线，如需修改则应用橡皮将原连线擦除干净） 18 ．人体健康指标涵盖了多项检测内容，心率是其中一项比较重要的参数。小明为了了解自己的心率 数据，在平静状态下利用电子秒表测量了三组数据，如下表所示。请仔细观察表中数据，回答下列问题。 第 1 组 第 2 组 第 3 组 时间/s 30 50 80 脉搏跳动次数 36 62 98 （1） 由第 1 组测量数据可知，小明每秒钟脉搏跳动的次数为 次；脉搏每跳动一次间隔的时 间为 s。 （2 ）小明分别测量 30s（或 50s 或 80s） 内脉搏的跳动次数，而不是测量 1s 内脉搏的跳动次数，这样 做的目的是 。 （3）小明测量三组数据的目的是 。 （4）大量事实表明，人经过运动后短时间内心率会明显加快。当小明运动后直接测量心率，脉搏跳 动 48 次用时 40s （选填“大于”“等于” 或“小于”）。 第 4 页 共 16 页 第 1 章 测量 单元作业 学科网（北京）股份有限公司 板块二 回家作业（25题） 【层次一】基础题（10题） 1. 完成单位换算：5dm = ______m；20mm = ______cm；0.5kg = ______g；3000mg = ______g；1.5min = ______s。 2. 古代计时工具主要有______和______；测量地月距离使用______。 3. 国际单位制中，长度的常用单位从大到小依次为：km、______、______、cm、______、μm、nm。 4. 质量的国际单位是______，1t = ______kg，1kg = ______g。 5. 使用天平前，应先将游码移到标尺的______处，再调节______使天平平衡。 6. 下列物体中，质量最接近50g的是（ ） A. 一粒米 B. 一个鸡蛋 C. 一瓶矿泉水 D. 一辆自行车 7. 用毫米刻度尺测量物体长度，读数正确的是（ ） A. 2.5cm B. 2.50cm C. 2.500cm D. 2.5000cm 8. 关于质量，下列说法正确的是（ ） A. 物体从地球拿到月球，质量会变小 B. 冰熔化成水，质量不变 C. 把物体切去一半，质量不变 D. 质量与物体的形状、状态、位置都有关 9. 要测量曲线长度（如圆形花坛周长），可以使用（ ） A. 累积法 B. 化曲为直法 C. 三角板辅助法 D. 直接测量法 10. 石英钟即使使用几年，误差也很小，这是因为（ ） A. 使用了原子钟 B. 使用了摆钟 C. 石英晶体振动频率稳定 D. 人工校准 【层次二】情景练习 情景一：物理实验课——测量课桌长度 物理课上，老师让同学们用刻度尺测量课桌的长度。小明将刻度尺零刻度线对准课桌左端，视线垂直于尺面读数，记录为60.35cm。小红将刻度尺的1cm刻度线对准课桌左端，读出右端对应刻度为61.38cm。 1-1. 小明测量课桌长度时，视线应与尺面保持什么关系？ A. 倾斜向下 B. 倾斜向上 C. 垂直 D. 任意角度 1-2. 小红将1cm刻度线对准课桌左端再读数，这种做法的好处是__________。 1-3. 小红测量的课桌长度应记为多少cm？请写出计算过程。 1-4. 小华用塑料卷尺测量课桌的长度时，若用力拉长卷尺使之变形，则测量结果跟准确值相比 A．偏大 B．偏小 C．相等 D．可能偏大也可能偏小 情景二：秦始皇统一度量衡 秦始皇统一六国后，下令统一度量衡，规定全国使用相同的长度标准——"尺"。在此之前，各国一尺的长度不同：齐国一尺约20cm，楚国一尺约22.5cm，秦国一尺约23.1cm。 2-1. 秦始皇统一度量衡，最主要的原因是（ ） A. 方便百姓日常生活 B. 促进各国文化交流 C. 统一标准便于商业贸易和国家管理 D. 显示皇帝权威 2-2. 若一个楚国人用楚国一尺量出身高为7.5尺，换算成齐国的一尺约为__________尺（保留一位小数）。 2-3. 从物理学角度看，统一长度单位的意义是什么？请用一句话回答。 情景三：北斗导航与激光测距 中国北斗导航系统通过卫星向地面发射信号，根据信号传播时间计算距离，信号传播速度约为3×10⁸ m/s。北斗三号定位精度可达2.5m。科学家还用激光测量地月距离，激光往返月球一次约需2.56s。 3-1. 北斗系统通过测量信号传播时间来计算距离，这利用了哪个物理量？（ ） A. 长度 B. 时间 C. 速度 D. 质量 3-2.已知激光从地球到月球往返一次需2.56s，请计算地球到月球的距离（结果保留两位有效数字）。 3-3.北斗定位精度2.5m，意味着测量结果与真实值之间最多有2.5m的偏差，这属于测量中的__________。 3-4.下列有关误差的说法不正确的 A．即使认真测量也会有误差 B．误差是未遵守操作规则引起的 C．选用准确度高的尺测量时仍有误差 D．多次测量的平均值能减少误差 情景四：体育比赛中的测量 学校运动会100米短跑决赛中，裁判用电子计时系统记录成绩，小华的成绩为12.36s。在跳远比赛中，裁判从起跳板前沿量到落地最近痕迹，三次试跳成绩分别为4.25m、4.38m、4.15m。 4-1.（选择题）100米短跑计时中，电子计时系统比手动计时更精确，主要是因为（ ） A. 电子计时器量程更大 B. 电子计时器分度值更小 C. 电子计时器不易损坏 D. 电子计时器价格更高 4-2.（填空题）跳远比赛中，最终有效成绩应记为__________m（取最佳成绩）。 情景五：装修中的长度测量 小林家正在装修新房。爸爸需要测量客厅长度来计算购买多少地板。客厅形状不规则，爸爸先用卷尺测量最长边为6.28m，最宽处为4.15m。装修师傅建议地板铺设要预留5%的损耗。 5-1.（选择题）测量房间尺寸时选用卷尺而不是学生刻度尺，主要是因为（ ） A. 卷尺更便宜 B. 卷尺量程更大 C. 卷尺分度值更小 D. 卷尺不易产生误差 5-2.（计算题）若客厅近似为矩形，请计算至少需要购买多少平方米的地板（考虑5%损耗，结果保留两位小数）。 5-3.（填空题）爸爸测量客厅最长边为6.28m，其中数字"8"所在位的单位是__________。 【层次三】拓展提高（5题） 1.（实验设计题）如何用一把普通的刻度尺测量一根细铜丝的直径？请写出具体操作步骤，并说明需要多次测量求平均值的原因。 2.（计算题）小明用秒表测量单摆完成30次全振动的时间为45.6s。求单摆完成一次全振动的周期（保留两位小数），并判断该秒表的分度值是多少。 3.（综合分析题）五位同学用同一把刻度尺测量同一物体的长度，记录数据为：3.25cm、3.27cm、3.26cm、3.56cm、3.26cm。请分析：① 哪个数据明显有误？② 该数据可能是什么原因造成的？③ 物体的长度应记为多少？ 4．小王去商场购买运动鞋时，发现不同品牌的鞋子所采用的鞋码是不一样的，有的品牌使用的是标 准码、有的品牌使用的是国际码。他查阅资料后获得了如下表所示的鞋码对照表。 标准码 34 36 37 40 42 43 国际码 22 23 23.5 25 26 26.5 脚长/ _________ 21.5~22.0 22.6~23.0 23. 1~23.5 24.6~25.0 25.6~26.0 26. 1~26.5 脚宽/_________ 8.0~8.5 8.5~9.0 9.0 9.5~ 10.0 10.0~ 10.5 10.5 （1）在上表中，脚长和脚宽缺少单位，请在横线上填入合适的单位。 （2）观察表中数据可知 ：虽然标准码和国际码是两种不同的尺码，但他们是一一对应的。标准码越 大，国际码__________（选填“越大” 或“越小”）。 （3）小王观察了上面的数据后提出问题 ：实际生活中有没有可能出现标准码和国际码数值相同的情 况。请就该问题作出判断并说明理由。 第 15 页 共 16 页 第 1 章 测量 单元作业 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 【课堂练习答案】 1. 米（m）；秒（s）；千克（kg） 2. 1500；360；7200 3. 认、放、看、读、记 4. 激光测距；8848.86 5. 误差；多次测量取平均值；错误 6. 左；右；砝码质量；游码示数 7. C 8. B 9. B 10. C 11. B 12. C 13. A 14. C 15. B 16.（1）2.2×1dm；2.2×100mm；220mm；（2）2.5μm=2.5×1μm=2.5×10-6m。17. 略 18. （1）1.2；0.83；（2）累计测量，便于计时；（3）多次测量取平均值，减小误差；（4）小于。 【回家作业答案】 层次一： 1. 0.5；2；500；3；90 2. 日晷；漏刻；激光测距仪 3. m；dm；mm 4. 千克（kg）；1000；1000 5. 零刻度线；平衡螺母 6. B 7. B 8. B 9. B 10. C 层次二： 情景一：1-1.C | 1-2. 避免因零刻度线磨损而造成测量误差 | 1-3. 61.38cm - 1.00cm = 60.38cm | 1-4.B 情景二：2-1.C | 2-2. 8.4尺（7.5×22.5÷20） | 2-3. 统一长度单位使不同地区的测量结果可相互比较和换算，消除标准不同导致的混乱 情景三：3-1.B | 3-2. d=3×10⁸×2.56÷2=3.84×10⁸m≈3.8×10⁸m | 3-3. 误差| 3-4. B 情景四：4-1.B | 4-2. 4.38m（取最佳成绩） 情景五：5-1.B | 5-2. 6.28×4.15×1.05=27.47m² | 5-3. 0.01cm（即0.1mm，百分位） 层次三： 1. 步骤：①将细铜丝紧密排绕在铅笔上绕50圈；②用刻度尺测量绕线区域总长度L；③计算直径d=L/50。多次测量原因：减小偶然误差（绕线不紧密、计数出错等）。 2. 周期T=45.6÷30=1.52s；秒表分度值为0.1s（读数45.6s在0.1s位）。 3. ①3.56cm明显有误（与其他数据偏差约0.30cm）；②可能原因：读数时看错刻度（如3.26误读为3.56）；③去掉3.56后求平均：(3.25+3.27+3.26+3.26)÷4=3.26cm 4. （1）cm；cm；（2）越大； （3）有可能。标准码每增加或减小2，国际码就增加或减小1，则可设标准码为A=34+2k，国际码为B=22+k，若A=B，则34+2k=22+k，解得k=-12，此时A=B=10，而根据国际码对应的脚长，可知该尺码对应的脚长在10cm左右，而实际情况下厂商一般不会为脚长在10cm左右的婴幼儿专门设计鞋子。 第 1 页 共 16 页 第 1 章 测量 单元作业 学科网（北京）股份有限公司 $