20-21版 实验中的误差和有效数字 做直线运动物体的瞬时速度

1、第3节实验中的误差和有效数字第4节科学测量：做直线运动物体的瞬时速度学习目标要求核心素养和关键能力1.知道误差、有效数字的概念，能分析判断偶然误差和系统误差。2.练习使用打点计时器。3.能测量瞬时速度，并判断物体的运动情况。4.描点法画vt图像。1.科学探究通过实验用理论联系实际，对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思。2.关键能力通过讨论交流，提升科学论证能力。一、实验目的1.了解误差和有效数字。2.能利用实验仪器记录运动时间和位移。3.测量直线运动物体的瞬时速度。二、实验原理(一)误差和有效数字1.偶然误差(1)偶然误差的特点是测量值有时偏大，有时偏小，多次重复测量同一个物理量，偏大或偏

2、小的概率，大致相等。(2)采用多次测量取平均值可减小偶然误差，但不能消除，多次测量的平均值接近真实值。3.有效数字(1)有效数字的位数是指从一个数的左边第一个非零数字起，到末位数字止所有数字的位数。(2)有效数字与小数点后保留几位小数不是同一个意思，如3.65 kg与0.65 kg均为两位小数，但有效数字不同。(3)科学记数法不影响有效数字的位数，如0.0133 m，1.33102 m均为3位有效数字。(二)运动时间和位移的记录1.电磁打点计时器与电火花打点计时器的比较电火花打点计时器电磁打点计时器结构图示工作电压220 V交流电源46 V交流电源打点方式周期性产生电火花振针周期性上下振动阻力

3、来源纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦，摩擦力较小纸带与限位孔、复写纸的摩擦，纸带与振针的摩擦，摩擦力较大打点周期0.02 s0.02 s记录信息位置、时刻或位移、时间2.练习使用电磁打点计时器(1)把电磁打点计时器固定在桌子上，纸带穿过限位孔，把复写纸套在定位轴上，并且压在纸带上面。(2)把电磁打点计时器的两个接线柱接到46 V的低压交流电源上。(3)先接通电源开关，开始打点再用手水平拉动纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一系列点，随后立即关闭电源。(4)取下纸带，从能看得清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个点，那么n个点的间隔数为n1个，则纸带的运动时间t(n1)0.02 s。(

4、5)用刻度尺测量出从开始计数的点到最后的点间的距离，即位移大小s。(三)测量小车的瞬时速度1.实验器材电磁打点计时器(或电火花打点计时器)、低压交流电源(或220 V交流电源)、纸带、长木板(或轨道)、U形夹、小车、毫米刻度尺。2.实验原理与设计实验装置如图所示。测小车瞬时速度的实验装置打点计时器打出的纸带在纸带上，选取便于测量的某点作为计时的起点，记为点0，依次向后每5个点选取一个计数点，分别记为1，2，3，用刻度尺量出相邻计数点间的长度，分别记为s1，s2，s3，下图是小车下滑过程中打点计时器打出的纸带。3.实验步骤(1)把打点计时器固定在长木板一端，并将该端垫高，使长木板形成斜面。(2)

5、将长60 cm左右的纸带一端穿过打点计时器，另一端固定于小车，尽量让小车靠近打点计时器。(3)打开打点计时器开关，稍后(打点稳定后)释放小车，待小车滑到斜面底端时止住小车，关闭开关。取下纸带，检查点迹。若有问题，可换上新纸带，调试后重复上述步骤。(4)选择点迹清晰的纸带，避开点迹密集部分，从距打点的开始端几厘米处选择一个点记为点0。在该点后面，依次标出间隔时间相等的计数点1，2，3，4，5，(5)根据打点计时器的周期，计算各计数点到点0对应的时间t，测量各计数点与下一相邻计数点间的距离s，将t和s的相应数据填入表中。计数点012345t/ss/mv/(ms1)4.数据分析(1)计算计数点1，2

6、，3，对应的瞬时速度。(2)在图上绘制速度随时间变化的vt图像，判断小车是否做匀变速直线运动。5.实验结论请写出小车在上述5个计数点的瞬时速度，并根据vt图像判断，小车做匀变速直线运动。6.误差分析(1)根据纸带测量的位移有误差。(2)作vt图像不准确有误差。(3)长木板的不同部位粗糙程度不完全相同。例1 在“测量小车的瞬时速度”的实验中，(1)实验室提供了以下器材：电火花计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、交流电源、停表、弹簧测力计。其中在本实验中不需要的器材是_。(2)按照实验进行的先后顺序，将下述步骤的代号填在横线上_。A.把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面B

7、.把打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端，并连好电路探究科学探究之实验操作C.换上新的纸带，再重做两次实验D.把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面E.使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动F.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码G.断开电源，取出纸带解析(1)本实验需要测量的物理量是位移和时间，用打点计时器打出的纸带上的点就可以算出时间，用刻度尺可以测出两点间的距离，因此，不需要弹簧测力计和停表。(2)根据实验的步骤，正确的顺序应为DBFAEGC。答案(1)弹簧测力计、停表(2)DBFAEGC针对训练1 如图甲所示的(图中长木板水平固定)是高中物理常

8、用的力学实验装置，现用该装置完成“测量小车的瞬时速度”。(1)图乙中的实验照片是否有实验错误、不合理或不必要之处？若存在问题，请指明问题所在。甲乙(2)(多选)下列哪些措施能有助于减小实验的误差_。A.选用输出电压稳定性更佳的恒定电源B.选用输出电压变化周期更稳定的交流电源C.调节滑轮高度，使拉线与长木板平行D.实验中满足钩码质量m远小于小车的质量ME.实验前先平衡小车与木板间的摩擦力解析(1)照片A：实验有错误之处，选用蓄电池作为电源。照片B：实验有不合理之处，小车起始点离打点计时器过远。(2)选用输出电压稳定性更佳的恒定电源，打点计时器不能计时，A错误；选用输出电压变化周期更稳定的交流电源

9、可使打点周期稳定，减小误差，B正确；调节滑轮高度，使拉线与长木板平行，可减小误差，C正确；测定小车的速度不需要满足钩码的质量m远小于小车的质量M，也不需要实验前先平衡小车与木板间的摩擦力，D、E错误。答案(1)见解析(2)BC例2 用电火花计时器(或电磁打点计时器)打出了一条纸带，已知计时器打点的时间间隔为0.02 s，按打点先后顺序每5个点取1个计数点，得到了O、A、B、C、D几个计数点，如图所示，则相邻两个计数点之间的时间间隔为_s。用刻度尺量得OA1.50 cm，AB1.90 cm，BC2.30 cm，CD2.70 cm。由此可知，纸带运动速度_(选填“增加”“减小”或“不变”)，打C点

10、时纸带的速度大小为_ m/s。探究科学探究之实验设计答案0.1增加0.25解析相邻计数点间时间间隔为T0.025 s0.1 s；由给出的数据知，相同时间内纸带运动的距离变大，则纸带做加速运动；打C点时的速度针对训练2 在“测量小车的瞬时速度”的实验中，如图所示为记录小车运动情况的一条纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T0.1 s。(1)计算D、C、B各点的瞬时速度，vD_ m/s，vC_ m/s，vB_ m/s。(2)在如图所示坐标系中作出小车的vt图像，并根据图像求出加速度a_。C点的瞬时速度解析(1)若时间较短，平均速度可以代替某点的瞬时速度。D点的瞬时速度

11、B点的瞬时速度(2)由(1)中数据作出小车的vt图像如图所示，由图线的斜率可求得它的平均加速度答案(1)3.902.641.38(2)图见解析12.6 m/s2例3 某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴)探究科学探究之实验创新(1)由图(b)可知，小车在桌面上是_(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为_ m/s，加速度大小为_ m/s2。(结果均保留2位有效数字)答案(1)从右向左(2)0.19 0.038解析(1)小车在阻力的作用下做减速运动，由图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌