第2章 第3节&第4节 实验中的误差和有效数字 科学测量：做直线运动物体-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理必修第一册创新导学案word（鲁科版2019）

物理 必修·第一册 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 1．物理观念：(1)理解科学测量中的误差和有效数字。(2)了解打点计时器的结构、原理及使用方法，了解频闪照相记录运动的时间和位移的原理和方法。(3)掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。2.科学探究：(1)能完成“测量做直线运动物体的瞬时速度”的物理实验，会使用打点计时器等器材收集数据，并妥善保存原始信息。(2)能分析纸带记录的信息，形成初步的结论，能分析实验中的误差。 一　科学测量中的误差和有效数字 1．绝对误差：在科学研究中，测量值与真实值之差称为绝对误差。设某物理量的测量值为x，真实值为a，则绝对误差Δx＝x－a。 2．相对误差：绝对误差与真实值的比值，称为相对误差。相对误差通常表示成百分比的形式，因此也叫百分误差。通常用δ表示，δ＝×100%。 3．系统误差：由于测量原理不完善或仪器本身缺陷等造成的误差。 4．偶然误差：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。 5．有效数字：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。其中通过直接读取获得的准确数字称为可靠数字，通过估读获得的数字称为存疑数字，也称为估读数字。 二　运动时间和位移的记录 1．打点计时器：电磁打点计时器通常使用电压为4～6 V、频率为50__Hz的交流电源。接通电源后，振针以0.02__s的周期振动，当纸带在运动物体的带动下运动时，上下振动的振针便通过复写纸在纸带上留下一系列小点。任意相邻两点对应间隔的时间均为0.02 s，相邻两点之间的距离可用刻度尺测量。电火花打点计时器与电磁打点计时器工作原理类似，不过使用的是220__V交流电源。 2．频闪照相：频闪灯每隔相等时间闪光一次，可得运动物体间隔相等时间的频闪照片，这些照片能反映出该物体每隔相等时间所到达的位置信息。 三　测量小车的瞬时速度 1．实验目的 (1)测量小车的瞬时速度。 (2)判断沿斜面下滑的小车是否做匀变速直线运动。 (3)学习使用打点计时器。 2．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。 3．实验原理与设计 (1)在纸带上，选取便于测量的某点作为计时起点0，依次向后每5个点选取一个计数点1，2，3，…用刻度尺量出相邻计数点间的长度s1，s2，s3，…若打点计时器的工作周期为0.02 s，则相邻计数点间隔的时间T＝0.10 s。 (2)在间隔时间很短的情况下，平均速度可近似为瞬时速度。 (3)根据各点的瞬时速度及对应的时间，画出v­t图像。若多次反复实验后得到的图像皆近似为直线，则可初步判定小车沿斜面向下做匀变速直线运动。 (4)根据v­t图像，也可得到小车的加速度。 1．想一想 (1)某同学用水瓶滴水模拟打点计时器，请简述其原理。 提示：水瓶每隔相等时间滴一滴水，相当于打点计时器每隔相等时间打一个点，滴水周期相当于打点周期，将滴水的水瓶与运动物体连成一体，通过滴下水滴的痕迹用尺子可测得每个滴水周期物体的位移。 (2)如何根据纸带直接判断物体是做匀速直线运动，还是做匀变速直线运动？ 提示：若各点在一条直线上，且相邻点之间的距离相等，就可判断物体做匀速直线运动，若连续相等时间内位移的变化量是恒量，就是做匀变速直线运动。 2．判一判 (1)对于两个实验值的评价，必须考虑相对误差，绝对误差大者，其相对误差一定大。(　　) (2)系统误差和偶然误差都可以通过多次测量求平均值来减小。(　　) (3)0.90 s、0.085 kg、0.0063 m都是两位有效数字。(　　) (4)两种打点计时器任何情况下都是每隔0.02 s打点一次。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)× 课堂任务　科学测量中的误差和有效数字 1．科学测量中的误差 (1)绝对误差与相对误差 绝对误差 相对误差 计算公式 Δx＝x－a δ＝×100% 意义 表示测量值与真实值的偏离程度 反映测量结果的可靠性 联系 ①绝对误差相同时，相对误差不一定相同。 ②在绝对误差相同的情况下，被测量的数值越大，相对误差就越小，测量结果的可靠性越大 注：x为物理量的测量值，a为它的真实值，科学测量中常用多次测量值的平均值代替真实值。 (2)系统误差与偶然误差 系统误差 偶然误差 分类依据 测量误差的性质和来源 产生原因 测量原理不完善或仪器本身缺陷等 各种偶然因素 特点 测量结果总是偏大或者总是偏小 测量值时而偏大，时而偏小；多次重复测量同一物理量时，偏大或者偏小的概率大致相等 减小方法 改进实验原理和方法或正确调整和安装仪器等 多次测量取平均值 2.