第二节 力学基本物理量及测量方法物理学的发展离不开历史上很多伟大的物理实验，很多物理定律就是通过实验来验证或者是实验基础上的推理得到的，物理学的大厦中镶嵌着无数令人瞠目结舌的精妙实验。

古人说九尺之台，起于垒土，我们对物理力学的学习，就从基本的力学物理量和简单的测量方法开始。

1．力学的基本物理量在物理学中，我们用物理量来描述物体的固有的性质和运动的状态。

物理量分为基本物理量和导出物理量。

力学中通常选长度、质量、时间为基本物理量，这三个物理量可以导出所有力学的导出物理量，例如速度（如右图）。

导出物理量是根据物理量的定义由基本物理量组合而成的。

物理量要同时用数字和单位两部分来表示，否则不产生任何物理意义。

1．1．长度和长度单位我们用长度这个物理量来表示物体的大小。

在国际单位制中，长度的单位是米(m )。

为了方便我们也经常使用千米(km )、分米(dm )、厘米(cm )、毫米(mm )、微米(m μ)和纳米(nm )等长度单位。

1m =10—3km ＝10dm ＝102cm ＝103mm ＝106m μ=109nm 。

例题：F 是电容的单位符号，A 是电流强度的单位符号，…… 20mF =__________F =__________F μ 100mA =__________A =__________A μ 500g =___________kg除以上长度单位以外，在天文学中常用光年、天文单位来做长度单位。

1光年是指光在真空中以8103⨯米/秒的速度经过1年所走过的距离，约等于9460730472580800米。

1天文单位（AU ）是指地球到太阳的平均距离，约为1110496.1⨯米。

请思考：天文望远镜可以看到200亿光年以外的星星，那我们看到的光岂不是来自200亿年前？我们看到的星星的样子是200亿年前样子？我们仰望星空，看到的岂不是不同时间和空间的一个大拼盘？在描述原子大小时，我们经常用到一个单位是埃格斯特朗（简称埃），10埃=1纳米。

在国外，英尺是很常用的长度单位，1英尺=0.3048米。

我们生活中还有很多常用的长度单位，例如寸、尺、丈。

1米=3寸，丈=10尺=100寸例1．(1999年河南赛区试题)某同学以自己一只铅笔的长度为单位长度，即发明了一个新的长度单位“铅笔长”，他用这支铅笔测得一个桌子的长度为这支铅笔长度的5．6倍，则桌子的长度应记作 ____________．面积的国际单位是平方米（2m ）。

262422262101010101mm cm dm km m ====-我们在丈量土地时，会用到公亩(are)和公顷(Hectare)这两个面积单位。

我们汉朝的1尺合23.1cm ，史书上说我身高是九尺，大哥是七尺五，三弟和军师身高都是八尺。

一些长度和距离（单位：米） 原子半径：1010)35.0(-⨯-人头发的直径：约5107-⨯ 一张纸的厚度：约410- 我国铁道的标准轨距：435.1 珠穆朗玛峰海拔高度：43.8848 地球半径：6104.6⨯ 地球到月球的距离：8108.3⨯ 太阳半径：8107⨯ 银河系半径：19106⨯1公顷=100公亩=10000平方米 体积的国际单位是立方米（3m ）。

39363331010101mm cm dm m ===某容器所能容纳物体的体积叫做这个容器的容积。

固体的容积单位与体积单位相同，而液体和气体的容积单位一般用升（L ）、毫升（mL ）。

311dm L = 311cm mL =1．2．时间和时间单位在国际单位制中，时间的单位是秒(s)。

在生活中我们还会用到小时(h)、分(min)、毫秒(ms)等时间单位。

1h =60min =3600s 1 min =60s 1s ＝1000ms单位换算=224cm ________2m =min 48______h=s m /2_______ h km / =mL 63______L1．3．质量和质量单位物体含有物质的多少叫做物体的质量(mass)。

质量是物体的一种属性,不因物体的位置、形状、状态、温度等因素而改变。

在国际单位制中，质量的单位是千克（kg ）。

在生活中我们还会用到小时吨（t ）、克（g ）等单位。

2．测量与误差物理是一门实验学科，物理学的结论都是通过实验或者是实验基础上的推理得到的。

物理实验的最基本的内容就是测量。

测量，是一个将待测的量与公认的标准量进行比较的过程。

理论上，物理量的真实值是不能被直接测量到的，测量值与真实值的差异叫做误差。

减小误差的方法很多，可以多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值，这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值，改进测量仪器性能也可以减小误差。

误差和错误是不同的，误差不可避免；而错误可以避免。

2．1．长度的测量测量长度最常用的工具是刻度尺，测量较大长度时用钢尺或卷尺。

当测量的精确程度要求较高时，可用游标卡尺(精确程度可达到0．02毫米)或螺旋测微器(也叫千分尺，精确程度可达到0.01毫米)。

刻度尺：使用物理仪器的使用注意事项大多分3部分：1、先看能不能用、好不好用（观察量程、最小刻度、零刻度线）；2、该怎么用、不该怎么用（一定要正反两方面总结）；3、怎么读数（估不估读？视线方向）。

刻度尺的使用注意事项:1、使用前，首先看刻度尺的零刻度是否磨损，如已磨损则应重选一个刻度值作为测量的起点。

其次看刻度尺的量程（即测量范围）。

原则上测长度要求一次测量，如果测量范围小于实际长度，势必要移动刻度尺测量若干次，则会产生较大的误差。

最后应看刻度尺的分度值（仪器上相邻两条刻度线之间代表的物理量，也叫最小刻度值、精确值）。

分度值不仅反映了刻度尺不同的准确程度，而且还涉及到测量结果的有效性。

量程和分度值应从实际测量要求出发兼顾选择。

2、尺边对齐被测对象，必须放正重合，不能歪斜；尺的刻面必须紧贴被测对象，不能“悬空”。

正确观察的方法是视线在终端刻度线的正前方，视线与刻度面垂直。

3、估读到最小刻度值的下一位。

例如下图中分度值是1mm，则估读到0.1mm，估读值为0.5mm。

最后测量测量结果是2.15cm。

注意，如果估读值的数值为零，也必须写出来，例图，测量结果可以记作3.00cm。

游标卡尺：当我们要精确测量物体的长度、外径、内径、孔深时，经常会用到游标卡尺。

下图是游标卡尺的示意图。

1是主尺；2是游标，它是套在主尺上的一个可移动的部件；3是下测脚，用来测量宽度、厚度或外径；4是上测脚，用来测量槽的宽度或内径；5是可随游标一起移动的测深尺，用来测量槽或孔的深度；6是固定主尺和游标的锁紧螺钉。

原理：如图，上测脚距离、下测脚距离、主尺“0”刻度线和游标“0”刻度线的距离是相等的。

所以无论是测内径，还是测外径，测量长度就等于主尺“0”刻度线和游标“0”刻度线的距离。

错位放大原理：游标卡尺是利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成．这里我们重点介绍10分度、20分度、50分度的游标卡尺10分度的游标卡尺：主尺上10个小格的长度是10mm，每小格1mm，游标上10个小格的长度是9mm，每小格0.9mm，比主尺上每小格小0.1mm。

读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出0.1毫米位的数值，游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，0.1毫米位就读几（不能读某）。

其读数准确到0.1mm。

20分度的游标卡尺：主尺上20个小格的长度是20mm，每小格1mm，游标上20个小格的长度是19mm，每小格0.95mm，游标上每小格的距离为0.95mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.05mm。

读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出毫米以下的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，毫米以下的读数就是几乘0.05毫米。

其读数准确到0.05mm。

50分度的游标卡尺：游标上相邻两个刻度间的距离为0.98mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.02mm。

这种卡尺的刻度是特殊的，游标上的刻度值，就是毫米以下的读数。

这种卡尺的读数可以准确到0.02mm。

要注意：游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的，所以都不再往下一位估读。

先看游标尺的零刻线在主尺的多少毫米刻度线的右边，读出所测长度的以毫米为单位的整数部分；再看游标尺上第几条刻度线与主尺上的刻线对齐，将对齐的游标尺刻线与游标尺零线间的格数乘以卡尺的精确度，就是所测长度以毫米为单位的小数部分；以上两部分相加就是游标卡尺的读数。

即：测量值=主尺上毫米整数部分+格数×精确度测量结果为___________________测量结果为___________________测量结果为___________________螺旋测微器(千分尺)当我们用于精度要求更高的长度测量时，可以用螺旋测微器来达到实验目的，用它测量的准确程度可以达到0．01毫米；常用来测量细金属丝的直径，薄板的厚度等。

如图所示，螺旋测微器由固定部分和可动部分组成。

固定部分：弓架F、固定卡脚A、固定刻度S。

可动部分：活动卡脚B和可动刻度K(它们是连在一起并通过螺纹套在5上)、'K，为保护旋钮。

L是止动旋钮，用来控制可动刻度K。

5 020 25 15测量原理：螺旋测微器固定刻度S的最小分度是毫米(mm)，在最小分度的上方有一组半毫米的刻度线。

将螺旋测微器的可动刻度K转动一周时，可动刻度K在固定刻度S上沿轴线方向移动(前进或后退)0．5毫米(即可动刻度K在固定刻度S上移动了一个螺距)。

可动刻度K分成50个均匀的分度格。

这样可动刻度K转动一个分度格，活动卡脚就在固定刻度S上移动了0．01毫米(0．5毫米的150)。

所以螺旋测微器测量的准确程度可以达到0．01毫米。

测量前要校对零点：右旋可动刻度K使AB靠近，当AB接近时改用保护旋钮'K，当听到“哒哒”的响声后停止微调。

看此时可动刻度的零刻度与固定刻度S的零刻度是否在S的轴向线处对齐。

如果不对齐就要修正误差。

测量时先左旋可动刻度K，使AB间距大于被测物体的长度，将被测物体置于AB之间。

再右旋可动刻度K使AB靠近，当AB接近被测物体时，改用保护旋钮'K，当听到“哒哒”的响声后停止微调。

以可动刻度的边缘为准，读出固定刻度上下刻度线的总条数n(半毫米的n倍)；再以固定刻度的中心线(上下刻度的分界线)为界读出可动刻度上的刻线条数是(0．01毫米的整数倍)最后估读一位(0．001毫米的整数倍)。

螺旋测微器测量长度的表达式可写作：l=(0.5n十0．0.1k十0.001p)毫米。

例如：右图中的读数应该是6.702mm。

测量结果由准确值和估测值组成，数据记录到0．001毫米位，因此螺旋测微器又称为千分尺。

测量结果为______________ 测量结果为___________________2．2．体积的测量对于形状规则的物体，我们可以通过直接的方法测量他们的体积。