20-21版 實(shí)驗(yàn)中的誤差和有效數(shù)字 做直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度

1、第3節(jié)實(shí)驗(yàn)中的誤差和有效數(shù)字第4節(jié)科學(xué)測(cè)量：做直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度學(xué)習(xí)目標(biāo)要求核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力1.知道誤差、有效數(shù)字的概念，能分析判斷偶然誤差和系統(tǒng)誤差。2.練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。3.能測(cè)量瞬時(shí)速度，并判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況。4.描點(diǎn)法畫(huà)vt圖像。1.科學(xué)探究通過(guò)實(shí)驗(yàn)用理論聯(lián)系實(shí)際，對(duì)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思。2.關(guān)鍵能力通過(guò)討論交流，提升科學(xué)論證能力。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解誤差和有效數(shù)字。2.能利用實(shí)驗(yàn)儀器記錄運(yùn)動(dòng)時(shí)間和位移。3.測(cè)量直線運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)速度。二、實(shí)驗(yàn)原理(一)誤差和有效數(shù)字1.偶然誤差(1)偶然誤差的特點(diǎn)是測(cè)量值有時(shí)偏大，有時(shí)偏小，多次重復(fù)測(cè)量同一個(gè)物理量，偏大或偏

2、小的概率，大致相等。(2)采用多次測(cè)量取平均值可減小偶然誤差，但不能消除，多次測(cè)量的平均值接近真實(shí)值。3.有效數(shù)字(1)有效數(shù)字的位數(shù)是指從一個(gè)數(shù)的左邊第一個(gè)非零數(shù)字起，到末位數(shù)字止所有數(shù)字的位數(shù)。(2)有效數(shù)字與小數(shù)點(diǎn)后保留幾位小數(shù)不是同一個(gè)意思，如3.65 kg與0.65 kg均為兩位小數(shù)，但有效數(shù)字不同。(3)科學(xué)記數(shù)法不影響有效數(shù)字的位數(shù)，如0.0133 m，1.33102 m均為3位有效數(shù)字。(二)運(yùn)動(dòng)時(shí)間和位移的記錄1.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的比較電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器結(jié)構(gòu)圖示工作電壓220 V交流電源46 V交流電源打點(diǎn)方式周期性產(chǎn)生電火花振針周期性上下振動(dòng)阻力

3、來(lái)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(fù)寫紙的摩擦，紙帶與振針的摩擦，摩擦力較大打點(diǎn)周期0.02 s0.02 s記錄信息位置、時(shí)刻或位移、時(shí)間2.練習(xí)使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(1)把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，紙帶穿過(guò)限位孔，把復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，并且壓在紙帶上面。(2)把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)接線柱接到46 V的低壓交流電源上。(3)先接通電源開(kāi)關(guān)，開(kāi)始打點(diǎn)再用手水平拉動(dòng)紙帶，使它在水平方向上運(yùn)動(dòng)，紙帶上就打下一系列點(diǎn)，隨后立即關(guān)閉電源。(4)取下紙帶，從能看得清的某個(gè)點(diǎn)開(kāi)始，往后數(shù)出若干個(gè)點(diǎn)，如果共有n個(gè)點(diǎn)，那么n個(gè)點(diǎn)的間隔數(shù)為n1個(gè)，則紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t(n1)0.02 s。(

4、5)用刻度尺測(cè)量出從開(kāi)始計(jì)數(shù)的點(diǎn)到最后的點(diǎn)間的距離，即位移大小s。(三)測(cè)量小車的瞬時(shí)速度1.實(shí)驗(yàn)器材電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)、低壓交流電源(或220 V交流電源)、紙帶、長(zhǎng)木板(或軌道)、U形夾、小車、毫米刻度尺。2.實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。測(cè)小車瞬時(shí)速度的實(shí)驗(yàn)裝置打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶在紙帶上，選取便于測(cè)量的某點(diǎn)作為計(jì)時(shí)的起點(diǎn)，記為點(diǎn)0，依次向后每5個(gè)點(diǎn)選取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，分別記為1，2，3，用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的長(zhǎng)度，分別記為s1，s2，s3，下圖是小車下滑過(guò)程中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶。3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板一端，并將該端墊高，使長(zhǎng)木板形成斜面。(2)

5、將長(zhǎng)60 cm左右的紙帶一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，另一端固定于小車，盡量讓小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。(3)打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開(kāi)關(guān)，稍后(打點(diǎn)穩(wěn)定后)釋放小車，待小車滑到斜面底端時(shí)止住小車，關(guān)閉開(kāi)關(guān)。取下紙帶，檢查點(diǎn)跡。若有問(wèn)題，可換上新紙帶，調(diào)試后重復(fù)上述步驟。(4)選擇點(diǎn)跡清晰的紙帶，避開(kāi)點(diǎn)跡密集部分，從距打點(diǎn)的開(kāi)始端幾厘米處選擇一個(gè)點(diǎn)記為點(diǎn)0。在該點(diǎn)后面，依次標(biāo)出間隔時(shí)間相等的計(jì)數(shù)點(diǎn)1，2，3，4，5，(5)根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的周期，計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)到點(diǎn)0對(duì)應(yīng)的時(shí)間t，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)與下一相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離s，將t和s的相應(yīng)數(shù)據(jù)填入表中。計(jì)數(shù)點(diǎn)012345t/ss/mv/(ms1)4.數(shù)據(jù)分析(1)計(jì)算計(jì)數(shù)點(diǎn)1，2

6、，3，對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度。(2)在圖上繪制速度隨時(shí)間變化的vt圖像，判斷小車是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論請(qǐng)寫出小車在上述5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，并根據(jù)vt圖像判斷，小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。6.誤差分析(1)根據(jù)紙帶測(cè)量的位移有誤差。(2)作vt圖像不準(zhǔn)確有誤差。(3)長(zhǎng)木板的不同部位粗糙程度不完全相同。例1 在“測(cè)量小車的瞬時(shí)速度”的實(shí)驗(yàn)中，(1)實(shí)驗(yàn)室提供了以下器材：電火花計(jì)時(shí)器、一端附有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、交流電源、停表、彈簧測(cè)力計(jì)。其中在本實(shí)驗(yàn)中不需要的器材是_。(2)按照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的先后順序，將下述步驟的代號(hào)填在橫線上_。A.把穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶固定在小車后面B

7、.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板沒(méi)有滑輪的一端，并連好電路探究科學(xué)探究之實(shí)驗(yàn)操作C.換上新的紙帶，再重做兩次實(shí)驗(yàn)D.把長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面E.使小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源，放開(kāi)小車，讓小車運(yùn)動(dòng)F.把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過(guò)定滑輪，下邊吊著合適的鉤碼G.斷開(kāi)電源，取出紙帶解析(1)本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量是位移和時(shí)間，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上的點(diǎn)就可以算出時(shí)間，用刻度尺可以測(cè)出兩點(diǎn)間的距離，因此，不需要彈簧測(cè)力計(jì)和停表。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的步驟，正確的順序應(yīng)為DBFAEGC。答案(1)彈簧測(cè)力計(jì)、停表(2)DBFAEGC針對(duì)訓(xùn)練1 如圖甲所示的(圖中長(zhǎng)木板水平固定)是高中物理常

8、用的力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，現(xiàn)用該裝置完成“測(cè)量小車的瞬時(shí)速度”。(1)圖乙中的實(shí)驗(yàn)照片是否有實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤、不合理或不必要之處？若存在問(wèn)題，請(qǐng)指明問(wèn)題所在。甲乙(2)(多選)下列哪些措施能有助于減小實(shí)驗(yàn)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(diào)節(jié)滑輪高度，使拉線與長(zhǎng)木板平行D.實(shí)驗(yàn)中滿足鉤碼質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量ME.實(shí)驗(yàn)前先平衡小車與木板間的摩擦力解析(1)照片A：實(shí)驗(yàn)有錯(cuò)誤之處，選用蓄電池作為電源。照片B：實(shí)驗(yàn)有不合理之處，小車起始點(diǎn)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器過(guò)遠(yuǎn)。(2)選用輸出電壓穩(wěn)定性更佳的恒定電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不能計(jì)時(shí)，A錯(cuò)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(diǎn)周期穩(wěn)定，減小誤差，B正確；調(diào)節(jié)滑輪高度，使拉線與長(zhǎng)木板平行，可減小誤差，C正確；測(cè)定小車的速度不需要滿足鉤碼的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M，也不需要實(shí)驗(yàn)前先平衡小車與木板間的摩擦力，D、E錯(cuò)誤。答案(1)見(jiàn)解析(2)BC例2 用電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)打出了一條紙帶，已知計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s，按打點(diǎn)先后順序每5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，得到了O、A、B、C、D幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖所示，則相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為_(kāi)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(yùn)動(dòng)速度_(選填“增加”“減小”或“不變”)，打C點(diǎn)

10、時(shí)紙帶的速度大小為_(kāi) m/s。探究科學(xué)探究之實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)答案0.1增加0.25解析相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔為T0.025 s0.1 s；由給出的數(shù)據(jù)知，相同時(shí)間內(nèi)紙帶運(yùn)動(dòng)的距離變大，則紙帶做加速運(yùn)動(dòng)；打C點(diǎn)時(shí)的速度針對(duì)訓(xùn)練2 在“測(cè)量小車的瞬時(shí)速度”的實(shí)驗(yàn)中，如圖所示為記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的一條紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T0.1 s。(1)計(jì)算D、C、B各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，vD_ m/s，vC_ m/s，vB_ m/s。(2)在如圖所示坐標(biāo)系中作出小車的vt圖像，并根據(jù)圖像求出加速度a_。C點(diǎn)的瞬時(shí)速度解析(1)若時(shí)間較短，平均速度可以代替某點(diǎn)的瞬時(shí)速度。D點(diǎn)的瞬時(shí)速度

11、B點(diǎn)的瞬時(shí)速度(2)由(1)中數(shù)據(jù)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(jiàn)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(yùn)動(dòng)，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖(a)所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)6個(gè)水滴的位置。(已知滴水計(jì)時(shí)器每30 s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴)探究科學(xué)探究之實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)的。(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)。小車運(yùn)動(dòng)到圖(b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為_(kāi) m/s，加速度大小為_(kāi) m/s2。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)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(yùn)動(dòng)，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