沪教版上海物理八年级上册32 测量的历史.docx

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沪教版上海物理八年级上册32测量的历史

测量的历史

课程学习标准

这一节你将学习——长度、质量和时间的一般测量方法

1．学习目标

知识与技能

过程与方法

知道测量的要素是单位和量度工具。

巩固使用刻度尺测量长度

能正确使用天平测量质量

能初步使用打点计时器的研究物体的运动

领悟打点计时器的工作原理

掌握间接测量的一般方法

掌握一般的估测方法

2．知识网络图

（1）质量的测量

国际单位制主单位：

千克（kg）

测量仪器：

托盘天平

（2）长度的测量

国际单位制主单位：

米（m）

测量仪器：

刻度尺

（3）时间的测量

国际单位制主单位：

秒（s）

测量仪器

秒表

打点计时器

教材内容详解（现象、概念与规律）

概念辨析

1．质量

自然界中的一切物体都是由物质组成的，物体所含的物质的多少就叫质量。

质量是物体的一种属性，为什么这样说呢？

例如，将一只铅笔盒从北京带到上海，它所含物质的多少并没变，因而质量不会发生变化，即物体的质量不随位置的变化而变化。

物体的质量也不随状态的变化而变化，如一瓶矿泉水放入冰箱冷冻室一段时间后结成了冰，虽然状态变化了――由液态变成固态，但是质量不会变化。

另外，物体的形状发生了变化后质量也不会随着改变，如将橡皮泥捏成不同的形状后泥的多少不会变，即所含物质的多少没变化。

还有，物体的温度变化了，它的质量也不会随着变化。

综上所述，物体的质量不随它的位置、状态、形状和温度等因素的变化而变化，因而我们说质量是物体的基本属性。

2．误差

测量时，要用眼睛估读出最小刻度值的下一位数字，是估读就不可能非常准确，测量的数值和真实值之间必然存在着差异，这个差异就叫误差。

误差跟错误不同。

测量中，由于视线的偏斜而导致测量的错误，这是由于没有按规则去做而造成的。

错误是应该而且可能避免的。

测量的误差是不可避免的，除了估读的误差外，还有其他原因造成的误差。

如仪器本身不准确，环境温度、湿度变化的影响等，这都是造成误差的原因。

误差不可能消除，只能尽量的减小。

减小误差的措施比较多，其中求平均值的方法，简单而有效。

测量中有时估计偏大，有时会偏小，这样多次测量值的平均值更接近于真实值

难点释疑

※如何进行估测？

其实，估测也是一种测量，只是相对粗糙些罢了。

了解了这一点，也就不难对研究对象进行估测了。

我们每个人的身体上就存在着很多比较标准――“单位”，如我们的大拇指的宽度大约1厘米，一“拃”长约2分米，还有我们自己的身高值等，这些都可以用来作为比较标准对其他物体的长度进行估测。

正常人的脉搏跳动一次的时间接近1秒，我们可以利用这个特点对一小段时间进行估测。

再如，日常生活中常见的一些物体的质量也可以作为比较标准进行估测，通常一只鸡蛋的质量约为50克，面值一角硬币的质量约为1克，一普通中学生的质量约50千克等，利用这些“标准”对其他物体进行比较就可以轻易地得出他们的质量的大致值了。

※常见的间接测量方法有哪些？

1．替代法：

可用于测量曲线的长度

　　也称棉线法　比较短的曲线，可以用一根弹性不大或没有弹性的柔软棉线替代曲线来测量.方法是把棉线的起点放在曲线的一端点处，让它顺着曲线弯曲，标出曲线另一端点在棉线处的记号作为终点，然后把棉线拉直，用刻度尺量出棉线起点至终点间的距离，即为曲线长度。

　　滚轮法　比较长的曲线，可用一轮子，先测出其直径，后求出其周长，再将轮沿曲线滚动，记下滚动的圈数，最后将轮的周长与轮滚动的圈数相乘，所得的积就是曲线的长度。

2．累积法：

可用于测纸的厚度和细金属线的直径

　　如要测某一课本中每张纸的厚度，可取若干张纸（纸的张数要适量），压紧后，用最小刻度为毫米的刻度尺量出其总厚度，然后将总厚度除以纸的张数，所得的商即是每张纸的厚度。

　　又如，要测细金属丝的直径，我们只要找一支圆铅笔（或粗细适当的圆柱体），将金属丝在铅笔上依次密绕适当的圈数，用有毫米刻度的刻度尺量出这个线圈的长度，再将线圈长除以圈数，所得的商就是金属丝的直径。

3．辅助工具法

　　圆的直径，小瓶子的高，圆锥体的高均可借助辅助工具测量.具体方法如下：

　　圆的物体，刻度尺的刻度无法靠近，故无法直接测量．要想测出圆的直径，可以用刻度尺和三角板配合使用，如照图１那样用一根刻度尺和一块三角板放置，也可照图２那样用两块三角板和一根刻度尺放置，测出圆的直径。

　　　　　　　　　图1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2

　　测量圆的直径，三角板和刻度尺如图３放置的几种方法都是错误的。

因此，在测量时要避免这些错误，掌握正确的测量方法。

　　　　　　　　　　　　　　　　图3

　　测量圆锥高和小瓶子高的方法与圆直径的测量方法相同，如图４测圆锥高和图5测小瓶子高。

　　　　　　　　　　图4　　　　　　　　　　　　　　图5

知识应用

1．长度和它的单位

测量的实质是比较。

单位、测量工具和测量方法是测量的基本要素。

人类在长度测量中，最早是用身体的某一部分作为标准的。

传说夏禹治水时，用自己的身高作为一丈，“男子汉，大丈夫”的说法据说就由此而来。

古代中国，用手作长度的标准，“布手知尺”即是例证。

古埃及和中国一样也是用手为尺的，古埃及人将人的肘部到中指尖的长度定为一“腕尺”。

埃及的胡夫金字塔，底为正方形。

其底边长曾用古埃及王胡夫的腕尺测量，恰为500腕尺。

英国人则是手脚并用的，英文foot一词，脚与同字，这是用脚为尺的佐证。

而在公元九世纪时英王亨利一世将手臂平伸，从他的鼻尖到指尖距离规定为一“码”，这则是以手为尺的明证。

不管是用手还是用脚为标准，都有极大的主观随意性。

我国是较早使用测量工具测量的国家之一。

远在商代，就有了制作较精细的象牙尺。

现存两支，一支藏在中国历史博物馆，长为现在的15.78cm，一支藏在上海博物馆，长为现在的15.80cm。

尺上都刻10寸，每寸内刻有10分。

从这两支尺的长约为16厘米看，这是人手的一般长度，这一事实可以看出，它所使用的标准仍未脱离人体主观标准的范畴。

春秋战国时期，天下纷争，度量衡也不统一，直到秦始皇兼并六国统一天下，才统一了度量衡。

秦制规定长度单位为引、丈、尺、寸、分，均为十进位。

这种长度单位的1尺约为现在的23.2厘米，沿用了两千年。

在18世纪法国大革命以前，世界各国的长度标准极为混乱，比如我国是市尺，日本用日尺，英国用英尺，俄国用俄尺。

其长度不一致，进位制也不统一，有十进位、十二进位，还有五进位的，各行其是。

这在国际经济、技术交往中，极为不便，随着科学技术的发展，交通运输工具的进步，国际交往变得日益频繁，亟城破国际间长度测量标准上的诸候割据的局面。

在18世纪法国大革命以后，长度测量的客观标准是“米”。

在这以后的两百年中，出现了各种各样的测量长度的仪器和各种各样的测量方法，测量范围越来越广，精度也越来越高。

目前，最先进的是激光测长，精度可达10-9米数量级。

2.质量单位

古代质量单位和长度单位的情况相似，也有多种多样的形式。

我国秦代度量衡制度中规定：

1石＝4钧，1钧＝30斤，1斤＝16两。

与现代国际单位制比较，1斤约合0.256千克。

最初的千克质量单位是由18世纪末法国采用的长度单位米推导出来的。

1立方分米纯水在最大密度（温度约为4℃）时的质量，就定为1千克。

1799年法国在制作铂质米原器的同时，也制成了铂质千克基准，保存在巴黎档案局里。

后来发现这个基准并不准确地等于1立方分米最大密度纯水的质量，而是等于1.000028立方分米的水的质量。

于是在1875年米制公约会议之后，也用含铂90%、铱10%的合金制成千克原器，一共做了三个，经与巴黎档案局保存的铂质千克原器比对，选定其中之一作为国际千克原器。

这个国际千克原器被国际计量局的专家们非常仔细地保存在特殊的地点，用三层玻璃罩好，最外一层玻璃罩里抽成半真空，以防空气和杂质进入。

随后又复制了四十个铂铱合金圆柱体，经过与国际千克原器比对后，分发给各会员国作为国家基准。

跟米原器一样，千克原器也要进行周期性的检定，以确保质量基准的稳定可靠。

 3.电子秤

电子秤是目前城市商店中应用较广的称量、计量工具。

它最大的优点是能够自动、快速、准确地称量和计价。

另外它还有累计顾客购买的不同货物金额等多种功能。

当电子秤接通220V电源并开机后，单价显示窗口显示“0.00”；如果商品单价为25.38元，就分别按数字键25.38，即可把商品单价自动输入。

把商品放在秤盘上，左边窗口就显示出商品的质量数，右边计价窗口就显示商品的金额。

当给下一个顾客计价时，必须先按一下“清除”键，即清除前面的金额，才能开始新的金额计价。

如果需要查看一天的营业额，可先按“功能”键，再按“累计”键，在金额显示窗口即显示出总金额累计值。

电子秤是目前比较先进，比较方便的称量工具。

其称量规格一般有15千克、6千克、3千克等。

其精度为1/3000，即称量15千克的误差在5克左右。

今天电子秤还在朝着高精度、多功能的方向发展。

经典例题类析

知识点一刻度尺的使用

[例题1]下列说法正确的是（　）

A．测量长度的常用工具是尺子

B．测量物体长度时，一定要使物体的左边线跟尺的零刻度线对齐

C．测量长度时，要使尺的刻度线紧贴被测物体

D．测量长度时，站在哪个位置方便，就从哪个角度读数

解析：

正确使用刻度尺过程中应该注意以下几点：

（1）使用前要先观察它的零刻度是否磨损、量程多大、最小刻度值是多少。

（2）正确放置刻度尺：

尺要沿着测物体、不要放歪斜；要让刻度线紧贴被测物体。

（3）正确读数：

视线要跟尺面垂直；精确测量时,要估读到最小刻度值的下一位。

另外，还要注意正确记录测量结果：

测量结果由数字和单位组成。

答案：

本题应选C

知识点二托盘天平的使用

[例题2]使用托盘天平称物体质量时，下列各项中不必要的是（）

A．

使用天平时，应将天平放在水平的实验台上

B．调节横梁平衡时，应将游码移至标尺左端的零刻度处

C．称量时，左盘应放置被称量的物体，右盘放置砝码

D．判断天平横梁是否平衡，一定要等指针静止下来

解析：

使用天平分调节和称量两部分，调节即准备阶段：

先将天平放在水平工作台上，再将游码置于零刻度处，然后调节平衡螺母使横梁平衡。

至此，准备工作结束，接下来进入称量阶段：

称量时应“左物右码”，即左盘应放置被称量的物体，右盘放置砝码，当左盘放入被测物体后天平的平衡必然被打破，再通过加减砝码及移动游码使横梁再次平衡，无论是调节阶段还是称量阶段，判断横梁是否平衡时不一定要等到指针静止，只要指针在中央红线两边的摆幅一样时即认为横梁已经平衡。

选项（A）、（B）、（C）是正确的措施，（D）是不必要的措施，因而本题选（D）。

答案：

本题应选D

知识点三打点计时器的使用

[例题3]某同学用打点计时器打出两条纸带，如图所示。

某小组4名同学观察纸带后，各发表意见如下，说的正确的是（）

A、由于第一条纸带点与点之间距离不均匀，说明相邻两个点的时间间隔是不同的。

B、由于打点计时器均匀的振动，不论怎样拉纸带，相邻两个点的时间间隔总是相同的。

C、第一条纸带有7个点，拉纸带的时间是0.14秒。

D、以上说法都有错误。

解析：

打点计时器是利用物体规律的振动来计时的，因而打点计时器的任意相邻两次打点之间的时间间隔都是相同的。

所打点的间距不同是由于拉动纸带时的速度不均匀造成的，但无论怎样拉纸带并不会影响两次打点之间的时间间隔。

选项（A）是错误的，而选项（B）是正确的。

第一条纸带有7个点，但时间间隔是7－1＝6个，因而拉此纸带的时间间隔是t＝0.02秒×6＝0.12秒。

选项（C）是错的。

答案：

本题应选B

知识点四估测

[例题4]如图所示，某校初三学生正在进行升旗仪式，

该校旗杆的高度为（）

A、4米B、7米C、10米D、12米

解析：

本题属于估测题。

在估测题中要善于利用身边

的数据进行比较。

本题各选项值的差异不大，很难直接作

出判断，需要充分利用题图中的信息进行解题。

由题中

“初三学生”可以得到学生身高约1.7米左右，当然学生身高的个体差异往往很大，但图中既然是五位同学，都偏低（如低于1.5米）或都偏高（如高于1.8米）的可能性可以排除。

再由图可以看出旗杆高度约为学身身高的四倍，因而旗杆高度为1.7米×4＝6.8米，约7米。

答案：

本题应选B

知识点五间接测量

[例5]测量硬币的直径，可采用什么方法？

解析：

由于不能准确判断硬币直径的位置，所以直接用刻度尺不可能准确测出，必须考虑特殊方法

　　方法一：

借助两把直角三角板和一把刻度尺来进行测量。

或用一只三角板和一把刻度尺，如图6甲所示，用两把三角板紧夹住硬币，图6乙所示，用直尺和三角板把硬币紧压在桌面边缘，均可从刻度尺上读出硬币的直径。

（图6乙所示，需注意刻度尺的零刻线必须对齐桌面）。

　　　　　　　　　　　　　　　图6

　　方法二：

让硬币从纸上某个记号开始，在纸面上沿直线滚动n周，测出直线长度s，先求出每周的周长

，再利用L=πD，求出硬币的直径

。

　　　　　　　　　　　图7图8

　　方法三：

把硬币放在纸上，贴着边缘用笔画上一圈，再剪下对折，如图7所示，然后用刻度尺直接测量圆的直径，即为硬币的直径。

　　说明：

本题易犯的错误是直接用刻度尺放在硬币下进行测量，由于这种方法不容易判断直径的位置，会使测量不准确。

[例2]用刻度尺粗测一个酒瓶的容积。

解析：

刻度尺用来测量长度的，根据一些几何关系，可以求面积、体积，在具体测量时，应当动脑筋想办法，采用灵活的方式，把不好测的量转换为容易测量的量，本题的实质是利用长度求体积。

因为是粗测，所以可忽略酒瓶的壁厚，酒瓶的体积约为酒瓶的容积。

　　分析酒瓶的形状可见，下半部形状规则，为圆柱体，而上半部较复杂，直接求较困难。

如果想办法把上半部的体积也转化为下半部的圆柱体形状，就可以用圆柱体的体积公式求容积。

可采用注入水的方法，将测量弯曲复杂的上半部容积转化为求容积与灌入瓶中液体体积的差。

（1）借助三角板和刻度尺测出酒瓶下半部直径D。

（2）往酒瓶中灌入适量水，测量出水面与瓶底的距离h1,这些水的体积为V1（如图8甲所示）。

（3）堵住瓶口，将酒瓶倒置，用刻度尺测出液面到瓶底的距离h2，可求出液面上方空间体积为V2（如图8乙所示）。

（4）用圆柱体体积公式求：

，则

（5）

为瓶内水所占体积，

为瓶内除去水后所剩余的空间体积，则瓶的容积为

。

实验指导

实验1用托盘天平测量金属块质量：

实验目的

练习使用托盘天平

实验器材

托盘天平（附砝码盒）、金属块

实验步骤

1）将天平放在水平工作台上

2）将游码置于左端的零刻度处

3）调节平衡螺母使横梁平衡

4）将金属块轻轻放于左盘，通过在右盘中加减砝码及移动游码使横梁再次平衡

5）右盘中砝码的质量加上游码显示的质量即为金属块的质量

天平使用注意事项：

1调节平衡螺母应遵循以下规律：

指针左偏就向右调；右偏向左调。

2判断横梁是否平衡时不一定要等到指针静止，只要指针在中央红线两边的摆幅一样时即认为横梁已经平衡

3天平调节平衡后，左右盘不能对调，平衡螺母不能再动。

4取砝码时一定要用镊子，并轻拿轻放。

5往盘里加砝码应先估计被测物的质量，不能超过最大称量（天平的最大称量=所配砝码总质量+游砝最大读数），再从大到小加砝码；当加到最小一个砝码时超过待测物重，则应改用移游码。

6游码的读数是读游码的左边所对标尺的刻度值。

7保持天平干燥、清洁。

实验2打点计时器的使用

实验目的

练习使用打点计时器

实验器材

打点计时器、纸带

实验步骤

1）安装调整：

将纸带的一端固定在运动物体（实验小车、重锤）上，另一端通过电磁打点计时器导带槽，从振针下面的复写纸下面穿过。

复写纸呈圆形，复印面向下，在纸带移动时，上面的复写纸能随之转动。

接通电源。

调整振动片的紧固螺丝，使振动片稳定地振动，再调节振针，以刚好能在纸带上打出点为好，尽量减少打点针与纸带的接触时间，以减小运动物体因打点而受到的阻力。

2）打点：

让打点计时器开始稳定地打点后，拉动纸带，纸带上就可得到一连串的小点。

3）测定时间：

打点计时器打点频率f=50赫，即每隔0.02秒打一个点。

因此，纸带上任意相邻的两点（除第一、二点以外）间所表示的时间间隔就是打点计时器的打点周期T0，T0=1/f=0.020秒。

如果纸带上任意两个点之间有n个打点周期，则这两点间的时间t=nT0。

注意事项：

①用电磁打点计时器测量时间时，整条纸带与打点计时器的导槽一定要尽量放平。

②由于打点计时器没有同步装置，纸带上第一点与第二点间所表示的时间间隔不一定是一个打点周期，在处理纸带时，一般都避开用第一点。