学生实验  使用打点计时器测量平均速度

误差和有效数字  物理学是一门以实验为基础的科学，实验方法是我们研究和解决问题的一种基本方法。做好学生实验，可以使我们对物理现象获得具体、明确的认识，了解概念和规律是怎样在实验的基础上得出的，从而加深对概念和规律的理解。通过做学生实验，还可以使我们体会如何探究问题，学习物理实验的一些基本知识、基本方法和基本技能，这对于提高我们的观察能力和实验能力是十分重要的。

做物理实验不仅要观察物理现象，还要找到现象中的数量关系，这就需要对物理量的数值进行测量。在读取测量数据时，应估读出最小刻度值的下一位。例如，用有毫米刻度的直尺测量长度时，要读到毫米的下一位。如测得某物体的位移是76.8 mm，其中的76是准确数值，8是估读的，是不准确的，但仍有意义。它表示这个位移在76 mm和77 mm之间，更接近77 mm。所以上述测得的三位数字7、6、8都是有效的。依靠测量工具，由准确数字和一位估读数字组成的表示测量结果的数字，叫做有效数字。由于估读的数字是不可能绝对准确的，所以只能估读一位数，估读两位数是没有意义的。

在有效数字中，数2.7、2.70、2.700的含义是不同的，它们分别代表两位、三位、四位有效数字。数2.7表示最末一位数字7是不准确的，而数2.70和2.700则表示最末一位数字0是不准确的。因此，小数最后的0是有意义的，不能随便舍去或添加。但是，小数的第一个非零数字前面的零是用来表示小数点位置的，不是有效数字。例如，0.92、0.085、0.0063都是两位有效数字。大的数目，例如36 500 km，如果这五个数字不全是有效数字，就不要这样写，可以写成有一位整数的小数和10的乘方的积的形式。如果是三位有效数字，就写成 ，如果是四位有效数字，就写成 。在处理实验数据进行加减乘除运算时，运算结果一般取两位或三位有效数字就可以了。

测量的结果不可能是绝对精确的，例如用刻度尺来测量物体的长度，用天平来测质量，用温度计来测温度等，测量出来的数值跟被测物理量的真实值都不可能完全一致。测出的数值与真实值之间会存在一定的差异，这个差异叫做误差。

在实验中为了减少误差，主要是采用多做几次测量求平均值的方法。我们做实验和进行测量时，一定要认真细致，注意分析产生误差的原因，想办法尽量减少误差。

电磁打点计时器  电磁打点计时器的构造如图1-13所示，它是一种使用交流电源的计时仪器，工作电压为4 V ~ 6 V。当电源的频率是50 Hz时，每隔0.02 s打一次点。

图1-13  电磁打点计时器 1．线柱；2．线圈；3．振片；4．永久磁铁；5．振针；6．限位孔；7．复写纸；8．定位轴；9．纸带

电磁打点计时器通电以前，把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面。当接通电源时，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便震动起来。位于振片一端的振针就跟着上下震动。这时，如果纸带运动，振针就在纸带上打出一列小点。由于打点的时间间隔都是0.02 s，因此，打在纸带上的点记录了纸带运动的时间。如果把纸带跟运动物体连接在一起，纸带上的点子就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。研究纸带上的点子之间的间隔，就可以了解运动物体在不同时间里发生的位移，从而了解物体运动的情况。

有条件的学校也可以用电火花计时器来做有关的实验。

实验目的  练习使用电磁打点计时器，利用打上点的纸带测量物体的平均速度并了解运动情况。

实验器材  电磁打点计时器、纸带、刻度尺、导线、电源。

实验步骤

⑴把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面；

⑵把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与6 V的低压交流电源的接线柱相连接；

⑶打开电源开关，用手水平地拉动纸带，纸带上就打上一列小点。

⑷取下纸带，从能看得清的某个点开始，数一数纸带上共有多少个点。如果共有n个点，点子的间隔数则为n-1个，用t = 0.02 s×(n-1) 计算出纸带的运动时间t。

⑸用刻度尺测量一下，打下这些点，纸带通过的距离s有多长。在测量时，注意估读出刻度尺最小刻度值的下一位有效数字，并用多次测量求平均值的方法减少误差。

⑹利用公式 计算出纸带在这段时间内的平均速度，把测量和计算结果填入表1-1中。

表1-1

图1-14

⑺在纸带的前部、中部和后部各找出相邻的两个点，分别标上记号A、B、C、D、E、F，用直尺量出AB、CD、EF等相邻点间的距离 、 、 （图1-14），由于相邻两点之间的时间间隔都是0.02 s，利用公式 计算出纸带在AB、CD、EF等每段时间内的平均速度，把测量和计算结果填入表1-2 中。

表1-2

A B的距离	AB段的平均速度	C D的距离	CD段的平均速度	EF的距离	EF段的平均速度

⑻根据这些数据，运用你学过的知识，判断纸带在不同时间（或位移）内的平均速度是否相同？纸带的运动是匀速运动还是变速运动，并把判断结果和理由写清楚。