八年級物理第一課，教材中沒講的知識，你知道嗎？

應朋友的委託，給她剛上初二的兒子教物理。作為物理專業畢業生，再次拿起最初的物理課本的時候，突然有很多的感悟，本文就從第一課《長度和時間的測量》來分享那些被教科書遺漏的知識。

課本上測量是這樣講的

第一節物理課講的是長度和時間的測量，這個內容對於初二的孩子們來說是非常簡單的，小學的時候他們就接觸過直尺和鐘錶。所以這節課的內容，主要重點是對長度和時間的單位，以及在使用測量工具的時候的注意事項進行介紹。

測量的數學本質

你可能以為，給初二的孩子講測量的本質會很難，其實不然。以長度測量為例，回顧人類測量的歷史，最初沒有基準單位的時候，中國人用「步」做過單位，英國人用「腳」做單位。所謂的百步穿楊，就是在一百步遠的地方射箭，還能保持很高的命中率。

一百步遠，意味著什麼呢？這個距離中包含一百個一步，因為每一步都是一樣的長度，所以我們可以把這個一步的長度定義為1，100步的長度中就有100÷1=100（個）1。所以，測量工具上的那些刻度上的數字，其實就是最基本單位的倍數。而最小刻度，其實就是參考的基準。

測量是研究物理的基礎，而數學為了處理測量數據而必須被引入的工具，或者說是一種更嚴謹的描述測量過程的語言。

直尺的物理意義

初中生能接觸到的直尺大約有3種材料製成，塑料尺、木板尺、鋼板尺。當我們使用這些直尺的時候，其實都有一個需要注意的問題，即這些尺子本身都是能變形的。而我們的測量過程是要假定這些尺子都是不變形的，變形的尺子會對測量精度產生影響。

如果我們假定尺子是不會發生形變的，是一把理想中的直尺，有一個問題出現了，憑什麼我們認為這把尺子可以去測量空間的大小？所以我們用直尺去測量距離的時候，其實隱含了另外一個假定，即，空間是平直的。如果空間是彎曲的，我們就需要一把跟空間曲率一致的尺子才能實現準確測量。

對於空間究竟是平直的還是彎曲的，在這裡，只能為孩子們介紹到這，這固然與我們的經驗符合，但卻是一個需要證明的點就可以了，這個問題要留到大學裡面才能討論。之所以一定要提一下這個問題，是希望向孩子們傳遞科學的思維方法，對於所有的基礎假設我們都需要在具備能力的時候，進行驗證。

時間的測量

如今鐘錶早已不是什麼稀罕物，各種行動裝置上都有數字時間顯示。所以課本上主要介紹了比較常見的幾種鐘錶，比如石英鐘、電子表、機械停表、電子停表，還順帶提了一句銫原子鐘。但課本上沒有介紹時間測量的原理。

其實我覺得這個是可以簡單介紹一句的，就是利用周期性運動的等時性來進行測量，這個對於孩子們來說，也是很容易理解的。比如，擺鐘，是利用鐘擺來回擺動的等時性；電子表是利用石英晶體震蕩的等時性；古老的日晷是利用地球自轉的等時性。

與用直尺測量距離默認了空間是平直的一樣，所有這些鐘錶其實都是默認了所有的等時性運動的時間片都是相等的。然而這些運動真的是相等的時間片嗎？目前科學還不能給出實驗證明。利用周期性運動的等時性原理去測量時間相當於默認時間是在均勻地，單向地流動著。

時間測量的數學原理與用直尺測量空間距離是一樣的，機械鐘上的刻度，是最小時間片的整數倍。所以，鐘錶其實是一個均勻的加法器。它每次以最小計時單位為1不斷加1。

結束語

作為義務教育中的物理第一課，也是科學第一課，現在的教程在介紹科學思維的時候有很大的缺陷。通過本文的介紹，我們可以看到，數學是用於描述物理的最精確的語言，所有的測量其實都是對被測物體與測量基準之間的一個比對（除法）。在最基本的測量中，隱含著物理學需要驗證的大問題，這些都吸引著孩子，繼續深入學習物理。

以上就是我希望能在我的八年級物理第一課上，為孩子們補充的內容。不知道小夥伴們有什麼意見，希望大家能給予補充。