高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 实验中的误差和有效数字教课课件ppt

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 实验中的误差和有效数字教课课件ppt，共31页。PPT课件主要包含了实验探究，科学处理，迁移研析，误差分析，答案2C，答案3AD，答案3288，类型三拓展创新实验，完成下列填空等内容，欢迎下载使用。

[实验基础储备]1.科学测量中的误差(1)绝对误差:绝对误差是测量值与真实值之差,即绝对误差=|测量值-真实值|。设某物理量的测量值为x,它的真实值为a,绝对误差Δx=x-a。
(3)系统误差:系统误差是由于仪器本身不精确,或实验方法粗略,或实验原理不完善而产生的。其特点是,在多次重做同一次实验时,其结果总是同样地偏大或偏小,不会出现有多次偏大而另外几次偏小的情况。
(4)偶然误差:是由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的。偶然误差的特点是,多次重做同一实验时,结果有时偏大,有时偏小,并且偏大和偏小的机会相同。2.科学测量中的有效数字(1)带有一位估读数字的全部数字称为有效数字。(2)有效数字的位数:从左侧第一个不为零的数字起到最末一位数字止,共有几个数字,就是几位有效数字。例:0.092 3,0.092 30,2.014 0有效数字的位数依次为3位、4位和5位。(3)科学记数法:大的数字,如36 500,如果第3位数5已不可靠时,应记作3.65×104;如果是在第4位数不可靠时,应记作3.650×104。
3.运动时间和位移的记录(1)两种打点计时器的对比。
(2)打点计时器的记录过程(以电磁打点计时器为例)。接通电源,纸带在运动物体的带动下运动,振针的上下振动会通过复写纸在纸带上打出一系列点,用刻度尺测出两个计数点间的位移,读出这两点间的时间间隔,这样打点计时器既记录了时间,又记录了位移,利用这些时间和位移信息来分析物体运动的速度和加速度。(3)使用打点计时器的注意事项。①实验前,应将打点计时器固定好,以免拉动纸带时晃动,并要先轻轻试拉纸带,应无明显的阻滞现象。②使用计时器打点时,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后再拉动纸带。③手拉动纸带时速度应快一点,以防点迹太密集。
④使用电火花打点计时器时,应注意把纸带正确穿好,墨粉纸盘位于纸带上方;使用电磁打点计时器时,应让纸带穿过限位孔,压在复写纸下面。⑤打点计时器不能连续工作太长时间,打点之后应立即关闭电源。(4)频闪照相法的记录过程。①频闪照相法是一种利用照相技术,每间隔一定时间曝光一次,从而形成间隔相同时间的影像的方法。②当物体运动时,利用频闪灯(它每隔相等时间闪光一次)照明,照相机可以拍摄出该物体每隔相等时间所到达的位置,记录物体运动的位移信息和时间信息。如图所示是每秒闪光10次拍摄出的小球沿斜面滚下的频闪照片,照片中每两个相邻小球的影像间隔的时间就是0.1 s,这样便记录了小球运动的时间。
③与打点计时器记录的信息相比,频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交流电源的频率,而相同时间出现的影像则相当于打点计时器打出的点。
[测量小车的瞬时速度]
一、实验数据的分析1.用打点计时器测量瞬时速度(1)选取一条点迹清晰便于分析的纸带。(2)从能够看清的某个点开始,每隔四个点取一个计数点,每两个计数点间的时间间隔T=5×0.02 s=0.1 s。在纸带上用O、A、B、C、D、…标出这些“计数点”,如图所示。
用刻度尺依次测出OA、OB、OC、OD、…的距离是s1、s2、s3、s4、…,再利用s1′=s1,s2′=s2-s1,s3′=s3-s2,…确定出OA、AB、BC、CD、…之间的距离s1′、s2′、s3′、s4′、…。
2.作出小车运动的v-t图像(1)定标度:坐标轴的标度选取要合理,应使图像大致布满坐标纸。(2)描点:在坐标纸上描出各个坐标点的位置。(3)连线:用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点。
4.“逐差法”测加速度(1)理论依据。匀变速直线运动中,相邻的相同时间内的位移之差为常数,即Δs=s2-s1=s3-s2=…=sn-sn-1=aT2。(2)数据处理方法。如图所示,以取六个间隔为例
三、注意事项1.细线、纸带保持水平状态,保证小车运动的加速度不变。2.小车要靠近打点计时器,保证纸带上打出足够多的点。3.钩码个数适当,便于分析实验数据和作图。4.先接通电源后释放小车。5.在描点时用坐标纸,在横纵坐标上选取合适的单位长度,使图线占据坐标平面的大部分面积。6.画v-t图线时让所画的直线尽量经过较多的点;不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧;个别偏离较远的点舍去。
类型一　实验器材与操作
[例1] (2022·福建莆田期中)打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器,下图中甲、乙两种打点计时器是高中物理实验中常用的。
(1)乙图是　　　　打点计时器,所接电源为频率是50 Hz 的　　　 　V的　　　 　(选填“直流”或“交流”)电源时,每隔　　　　s打一次点。 
解析:(1)由打点计时器的构造可知,乙图是电火花打点计时器,所接电源为频率是50 Hz的220 V的交流电源时,每隔0.02 s打一次点。
答案:(1)电火花　220　交流　0.02
(2)关于打点计时器的原理和使用方法,下列说法中正确的是　　　　。 A.电磁打点计时器选择6 V以下直流电B.打点时先释放纸带,再启动打点计时器C.如果打点计时器在纸带上打下的点逐渐由密集变得稀疏,则说明纸带的速度由小变大D.如果纸带上相邻两个计数点之间还有四个点,且所接交流电源频率为50 Hz,则相邻两个计数点间的时间间隔是0.08 s
解析:(2)电磁打点计时器应接4～6 V的交流电源,故A错误;为了充分利用纸带,应先接通电源后释放纸带,故B错误;如果打点计时器在纸带上打下的点逐渐由密集变得稀疏,则说明纸带的速度由小变大,故C正确;如果纸带上相邻两个计数点之间还有四个点,且所接交流电源频率为50 Hz,则相邻两个计数点间的时间间隔是0.1 s,故D错误。
(3)在某次实验中,小车拖动纸带做匀加速直线运动,装置如图丙所示。实验中,必要的措施是　　　　(多选)。 A.细线必须与长木板平行B.先释放小车再接通电源C.挂的钩码个数越多越好D.小车应从靠近打点计时器处释放
解析:(3)若细线与长木板不平行,随着小车逐渐靠近滑轮,细线与水平方向的夹角增大,小车所受分力随之变化,因此小车的加速度发生变化,即小车不做匀变速直线运动,故细线必须与长木板平行,A选项必要;先接通电源,待打点计时器稳定工作后再释放小车,点迹按匀变速运动规律呈现在纸带上。若先释放小车再接通电源,则开始阶段点迹不规律,误差较大,故B项错误;该实验研究小车的匀变速直线运动,与小车所受到的合力及合力大小的计算无关,故C项不必要;在释放小车前,小车应尽量靠近打点计时器,以能在纸带上打出更多的点,有利于实验数据的处理和误差的减小,故D项必要。
类型二　数据处理与分析
[例2] (2022·福建福州期中)某同学在做研究匀变速直线运动规律的实验时,获取了一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个点(未标出),计数点间的距离如图所示。由于粗心,该同学忘了测量3、4两个计数点之间的距离(电源频率为50 Hz)。求:
(1)6号计数点的瞬时速度大小v6=　　　　m/s。(结果保留3位有效数字) 
答案:(1)0.413
(2)利用逐差法处理数据,可得加速度a=　　　　m/s2。(结果保留3位有效数字) 
答案:(2)0.496
(3)计数点3、4之间的距离是s4=　　　 　cm。(结果保留3位有效数字) 
[例3] 某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有:斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。
实验步骤如下:①如图甲,将光电门固定在斜面下端附近;将一挡光片安装在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方由静止开始下滑;②当滑块上的挡光片经过光电门时,用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间Δt;
④将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与①中位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤②③;⑤多次重复步骤④;
(2)由图丙可求得vA=　　 　　cm/s,a=　 　　cm/s2。(结果保留3位有效数字)