(教案)第2章 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-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理必修第一册(鲁科版2019)

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 学业要求＋核心素养 1．知道打点计时器的构造和工作原理，并能正确使用。(物理观念) 2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。(科学思维) 3．测定匀变速直线运动的加速度。(科学探究) 4．学会探究仅在重力作用下物体运动的规律和方法。(科学探究) 【预习路径】 一、科学测量中的误差 1．基础梳理 (1)绝对误差与相对误差 ①设物理量的测量值为x，它的真实值为a，则绝对误差Δx＝|x－a|。 ②绝对误差与真实值的比值，称为相对误差。相对误差通常用δ表示，则δ＝·100%。 ③绝对误差相同时，相对误差不一定相同。在绝对误差相同的情况下，被测量的数值越大，测量结果的相对误差就越小，测量结果的可靠性就越大。 (2)系统误差与偶然误差 ①根据测量误差的性质和来源，一般将误差分为系统误差和偶然误差。 ②系统误差指由于测量原理不完善或仪器本身缺陷造成的误差。 ③偶然误差指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。 ④我们可采用多次测量取平均值的办法来减少偶然误差。 2．尝试探究 如图所示，用塑料毫米刻度尺测量某一矩形工件的长度时，有如下操作： A．刻度尺未与被测工件平行 B．测量时，刻度尺的刻度线未紧贴被测工件 C．刻度尺的“0”刻度线处有磨损 D．读数时视线未正对刻度线 E．刻度尺的“0”点未与被测工件起点对齐 F．读数时未估读 G．测量时因工件过热将塑料刻度尺烤弯 (1)以上误差中，属于系统误差的是__________。 提示：当“0”刻度线处有磨损时，无法使“0”刻度线与被测起点重合，故C是系统误差；当塑料刻度尺被工件烤变形后也无法使刻度尺紧贴工件或与工件平行，故G也是系统误差。 (2)以上误差中，属于偶然误差的是__________。 提示：A、B、D、E、F都是因各种偶然因素而产生的误差，故为偶然误差。 二、科学测量中的有效数字 1．基础梳理 有效数字是指从一个数的左边第一个非零数字起，到末位数字止所有的数字。 2．尝试探究 打点计时器所用交流电源的频率为 50 Hz，如图所示是某次实验中得到的一条纸带。用毫米刻度尺进行测量，回答以下问题： (1)A、C间的位移是多少？ 提示：A、C间的位移为：Δx＝1.40 cm。 (2)A、C间的平均速度为多少？(结果保留两位有效数字) 提示：v1＝＝＝0.35 m/s。 (3)A、D间的平均速度为多少？(结果保留三位有效数字) 提示：v2＝＝＝0.417 m/s。 【思考交流】 1．电火花打点计时器的电源与电磁打点计时器的电源相同吗？频率呢？ 提示：电火花打点计时器使用220 V交流电源，电磁打点计时器使用4～6 V的交流电源；电源频率都为50 Hz，每隔0.02 s打一次点。 2．如何根据打上点的纸带判断物体是做匀速运动还是做变速运动？ 提示：在纸带上取连续的几个点，用刻度尺量出相邻点间的距离，若连续两点间的距离相等，则物体做匀速运动，反之则做变速运动。 3．若是做变速运动，如何判断速度大小？ 提示：若做变速运动，点密集的地方表示相等时间内的位移小，速度小，点稀疏的地方则速度大。 4．与打点计时器记录的信息相比较，频闪照相是如何记录时间信息和位移信息的呢？ 提示：频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交流电源的频率，而相同时间间隔出现的影像相当于打点计时器打出的点，因此频闪照片记录了物体运动的时间和位移。 【预习探究】 在“匀变速直线运动的实验探究”中，通过打点计时器得到了若干条纸带，采集到了第一手资料，面对打出的纸带如何研究物体运动的速度和加速度？ 提示：用求平均速度的方法来代替瞬时速度，即中间时刻的瞬时速度可以用这段时间内的平均速度来求解，也就是vn＝，用Δs＝s2－s1＝s3－s2＝…＝sn－sn－1＝aT2计算加速度。 【实验提醒】 1．电磁打点计时器可以记录物体运动的时间和位移，它的工作电压为4～6 V，频率为50 Hz。 2．纸带穿过打点计时器在物体带动下运动时，振针的上下振动便会通过复写纸在纸带上留下一系列小点，相邻两点对应的时间为0.02 s，相邻两点之间的距离可以用刻度尺测量。 结合教材提供的实验装置，请讨论： (1)电磁打点计时器的振片为什么会振动？ 提示：如图所示，通电时线圈产生交变磁场，使振片磁化，振片的一端位于永久磁铁的磁场中，由于振片的磁极随着电流方向的改变而不断变化，在永久磁铁的作用下，振片将上下振动。 (2)纸带上的点与小车运动时间是如何对应的？ 提示：当电源的频率为50 Hz时，每隔0.02 s打一个点。我们可以通过打出点迹的个数来测量时间。 (3)用每间隔 s曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球的位置的照片，如图所示。照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间间隔