20-21版 實驗中的誤差和有效數字 做直線運動物體的瞬時速度

1、第3節(jié)實驗中的誤差和有效數字第4節(jié)科學測量：做直線運動物體的瞬時速度學習目標要求核心素養(yǎng)和關鍵能力1.知道誤差、有效數字的概念，能分析判斷偶然誤差和系統誤差。2.練習使用打點計時器。3.能測量瞬時速度，并判斷物體的運動情況。4.描點法畫vt圖像。1.科學探究通過實驗用理論聯系實際，對實驗探究過程和結果進行交流、評估、反思。2.關鍵能力通過討論交流，提升科學論證能力。一、實驗目的1.了解誤差和有效數字。2.能利用實驗儀器記錄運動時間和位移。3.測量直線運動物體的瞬時速度。二、實驗原理(一)誤差和有效數字1.偶然誤差(1)偶然誤差的特點是測量值有時偏大，有時偏小，多次重復測量同一個物理量，偏大或偏

2、小的概率，大致相等。(2)采用多次測量取平均值可減小偶然誤差，但不能消除，多次測量的平均值接近真實值。3.有效數字(1)有效數字的位數是指從一個數的左邊第一個非零數字起，到末位數字止所有數字的位數。(2)有效數字與小數點后保留幾位小數不是同一個意思，如3.65 kg與0.65 kg均為兩位小數，但有效數字不同。(3)科學記數法不影響有效數字的位數，如0.0133 m，1.33102 m均為3位有效數字。(二)運動時間和位移的記錄1.電磁打點計時器與電火花打點計時器的比較電火花打點計時器電磁打點計時器結構圖示工作電壓220 V交流電源46 V交流電源打點方式周期性產生電火花振針周期性上下振動阻力

3、來源紙帶與限位孔、墨粉紙盤的摩擦，摩擦力較小紙帶與限位孔、復寫紙的摩擦，紙帶與振針的摩擦，摩擦力較大打點周期0.02 s0.02 s記錄信息位置、時刻或位移、時間2.練習使用電磁打點計時器(1)把電磁打點計時器固定在桌子上，紙帶穿過限位孔，把復寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，并且壓在紙帶上面。(2)把電磁打點計時器的兩個接線柱接到46 V的低壓交流電源上。(3)先接通電源開關，開始打點再用手水平拉動紙帶，使它在水平方向上運動，紙帶上就打下一系列點，隨后立即關閉電源。(4)取下紙帶，從能看得清的某個點開始，往后數出若干個點，如果共有n個點，那么n個點的間隔數為n1個，則紙帶的運動時間t(n1)0.02 s。(

4、5)用刻度尺測量出從開始計數的點到最后的點間的距離，即位移大小s。(三)測量小車的瞬時速度1.實驗器材電磁打點計時器(或電火花打點計時器)、低壓交流電源(或220 V交流電源)、紙帶、長木板(或軌道)、U形夾、小車、毫米刻度尺。2.實驗原理與設計實驗裝置如圖所示。測小車瞬時速度的實驗裝置打點計時器打出的紙帶在紙帶上，選取便于測量的某點作為計時的起點，記為點0，依次向后每5個點選取一個計數點，分別記為1，2，3，用刻度尺量出相鄰計數點間的長度，分別記為s1，s2，s3，下圖是小車下滑過程中打點計時器打出的紙帶。3.實驗步驟(1)把打點計時器固定在長木板一端，并將該端墊高，使長木板形成斜面。(2)

5、將長60 cm左右的紙帶一端穿過打點計時器，另一端固定于小車，盡量讓小車靠近打點計時器。(3)打開打點計時器開關，稍后(打點穩(wěn)定后)釋放小車，待小車滑到斜面底端時止住小車，關閉開關。取下紙帶，檢查點跡。若有問題，可換上新紙帶，調試后重復上述步驟。(4)選擇點跡清晰的紙帶，避開點跡密集部分，從距打點的開始端幾厘米處選擇一個點記為點0。在該點后面，依次標出間隔時間相等的計數點1，2，3，4，5，(5)根據打點計時器的周期，計算各計數點到點0對應的時間t，測量各計數點與下一相鄰計數點間的距離s，將t和s的相應數據填入表中。計數點012345t/ss/mv/(ms1)4.數據分析(1)計算計數點1，2

6、，3，對應的瞬時速度。(2)在圖上繪制速度隨時間變化的vt圖像，判斷小車是否做勻變速直線運動。5.實驗結論請寫出小車在上述5個計數點的瞬時速度，并根據vt圖像判斷，小車做勻變速直線運動。6.誤差分析(1)根據紙帶測量的位移有誤差。(2)作vt圖像不準確有誤差。(3)長木板的不同部位粗糙程度不完全相同。例1 在“測量小車的瞬時速度”的實驗中，(1)實驗室提供了以下器材：電火花計時器、一端附有滑輪的長木板、小車、紙帶、細繩、鉤碼、刻度尺、交流電源、停表、彈簧測力計。其中在本實驗中不需要的器材是_。(2)按照實驗進行的先后順序，將下述步驟的代號填在橫線上_。A.把穿過打點計時器的紙帶固定在小車后面B

7、.把打點計時器固定在長木板沒有滑輪的一端，并連好電路探究科學探究之實驗操作C.換上新的紙帶，再重做兩次實驗D.把長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面E.使小車停在靠近打點計時器處，接通電源，放開小車，讓小車運動F.把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下邊吊著合適的鉤碼G.斷開電源，取出紙帶解析(1)本實驗需要測量的物理量是位移和時間，用打點計時器打出的紙帶上的點就可以算出時間，用刻度尺可以測出兩點間的距離，因此，不需要彈簧測力計和停表。(2)根據實驗的步驟，正確的順序應為DBFAEGC。答案(1)彈簧測力計、停表(2)DBFAEGC針對訓練1 如圖甲所示的(圖中長木板水平固定)是高中物理常

8、用的力學實驗裝置，現用該裝置完成“測量小車的瞬時速度”。(1)圖乙中的實驗照片是否有實驗錯誤、不合理或不必要之處？若存在問題，請指明問題所在。甲乙(2)(多選)下列哪些措施能有助于減小實驗的誤差_。A.選用輸出電壓穩(wěn)定性更佳的恒定電源B.選用輸出電壓變化周期更穩(wěn)定的交流電源C.調節(jié)滑輪高度，使拉線與長木板平行D.實驗中滿足鉤碼質量m遠小于小車的質量ME.實驗前先平衡小車與木板間的摩擦力解析(1)照片A：實驗有錯誤之處，選用蓄電池作為電源。照片B：實驗有不合理之處，小車起始點離打點計時器過遠。(2)選用輸出電壓穩(wěn)定性更佳的恒定電源，打點計時器不能計時，A錯誤；選用輸出電壓變化周期更穩(wěn)定的交流電源

9、可使打點周期穩(wěn)定，減小誤差，B正確；調節(jié)滑輪高度，使拉線與長木板平行，可減小誤差，C正確；測定小車的速度不需要滿足鉤碼的質量m遠小于小車的質量M，也不需要實驗前先平衡小車與木板間的摩擦力，D、E錯誤。答案(1)見解析(2)BC例2 用電火花計時器(或電磁打點計時器)打出了一條紙帶，已知計時器打點的時間間隔為0.02 s，按打點先后順序每5個點取1個計數點，得到了O、A、B、C、D幾個計數點，如圖所示，則相鄰兩個計數點之間的時間間隔為_s。用刻度尺量得OA1.50 cm，AB1.90 cm，BC2.30 cm，CD2.70 cm。由此可知，紙帶運動速度_(選填“增加”“減小”或“不變”)，打C點

10、時紙帶的速度大小為_ m/s。探究科學探究之實驗設計答案0.1增加0.25解析相鄰計數點間時間間隔為T0.025 s0.1 s；由給出的數據知，相同時間內紙帶運動的距離變大，則紙帶做加速運動；打C點時的速度針對訓練2 在“測量小車的瞬時速度”的實驗中，如圖所示為記錄小車運動情況的一條紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數點，相鄰計數點間的時間間隔T0.1 s。(1)計算D、C、B各點的瞬時速度，vD_ m/s，vC_ m/s，vB_ m/s。(2)在如圖所示坐標系中作出小車的vt圖像，并根據圖像求出加速度a_。C點的瞬時速度解析(1)若時間較短，平均速度可以代替某點的瞬時速度。D點的瞬時速度

11、B點的瞬時速度(2)由(1)中數據作出小車的vt圖像如圖所示，由圖線的斜率可求得它的平均加速度答案(1)3.902.641.38(2)圖見解析12.6 m/s2例3 某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖(a)所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30 s內共滴下46個小水滴)探究科學探究之實驗創(chuàng)新(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是_(填“從右向左”或“從左向右”)運動的。(2)該小組同學根據圖(b)的數據判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為_ m/s，加速度大小為_ m/s2。(結果均保留2位有效數字)答案(1)從右向左(2)0.19 0.038解析(1)小車在阻力的作用下做減速運動，由圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌