初中物理-数理化自学丛书-基本量的量度思维导图

数理化自学丛书：物理第一册：第一章：基本量的量度思维导图，辛苦整理的，希望能对大家有帮助！

基本量的量度

• 开篇
  • 本章的意义
    • 学习物理学就是研究客观世界的运动规律，在研究这些规律之前，需要正确地观察这个世界，所以一开头我们先学习如何正确地观测这个世界，也就是量度各种物理量，首先先量度最基本的几个物理量。
  • 量度的定义
  • 单位的定义
    • 无论量度什么，都必须定个标准，比如尺子刻度线上面是按照一定长度标准刻画好的，钟表上面的刻度也是按照一定标准刻画好的，再把待测量跟这个标准进行比较。比如，量度你的身高，就是将你的身高和标准单位“米”进行比较，量度结果为1.8米，意味着你的身高是单位“米”的1.8倍。
    • 所以每一种量度都各有一个标准，这个标准称之为“单位”
  • 注意事项
    • 量度必须写明单位，否则量度没有意义，比如量度身高为1.8，没有人知道1.8是多长
    • 量度必须精确，否则一点点误差可能造成严重的后果，比如卫星升空如果最后一级火箭的速度差错千分之二，卫星就要偏离预定轨道十万米。
    • 有三种常见的基本量：长度、质量、时间，本章来讨论这三种基本量的量度
• 长度的量度
  • 长度的单位
    • 长度单位的发展历程
      • 地球基准：法国在1791年提倡将米作为单位。当时的单位基准，将从地球北极到赤道的子午线长度的1千万分之1，作为1米。在随后的19世纪末，出于在全球范围内统一尺寸基准的需要，法国使用耐氧化及磨耗的铂铱合金，制作了米原器。米原器的横截面呈X型，它的凹槽两端各有三条很细并靠的很近的平行标线，在0℃时两端中间标线间的距离就是1m
      • 光速基准：米原器存在着制作误差、经年劣化的问题，于是人们开始讨论建立新的基准。在1960年，以氪－86元素在真空中释放的橙色光波长为基准，重新规定了1米的长度。伴随着激光技术的发展，在此后的1983年，规定的“光在真空中，在1秒的299,792,458分之1的时间内传播的距离”，就是如今对1米的定义。
    • 自然界中一些长度的实例
    • 常见的长度单位及其换算关系
      • 国际通用单位及其换算关系
      • 我国传统单位及其换算关系
      • 传统单位和国际单位的换算关系
  • 游标卡尺
    • 刻度尺
      • 常见的刻度尺有直尺和卷尺，卷尺不仅方便携带，也易于测量较长的物体，但是刻度尺对于1/10mm的范围只可以估读，想要精确地测量1/10mm的范围，就需要用到游标卡尺
    • 构造
      • 游标卡尺由尺身、游标、卡脚三部分组成。 尺身上最小的刻度是毫米，游标上的刻度就是把9毫米分成10个等分，则每个等分为0.9毫米。
    • 读数原理
      • 如图，游标上第一个刻度线比尺身上第一个刻度线短0.1mm,游标上第二个刻度线比尺身上第二个刻度线短0.2mm, 游标上第三个刻度线比尺身上第三个刻度线短0.3mm,...游标上第10个刻度线比尺身上第10个刻度线段1mm，与尺身上第九个刻度线重合。 因此，当用卡脚卡着0.1mm长的物体时，则游标上第一个刻度线和尺身上第一个刻度线重合，当用卡脚卡着0.2mm长的物体时，则游标上第一二个刻度线和尺身上第二个刻度线重合，当用卡脚卡着0.3mm长的物体时，则游标上第三个刻度线和尺身上第三个刻度线重合,...，依此类推，可以知道待测物体长度的毫米数可以从尺身上直接读出，十分之几的毫米数可以直接从游标上和尺身上重合的某刻度线读出。
    • 例子
    • 自己制作游标卡尺
  • 测量长度的方法
    • 1、测量时两端与物体平行
    • 2、测量时眼睛垂直刻度线
    • 3、测量结果估读到刻度线精度后一位
• 面积的量度
  • 测量物体的面积是以长度的测量为基础的，国际通用单位为m²（读作平方米），规定边长为1m的正方形的面积为1m².常用单位还有dm²、cm²、mm²
  • 面积单位的换算关系
  • 规则形状的面积
    • 用公式计算
  • 不规则形状的面积
    • 用方格纸测量，满足以下原则：对于图形边缘不满一小格的部分，采用大于半小格作一格计算、小于半小格舍去不去的原则。
• 体积的量度
  • 体积的单位也是从长度单位导出来的，它的国际通用单位是m³（俗称“方”），常用单位还有dm³（俗称“升”）、cm³、mm³。我们规定边长为1m的正方体的体积为1m³
  • 体积单位换算关系
  • 规则物体的体积
    • 用公式计算
  • 量筒
    • 构造
      • 量筒/量杯是一个有刻度的容器，筒壁或杯壁上有刻度，常是cm³（毫升)、dm³（升）
    • 应用
      • 测量液体的体积
        • 液体没有一定的形状，要测量液体的体积必须要把液体倒在量筒里测量
        • 读数的时候，眼睛必须跟液面相平。
      • 测量不规则物体的体积
        • 形状不规则的固体的体积，只要比水（或者某种液体）比重大，并且不吸收水/某种液体、不溶解于水/某种液体，就可以用量筒或量杯来测量。
        • 测量方法
          • 先在量筒里面放入适量的水，记下水面所在的刻度
          • 如果物体不太大，可以用细线系上物体浸入水中，或者把物体直接投入量筒或量杯，记下此时液面所在刻度
          • 两次读数之差，就是这个固体的体积
• 质量的量度
  • 引入：我们周围有许多物体，物体是由各种物质组成的，空气、水、玻璃、铁等都是物质，物体所含的物质有多有少，比如一桶水比一杯水所含的物质多，为了描述物体的物质多少，引入了“质量”这个物理量
  • 质量的定义
    • 物体里所含的物质多少叫做物体的质量
    • 质量时物体本身的一种属性，不被物体的形状、温度等任何因素影响，比如一块冰化成水，形状变了，但是质量不变
  • 质量的单位
    • 如果只用“多”和“少”来衡量物体的物质多少太过于笼统，为了量度物体的质量，需要选定一个物体作为质量的标准来比较，也就是说要规定质量的单位
    • 国际通用单位是kg（千克），规定国际标准千克原器的质量为1kg，同样规定1dm³的纯水在温度为4℃时候的质量也是1kg。常用的单位还有g、mg等
    • 质量单位换算：
    • 注意：日常生活中的斤、两、公斤等严格来说是力的单位，而非质量单位，因为它们测量的是物体的重力，故为力的千克力（kgf）的单位
  • 天平
    • 构造
      • 天平最主要的部分是它的横梁，横梁的结构如图。其中A、B、C是三个刀口，A、B刀口朝上，C刀口朝下，D是一个连着横梁的指针。
      • ①A、B两个刀口悬挂托盘，C刀口支撑在支柱F上，指针D沿着标尺K来回摆动，细线G是用来检测水平的。②旋转天平底座中央有止动旋钮，旋钮它可以带动横梁下方的机构托起横梁，让刀口C离开支柱，使横梁止动。③天平的两臂AC、BC等长，当两盘不放东西时，指针在标尺的中央，天平平衡。
      • 配套的砝码：砝码盒里配有一套砝码，每套砝码通常是1，2，2，5，10，20，20，50，100，200，200，500克；10，20，20，50，100，200，200，500毫克。这样的一套砝码可以测量质量在0.01克-500.50克范围内的所有物体的质量。取砝码时不能用手，需要用镊子夹，以免污染砝码。
    • 原理
      • 左边放需要测量的物体，右边放置砝码（左物右码）左盘放置待测物体，右盘增加或减少砝码，使得天平平衡，此时右盘里面的砝码质量就是物体的质量
      • 注意天平上所标明的称量，是天平所能称的最大质量，超过这个质量，刀口就容易损坏，普通天平的称量是1000克
    • 步骤
      • 注意：天平是较为精密的测量仪器，需要严格按照步骤测量
      • 止动：旋转天平底座中央的调平旋钮，使天平止动，再缓缓放下天平横梁，使横梁保持静止
      • 底座调平：调节天平底座螺旋，使天平保持水平。此时细线G所挂的小锤跟底板上的小锥体的尖端恰好对齐
      • 指针调平：调节横梁两端的螺丝，使指针指在标尺中央
      • 测量：先把待测物体放在左盘，再把标明质量的砝码一个一个地放在右盘里（注意，在加减砝码时，要转动止动旋钮使天平止动，以免磨损刀口），直到指针刚好指在标尺中央（或指针左右摆动角度相等）为止。此时，待测物体的质量等于右盘砝码的总质量。
• 时间的量度
  • 日常生活中经常要准确地测量时间的长短，比如游泳、比赛需要准确地测量时间，调度列车也要准确地测量时间；物理学在研究自然现象的时候也要准确地测量时间，比如太阳光照到地球上需要多久，雷电一刹那地时间又是多少。因此这节我们来研究时间的量度
  • 时间的单位
    • 如何量度时间呢？首先要给时间定一个标准，因为时间是不停的流动的，所以这个标准需要连续不断地成周期出现，使得在任何时刻，被测时间都能和这个标准比较。因此我们说：凡是做周期性运动的物体，都可以用来测量时间。
    • 太阳和我们关系最密切，由于地球的自转，导致我们看到太阳的运动具有周期性运动的特点，人们就把太阳的这种周期性运动记为一个太阳日，俗称一昼夜。由于地球自传周期会变化，导致一年之内各个太阳日的长短不太一样，所以我们又取一年之内所有太阳日的平均值作为时间的单位，叫做平均太阳日，简称“日”。并规定：一日的1/24称为“1小时”，一小时的1/60称为”1分钟“，一分钟的1/60称为”1秒“，不难发现：
    • 后来人们发现，不仅地球自转的周期不同，地球公转的周期也会变化，就是说每年的1个平均太阳日也不相等。根据1967年国际计量会议所通过的规定：铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁周期的9192631770倍的持续时间称为1秒。把秒作为时间的基本单位。
  • 测量时间的工具
    • 钟
      • 如图是一个有摆的钟，摆的周期（往返一次的时间）是不变的，利用摆的这种等时性，再通过齿轮的传动，使钟的指针均匀走动来指示时间。
    • 机械表
      • 如图是一个机械手表和一个秒表，它们里面都有一个小摆轮，它也是靠摆轮的周期性的左右摆动，使时针均匀走动而显示时间的。