單元貳:測 量

一、 測量的意義

()科學的方法和觀察:

1.在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察,而測量則在觀察過程中不缺少的方法之一。

2.以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的,為了得到準確的資料,就必須透過儀器來測量,並配合正確的觀察方法與紀錄方式。

3.凡是物理量皆需用到測量,而物理學上最基本的三個物理量為:長度質量時間,稱為三大基本物理量,在本單元會提及長度和質量的測量,至於時間的測量會在主題:力與運動中詳述。

4.可以用數的事物不需要測量,例如:班級的人數、一本書有幾張紙、撲滿內有多少錢…等。

5.測量是一種科學方法,可以幫助人類更瞭解事物的特性,做有系統的分析和整理,獲致科學的定理、定律,進而對未知的事物做出推論並加以證實。

()測量的意義和方法:

1.要清楚描述一個測量結果,必須包含「數字」和「單位」兩部分:
測量=數字+單位

2.數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成,凡是測量就必須要做「估計」,而估計必定會有誤差,所以測量必定有誤差

3.所選用的單位也需經過大家公認,才能在人與人之間有正確傳達。

4.市面上常見的直尺

(1)最小刻度為0.1公分

(2)量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度),如圖一所示:

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(3)介於相鄰兩個最小刻度之間的部分,則是依靠估計而得,估計的數字會因每個人的判斷差異而有所不同。

(4)如果將此一測量結果換算成其他長度單位,則數字部分也要跟著放大或縮小。

5.任何測量都會有某種程度上的誤差,因此每次測量結果不一定相同。造成誤差的原因很多,常見的有:

(1)可能是儀器本身不夠準確。

(2)人為操作失當。

(3)因估計值的差異而產生。

()測量的操作方法:

1.求平均值:測量無法避免誤差,但可以盡量將其減少,在減少誤差的措施中,求平均值就是一種簡便而有效的方法。

(1)在實驗觀察中的測量,須要多次的測量,再求取其平均值,如此可以使誤差降低,所得數據較為準確。

(2)在多次的測量後所得的結果在求平均值之前,應先將檢視這些數據,將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計,再將剩餘的測量結果求取平均值。

(3)求出平均值後,仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果。

2.體積的測量

(1)我們常用量筒作為測量液體體積的工具,但因量筒盛裝液體時,液面並非水平,因此讀取量筒刻度時,不僅要注意紀錄到最小刻度的下一位,視線更需平視液面中央處。(如圖二)

(2)圖二中量筒的最小刻度為0.1ml,估計位在0.1ml的下一位,故測量的結果記錄為:4.00ml

(3)量筒也可以用來測量固體體積,但需先在量筒內裝一定量的水,在將待測物置入(沉入水中),水位升高的體積即為待測物的體積,這種測量物體體積的方法稱為「排水法」。

 

二、 質量的測量

()質量的定義:

1.質量就是物質所含的量,以公制單位而言質量的單位為:公斤、公克。

2.將一塊黏土,捏成不同的形狀,雖然它的形狀產生改變,但因含有同樣多的物質,所以稱它們的質量相等。

3.報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成,在同一地點,以左右手分別拿起雜誌和報紙,感覺上拿雜誌所需的力量較大,這是因為雜誌含有較多量的紙張,所以雜誌的質量較大。

(1)不同物質組成的兩個物體,也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕重,判斷出物體質量大小,但其結果較不客觀。

(2)只憑人的感覺,往往不夠精確,因此可藉助儀器,如:等臂天平,讓待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量。

()質量的測量:

1.測量質量的工具為天平,質量的標準單位:標準公斤

2.國際公認的;質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』為根據,其質量定為一公斤:(㎏),千分之一公斤為一公克(1g),千分之一公克為一毫克(1mg)。

3.上皿天平:(如圖一所示)是測量質量最常用的儀器。操作的步驟如下:

(1)秤盤上不放置任何物體,調整天平的校準螺絲,由天平的正前方直視指針,直到天平的指針左右擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度,此步驟稱為「歸零」。

(2)將待測物放在天平左盤中央,以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央。

(3)增減天平右盤上的砝碼,直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜止在中央零刻度。

(4)最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來,即等於待測物體的質量。

(5)測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計。

4.下皿天平:又稱懸吊式等臂天平,如圖二所示:

(1)懸吊式天平,附有橫樑,橫樑上有一騎碼,橫樑上標示的讀數從0~10公克,共分成100個小刻度,每一個小刻度代表0.1公克。

(2)當天平兩臂達成平衡時,將右盤內所有砝碼的公克數加起來,再加上騎碼的讀數,後加一位估計值,即等於待測物體的質量。

(3)三所示:騎碼的最小刻度為0.1g,若右盤砝碼質量為10g且騎砝碼向右推至1.55g,其中0.05是估計值,總計待測物的質量為:11.55g

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(4)下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同,當右盤內的物質質量較大時,上皿天平的指針會偏向右邊,而懸吊式天平指針卻偏向左邊。

5.三梁天平:

(1)因有三支具刻度的橫梁,故稱為三梁天平。

(2)測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態,再將所有橫梁上騎碼的讀數加起來,就是待測物體的質量。

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