第2章 第3、4节　实验中的误差和有效数字科学测量：做直线运动物体的瞬时速度（课件PPT）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理必修第一册（鲁科版2019）

实验器材 电磁打点计时器、纸带、复写纸、低压交流电源、小车、垫片、长木板、刻度尺、导线等。 1．两种打点计时器的对比   电磁打点计时器 电火花打点计时器 结构图示 工作电压 4～6 V交流电 220 V交流电 打点方式 振针周期性上、下振动 周期性产生电火花 打点周期 0.02 s(根据交流电频率而定) 记录信息 位置、时刻和位移、时间 2．电磁打点计时器的工作原理 如图所示，当给电磁打点计时器的线圈通电后，线圈产生磁场，线圈中的振片被磁化，振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动，由于交流电的方向每个周期要变化两次，因此振片被磁化后的磁极要发生变化，永久磁铁对它的作用力的方向也要发生变化。振动片的一端装有打点针，当纸带从针尖下通过时，便会打上一系列点。 3．电火花打点计时器的工作原理 电火花打点计时器是利用电火花放电在纸带上打出的点而显示出点迹的计时仪器。使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，并夹在两条纸带间，当接通220 V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一列点迹。 实验步骤 1．将打点计时器固定在长木板的一端，并用垫片垫高此端，使木板倾斜形成斜面。 2．连接好打点计时器的电路(注意此过程中要断开开关)，将纸带穿过打点计时器，连接在小车后面，并使小车靠近打点计时器。 3．闭合电路开关，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，关闭电源。 4．更换纸带，重复操作三次。 5．选择一条点迹最清晰的纸带，舍掉开头一些过于密集的点，找一适当的点作为开始点O，在该点后面依次标出间隔时间相同(如0.1 s)的计数点A，B，C，D，…，并将数据填入设计好的表格中。 误差分析 1．科学测量中的误差 (1)绝对误差和相对误差：测量值与真实值之差称为绝对误差，绝对误差与真实值的比值称为相对误差。 (2)系统误差与偶然误差：由于测量原理不完善或仪器本身缺陷等造成的误差称为系统误差，对同一物理量进行多次测量时，由于各种偶然因素而产生的误差称为偶然误差。 2．科学测量中的有效数字 人们把测量结果中能反映被测量大小的带有一位估读数字的全部数字称为有效数字。 3．本实验中的误差分析   产生原因 减小方法 偶然误差 ①纸带上计数点间距离的测量 ②作出的v-t图线并非一条直线 ①多次测量求平均值 ②大多数点在线上，不在线上的点尽可能分布在线的两侧 系统误差 ①小车、纸带运动过程中有摩擦 ②电源的不稳定性 ①使用电火花打点计时器 ②使用稳压电源 注意事项 1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。 2．应该是先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。 3．打点完毕，立即断开电源。 4．如打出的点较轻或是短线时，应调整振针距复写纸的高度。 5．选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点，弄清楚所选的时间间隔T。 6．每打好一条纸带，将定位轴上的复写纸换个位置，以保证打点清晰。 7．不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出各计数点到开始点之间的距离)。读数时应估读到毫米的下一位。 8．要区分打点计时器打出的计时点和人为选取的计数点，一般在纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02 s×5＝0.1 s。 9．在坐标纸上画v-t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在较大的坐标平面内。 二、他版教材实验多融通 (一)人教版教材实验方案　 [差异解读] 1．实验器材的不同：把打点计时器固定在长木板一端，将细绳绕过滑轮，绳下面挂上适当的槽码，小车在槽码的牵引下运动。 2．数据处理的改进：用计算机绘制v-t图像。在WPS表格软件工作簿的某一列的单元格中依次输入测量时间，在相邻的一列输入对应的速度值(如图甲)。用鼠标选中这些数据，按照“插入”中的“图表”的提示就能一步步地得到所画的图像(如图乙)。 (二)粤教版教材实验方案　 [差异解读] 1．实验原理的不同：让小球从某固定位置由静止释放，记录小球经过光电门B、C的时间及经过两光电门之间的时间，多次改变光电门C的位置，得出多组数据，计算出对应的时刻小球经过光电门B、C的速度，再以小球经过两光电门的时间为横轴，以小球经过光电门的速度为纵轴，作出v-t图像，从而分析小球沿倾斜直槽运动的速度变化特点。 2．实验器材的改进： (1)用倾斜直槽替代长木板。 (2)用光电门和数字计时器替代打点计时器。 (3)用小球替代小车。 (三)教科版教材实验方案　 [差异解读] 1．实验原理的不同：利用传感器实验系统，获取数据，通过计算机软件对数据进行处理，获得一系列的(v、t)数据，利用计算机软件做出v-t图像，从而获得小车速度随时间变化的特点。 2