趣談長度的測量

一、長度的測量總有誤差

實驗組幾個同學用同一刻度尺測量同一本物理教科書的長度，測量結果是一樣的嗎？實際情況是：將他們各自的測量結果比較一下，會發(fā)現(xiàn)它們并不完全相同. 到底誰測量的更準確些？請暫不要爭論，測量結果不同是很自然的事情，因為任何測量總有誤差. 至于誤差的大小，取決于各測量者的測量技術和測量工具.

二、長度的測量范圍寬廣

測量長度的常用工具有（鋼）直尺、鋼卷尺等. 用這些工具測量可準確測出0.1cm，要準確測出更小尺度，則需用游標卡尺、螺旋測微器（又叫千分尺）（圖1）外，還可用光學顯微鏡、電子顯微鏡（圖2）等精確度更高的測量儀器. 使用這些儀器不僅可測出細如毛發(fā)的物體的直徑，還可測出是毛發(fā)直徑千分之一或萬分之一的物體的長度（見圖3）. 例如，用電子顯微鏡可測出鎢（可做燈絲）原子的直徑為2×10^-10m，即20nm（nm是“納米”的符號，1nm=10^-9m，約相當于頭發(fā)絲的一萬分之一）.

現(xiàn)已研制出的隧道掃描顯微鏡（圖4），還觀測了許多原子分子. 用這種儀器的掃描探針可對表面進行納米級加工（見圖5）.

人們利用科學的測量方法，還可以測量出極大的長度（如星星之間的距離）. 例如，人們已準確測出光在真空中（即電磁波在真空中）的傳播速度約為299792458m/s. 這個速度相當于每秒鐘可繞地球赤道走7．5圈，是迄今為止人們所認識的物體運動的最大速度.

宇宙是無限廣闊的，星星之間的距離十分遙遠，如果用“米”做單位來表示星星之間的距離，將會出現(xiàn)很大的數(shù)字，即“天文數(shù)字”.為簡化計數(shù)，人們用光在1年的時間內(nèi)通過的距離作為長度的單位，叫做“光年”. 1光年約等于9．46×10¹⁵m. 如果我們乘超音速飛機，走完1光年的路程，大約需要80多萬年，光年雖大比不過宇宙大.如果用光年來表示宇宙，那么銀河系的直徑就達1．3萬光年，即光從銀河系的一端走到另一端，也需要1萬3千年.

三、長度的測量意義普遍

長義的測量具有非常普遍的意義，物理中許多測量都利用了長度的測量. 例如，用“刻度尺”就可以“測量”時間. 平常見到的大部分鐘表就是將一個圓周均分成60等分，并標上刻度，這實際上就是一個圓形的刻度尺，人們就是按照指針走過的刻度的多少來確定時間的長短的.

利用“刻度”尺還可以“測量”物體的溫度. 我們平常見到的酒精溫度計、煤油溫度計、水銀溫度計（含體溫計），以及金屬溫度計、伽利略溫度計等，實際上都是一個刻度尺. 在這刻度尺上，如果標上0℃和100℃，并在0℃與100℃之間分成100等份，每一等份就是1℃. 再根據(jù)溫度計中液面在刻度尺上的高低，來判斷物體溫度的高低，這不就是用“刻度尺”來測量溫度嗎？

在學習物理過程中，還要遇到測質量用的天平，測力用的測力計，測氣壓用的氣壓計（圖6、圖7）以及測電流用的電流表（圖8）、測電壓用的電壓表（圖9）等，它們都有一支“刻度尺”，因此可以說，幾乎所有要測量的物理量，最后都是用刻度尺來計量的. 所不同的只是，有的刻度尺做成長條形，有的刻度尺做成圓形或圓弧形；有的刻度尺上直接標上長度，有的刻度尺上卻標上其他要測量的物理量.