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01
运动的描述及规律
导入 走进运动的世界
我们生活在一个运动的世界。从浩瀚宇宙到微小粒子，自然 界的一切都在不停地运动。旋转的星系，飘浮的白云，奔驰的列 车，运转的车床……这是一个绚丽多彩、变化万千的运动世界。
人类自古以来便不断探索自然界运动的未知奥秘，渴望揭示 运动的规律。机械运动是最简单、最基本的运动形态。那么，如 何描述机械运动呢？本章我们从生活中常见的运动着手，学习与 机械运动相关的内容。
第三节 科学实践：测量速度和加速度
如何测量做匀变速直线运动物体的速度和加速度？这需 要设计实验方案，测量并分析相关数据，才能得出正确的结论。本节先学习科学测量中的误差与有效数字，再通过实验 来测量运动物体的瞬时速度和加速度。
第三节 科学实践：测量速度和加速度
一、科学测量中的误差与有效数字
1.测量中的误差
任何测量结果都不可能绝对准确，被测物理量的测量值与真实值之间总存在差异，这种差异称为误差。
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。
系统误差指由于测量原理不完善或仪器本身缺陷等造成的误差。系统误差致使测量结果总是偏大或者总是偏小。我们需根据具体情况，找出产生系统误差的原因，采取措施降低其影响。
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。偶然误差致使测量结果时而偏大，时而偏 小。我们可采用多次测量取平均值的方法 来减小偶然误差。
第三节 科学实践：测量速度和加速度
一、科学测量中的误差与有效数字
2. 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。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。
例如，在图 1-16 中，利用 1 mm 分度的刻度尺测工件 A 的长度，我们可通过估读得到其长度约为 23.4 mm。其中，整数部分是确定的，而小数部分是估读的、不可靠的，但这个不可靠数字“4”仍然是有用的，应保留。有效数字的位数在 一定程度上可反映测量工具的精度。如，23.4 mm 有三位有效 数字，倘若改写为 0.023 4 m，它依然是三位有效数字，其中 的“0”不是有效数字。有效数字的位数应从最左边的第一位 非零数字开始计算，到最后一位数字结束。
第三节 科学实践：测量速度和加速度
二、运动时间和位移的记录
物理实验中，常用打点计时器来测量物体运动的时间和 位移。电磁打点计时器通常使用电压约为 8 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（图 1-17）。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。可见，纸带记录了物体运动的时间与位移的信息。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。
第三节 科学实践：测量速度和加速度
二、运动时间和位移的记录
除打点计时器外，人们还用频闪 照相技术来记录物体运动的时间和位 移。在频闪照相中，人们利用频闪灯 每隔相等时间闪光一次的特点，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。图 1-18 是摩托 车行驶的频闪照片，你能判断摩托车 在哪段行驶最快吗？
第三节 科学实践：测量速度和加速度
三、测量小车的瞬时速度和加速度
小车沿斜面向下运动时，如何测量其瞬时速度和加速度？带着这些问题，让我们走进实验探究。
实验目的
（1）学习使用打点计时器。
（2）测量小车的瞬时速度和加速度。
实验器材
电火花打点计时器（或电磁打点计时器）、220 V 交流电源（或低压交流电源）、纸带、轨道（或长木板）、小车、毫米刻度尺等。
第三节 科学实践：测量速度和加速度
三、测量小车的瞬时速度和加速度
实验原理与设计
图 1-19 是小车下滑过程中打 点计时器打出的纸带。
在纸带上，选取便于测量的 某点作为计时的起点，记为点 0，依次向后每 5 个点选取一 个计数点，分别记为 1，2，3，…，用刻度尺量出相邻计数点 间的长度，分别记为 x1，x2，x3，…，相邻计数点间隔的时间 。
第三节 科学实践：测量速度和加速度
三、测量小车的瞬时速度和加速度
实验原理与设计
在间隔时间很短的情况下，平均速度可近似视为瞬时速度。由此，根据纸带上打出的点，可计算打点计时器打下某一点时小车的瞬时速度。打下点 1，2，…时小车的瞬时速度分别为，…，根据各点的瞬时速度及对应的时间，可画出 v-t 图像，由图像可得到小车的加速度。
第三节 科学实践：测量速度和加速度
三、测量小车的瞬时速度和加速度
实验步骤
（1）把打点计时器固定在长木板一端，并将该端垫高，使长木板形成斜面。
（2）将长60 cm左右的纸带一端穿过打点计时器，另一端固定于小车，尽量让小车靠近打点计时器。
（3）打开打点计时器开关，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，关闭开关。取下纸带，检查点迹。若有问题，可换上新纸带，调试后重复上述步骤。
（4）选择点迹清晰的纸带，避开点迹密集部分，从距打点的开始端几厘米处选择一个点记为点 0。在该点后面，依次标出间隔时间相等的计数点 1，2，3，4，5，…。
（5）测量各计数点与下一相邻计数点间的距离，得到x1，x2，x3，x4，x5，…。
第三节 科学实践：测量速度和加速度
三、测量小车的瞬时速度和加速度
数据分析
请设计表格，记录相关数据。根据前面“实验原理与设计”中的公式，计算出 5 个计数点对应的瞬时速度。画出 v-t 图像，计算小车的加速度。
实验结论
请写出小车在上述 5 个计数点的瞬时速度和小车的加 速度。
讨论
为什么标出计数点时要避开点迹密集部分，从距打点的 开始端几厘米处选择一个点记为点 0？
第三节 科学实践：测量速度和加速度
作业与活动
1. 请参考教科书内容撰写“测量做直线运动物体的瞬时速度”的实验 报告（包括实验目的、实验器材、实验原理与设计、实验步骤、数据分析、 实验结论、误差分析等内容）。
2. 下列测量值有三位有效数字的是
0.003 m
6.01 kg
2.30 s

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