1.2 测量长度与时间
【与教材不同之处】
更详细描述什么是物理量的概念；更详细描述长度单位的由来；更详细描述分度值概念。
什么是物理量
物理量是指物理学中用于描述现象或属性的一些量，都是用数字和单位联合表达的。如长度、时间等。
物理量与物理专用名词是有区别的，比如“光线”只表示一条带箭头的直线，没有大小或强弱含义，所以，光线只能是物理专用名词，并不是物理量。而长度、时间分别可用“10米”、“10秒”来表示它们的大小，所以，这些量既是物理专用名词，也是物理量。
对于物理量，一般都有特定的符号，比如长度用“l”表示，时间也是用“t”表示。
什么是刻度尺
两个不同的物体，如果它们的长度相差较大，有时用肉眼就可以判断孰长孰短。如果两个物体的长度相差不大，为了准确比较它们的长度大小，就需要借助具有更高精度的测量工具了，比如刻度尺。
刻度尺是指使用刻度来直接测量的尺子，它是一类尺子的统称。学生使用的三角尺，直尺，以及生活中使用的卷尺、皮尺都是刻度尺，所图1-2-1所示。
有了刻度尺，我们就可以对物体的长度进行一个准确的测量。
长度的单位
什么叫单位？
我们要计量某个物体的长度大小时，我们先要选择一个众人认可的长度，我们把这个公认的长度就叫做长度单位，并将这段长度的大小规定为1。
比如，最初，法国科学家建议将地球赤道到北极点的距离的千万分之一作为一段国际公认的长度，取名为米（metre）,简称m。
所以，长度的国际单位是米（m）。
规定了长度单位，那么判断其他物体的长度就有了参考的标准。若某个物体的长度是2米，即意味着该物体的长度是单位长度的2倍。
比如，教室长8米，意味着教室的长度等于“米”这个单位的8倍。
所以，如果一段长度、一段时间，或是一段温度，只要被众人认可，选为标准量，就可以成为单位。
长度的常用单位
长度的国际制单位（也称基本单位）只有一个，即“米”，符号是m。
将长度的基本单位“米”进行放大或缩小若干倍，就得到了上面提到的种类纷多的长度的常用单位了。长度的常用单位有千米（km）、分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（μm）、纳米（nm）等。
这些常用单位与基本单位的换算关系如下：
一张A4纸的厚度0.09mm，请问合多少微米？请大家试着照着前面的例子和注意事项完成。
刻度尺的分度值
物理学上，刻度尺上相邻刻度线之间距离叫做分度值（或最小刻度值），如图1-2-2所示，这把刻度尺的分度值就是0.1cm（或1mm）。
很显然，这把刻度尺无法直接测出物理课本的一张纸的厚度，这是因为一张纸的厚度比刻度尺的分度值还要小。一旦当一个物体的长度或厚度比分度值还要小，意味着物体的长度或厚度只能是猜或估计，刻度尺失去了测量工具的作用。所以说，刻度尺能直接准确测量出的最小长度是——物体的长度至少要大于刻度尺的分度值。有了分度值，我们就可以判断出这把刻度尺能直接准确测量出最小长度是多少了。
平时我们说，“纸张太薄，刻度无法直接测出”的含义就是指物体的长度或厚度比刻度尺的分度值小。
当物体的长度超过刻度尺的量程（或称测量范围）时，刻度尺也是无法直接测量出其长度的。
现在，我们知道了刻度尺不能直接测量两种极限长度：一是小于分度值的；二是大于量程的。
分度值决定测量结果的准确程度
现在，我们有一个问题，不同的分度值的刻度尺在测量长度时准确程度是否是一样的？
我们再看乙图中的刻度尺，它的分度值是0.1cm(或1mm），同样的木板用此刻度尺测量后，读数是2.33cm。如图1-2-3所示，甲图中刻度尺的分度值为0.5cm(或5mm），此木板的长度为2.3cm，其中0.3cm是我们估计的，这个值称为估计值。也就是说，一个测量结果是总是由两部分组成的，分别是准确值和估计值。
我们比较2.3cm和2.33cm发现，使用甲刻度尺，我们只能大致地知道木板长度比2cm大，比3 cm小；而使用乙刻度尺，我们可以进一步知道木板长度一定比2.3cm大，比2.4cm小。乙刻度尺比甲刻度尺的测量结果的更准确，出现这种情况的原因就是因为乙刻度尺的分度值（1mm）比甲刻度尺的分度值（5mm)更小。
所以，分度值是反映测量结果的准确程度，分度值越小，测量结果越准确。
所以，一些长度的测量工具若想变得更加精密，做法就是将分度值变得更小。
科学家和工程师想出巧妙的方法，制作出分度值比1mm更小的长度测量工具，比如游标卡尺和螺旋测微器，如图1-2-4所示。螺旋测微器的分度值达到了0.001mm，不但一张纸的厚度可以直接测出，头发丝的直径也可以直接测量出来了。
如何减小误差
所谓准确，指的是测量值与真实值越接近。
在物理学上，将测量值与真实值之间的差异称为误差。
所以，更精密（即分度值更小）的仪器可以帮助我们将测量值更接近真实值，也就是使测量值与真实值之间的差异会越小，即误差更小。
需要注意的是，误差不能避免。
测量工具无论多么精密，将永远存在估计值，真实值与测量值将永远存在差异。
减小误差的方法很多种，但需要根据不同的情况采用不同的措施来减小误差。
比如说，误差是由于测量工具的不精密造成的，这属于客观因素的误差，改进的措施是：采用更精密的测量工具，也就是说，使测量工具的分度值变小。
人为因素也会造成测量误差。比如，如图1-2-5所示，用刻度尺在测量物体长度时，当物体的末端位于相邻的刻度线之间时，我们发现，此时必须进行估读，但估读出来的估计值其实可大可小。所以，图1-2-8中物体长度的测量值可以是2.34cm，也可以是2.33cm，还可以是2.32cm、2.35cm。这三个测量值都是正确的，有效的。所以，人为因素也会产生误差。
那么，如何减小这种人为因素——估读——产生的误差呢？
最好的处理方式是：多次测量取平均值。为了减小因估读造成的误差，我们需要对这些正确的数据进行一些处理。
再次强调，多次测量取平均值的方法只能减小估读造成的误差，却不能减小其他因素造成的误差，比如测量工具的分度值不够小而造成的误差。
现在，我们看一个例子来了解我们是如何进行多次测量求平均值，以及在此过程中我们要注意一些什么。
某同学用一把毫米刻度尺（所谓毫米刻度尺，是指该刻度尺的分度值是1毫米）先后6次测量一物体的长度，记录的数据分别为45.301厘米，45.89厘米，45.29厘米，45.3厘米，45.31厘米，45.31厘米，求这个物体的长度。
【分析】先对这些数据进行甄别，剔除掉其中的错误数据。错误与误差的最大区别是：错误是可以避免的，而误差只能减小，却不可能避免。
所以，上述数据中45.301cm，45.3cm都是错误的数据，因为根据刻度尺的分度值0.1cm，45.031cm的准确值是45.0cm，0.031是估计值。很显然，我们不可能在估读出0.03cm后，再在此基础上继续估读出更小值0.001cm，所以，估计值只能是估读到分度值的下一位，只能是一位有效估计值，而不是估读出两位有效数字来。而测量值45.3cm之所以是错误的，原因是没有估计值，也就是说，任何一个测量值，必须包括一个估计值，估计值只能是估读到分度值的下一位，否则，测量值就是一个错误数据，不能被采用。
另外，上述测量数据中的45.89cm也是一个错误数据，这是因为这个数据的准确值是45.8cm，与其他几个测量值的准确值45.3cm相差太大，说明这个数据很可能是错误的。
所以，上述6次测量，其中正确的数据只有3个，分别是45.29cm，45.31cm，45.31cm。
解：
答：此物体的长度是45.30cm。
测量方法是否合理，也会造成误差的不同。
时间的测量
在实验室里，时间的测量工具是秒表（也叫停表），如图1-2-9所示。
在国际单位制中，时间的基本单位是秒（s）。比秒大的单位是时（h）、分（min）。
比秒小的单位有毫秒（ms）、微秒（μs）、纳秒（ns）。
在图1-2-6图中的秒表，有两个圈，每个圈有自己的单位和分度值，外面的大圈的单位是秒，分度值是0.1s，长的指针为秒针，每转一圈，历时30s；里面的小圈的单位是分，分度值是30s（0.5min)。在我们读取秒表的示数时， 可先读取里面小圈中示数，若里面分针过了半分钟的的位置，则意味着外圈已经转过了一圈，则外圈的秒针针对的示数应选择大示数读取。
比如图1-2-6所示，内图分针已经过了半分钟位置，这说明外圈秒针对准的应该57.9秒，而不是27.9秒。所以，此时秒表读数是57.9s。
【本节学到的内容】
1、什么是单位
一段公认的长度就叫做单位。
2、什么是分度值
物理学上，刻度尺上相邻刻度线之间的距离叫做分度值。
3、什么是误差
物理学上，将测量值与真实值之间的差异称为误差。
4、分度值的意义
分度值是反映测量结果的准确程度的；分度值越小，测量结果越准确，误差越小。
5、如何减小误差
（1）使测量工具的分度值更小；（2）多次测量取平均值；（3）改进测量方法。
6、测量结果由哪些部分组成
任何一个测量值都是由准确值和估计值组成，且只包含一个估计值。读取估计值时只能估读到分度值的下一位。
【自我检测与巩固】
1.在学习物理的过程中，常要进行单位换算。请完成下列填空：
(1)南昌市八一大桥主桥全长 1040 m，则
1040m=________dm=________cm=________mm。
(2)新型冠状病毒，直径 60nm 至 140nm，
60nm=________μm=________mm=________m。
2.给下列测量数据填上适当的单位。
(1)一枚一元硬币的厚度是 1.85 。
(2)一本物理课本的厚度是 0.75 。
(3)一支新铅笔的长度约是 1.75 。
3.如图所示，是某同学使用刻度尺的情景，请指出错误之处。
4、小明利用刻度尺测量某物体的长度，得到以下五个数据，12.54cm，12.53cm，12.25cm，12.55cm，12.54cm。请你写出其中错误的数据，这个数据相比其他数据错误的原因是什么？请写出这个物体的长度。
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