测量一个重复运动的时间,不只是按下计时按钮再做除法。必须先约定一次运动从哪个状态开始,到哪个状态结束,再说明从开始计时到停止计时之间包含几次完整运动。本组适合八年级物理学习时间测量后的补充练习,基础范围对应人教版八年级上册根据二〇二二年版课程标准修订的教材第一章第一节。
为避免把来回两段混在一起,本组使用自拟摆动情境:小球从左端出发,经过右端再回到左端,算一次完整往返。回到相同位置时,还要注意运动方向或所处状态是否与约定一致。练习只讨论计时和计数,不要求使用高中或大学中的摆动周期公式,也不据此测定重力加速度。
所有记录均为教学假设,不是实际实验数据。操作真实装置时,应按课堂要求选择安全的小幅度运动和适当工具;本练习不会因为列出了小数,就证明某个实际仪器一定具有相同的读数精度。
甲组在小球位于左端准备开始一次往返时启动计时,口头记0;第一次完整返回左端记1,之后依次计数,到第20次完整返回时停止。计时显示32.0秒。按题设,测到20个完整往返,单次平均时间为32.0÷20=1.60秒。这里除数来自完整间隔数量,不是来自纸上写了几个数字。
把问题缩小到三次往返更容易检查:起点记0,第一次返回记1,第二次记2,第三次记3,从0到3之间只有3个完整间隔。纸面出现0、1、2、3四个标记,不等于运动完成4次。画一条时间线,把标记画成点、完整运动画成点之间的段,可避免数点代替数段。
甲组的1.60秒是这一段运动总时间除以次数得到的平均值。它不表示每一次往返都被单独测为1.60秒,也不表示测量没有误差。若需要研究各次运动是否一致,应另有能够区分各次时间的记录,不能从一个总时间推断所有细节。
乙组采用另一种计数习惯:启动计时时就喊1,第一次完整返回喊2,依次计数,喊到20时停止,计时为30.4秒。有人直接用30.4÷20。请检查除数。由起点1到末点20,实际经过19个完整往返,单次平均时间应为30.4÷19=1.60秒。
乙组与甲组的计数语言不同,但只要明确实际间隔数,就能正确处理。错误不在于任何时候都不允许从1开始记,而在于把末点的标签值误当作完成次数。实验前统一计数约定能够减少交流误会,事后分析则必须根据真实记录,而不是强行把所有组改写成相同流程。
若记录只写“数到20,用时30.4秒”,没有说明启动时记几,便不能确定该除以19还是20。此时应补问计数方法或查原始记录,不宜为了得到与其他组相同的数值,自行选择一个除数。这一项检查训练的是证据完整性,而不是让答案看起来整齐。
丙组明确记录完成40次完整往返,用时1分4.0秒。先把1分换为60秒,再加4.0秒,得到64.0秒,单次平均时间为64.0÷40=1.60秒。不能把“1分4.0秒”写成1.4秒或1.40分钟直接使用;冒号或单位分隔的记录,与普通十进制小数不是同一种写法。
另一张小练习记录是2分15秒。它等于135秒,也等于2.25分钟,而不是2.15分钟。写出换算过程60×2+15,能够直接显示每一个数的来源。如果原记录只剩“2:15”,应先确认显示格式,不能脱离仪器说明猜它表示分钟和秒还是小时和分钟。
本组没有使用真实秒表的照片,因此也不要求读者从虚构图片推断小表盘分度值。若课堂使用机械停表,要根据实际表盘及老师指导读取;若使用电子计时器,要核对显示单位和分辨率。不同工具可以测同一种时间量,但记录方式不能未经说明就混用。
丁组按同一计数标准,三次分别测量20个完整往返,记录为31.8秒、32.0秒、32.2秒。三段各自的单次平均时间为1.59秒、1.60秒、1.61秒,再求平均得到1.60秒。也可先算总时间96.0秒,再除以总次数60,结果相同,因为三组的次数相同。
如果三段分别包含10次、20次、30次往返,就不能不加说明地把三个单次平均值直接相加除以3,作为全部60次的平均时间。应先累加对应总时间,再除以完整往返总次数。选择怎样平均取决于要描述的对象,不能只看哪一种算式最短。
发现其中一段按错停止键,应该保存错误原因并按课堂要求重新测量,而不是先把所有数据平均,希望错误被其他记录抵消。反应时间等因素会影响人工计时,多次测量可以帮助处理波动,却不能保证消除全部误差。没有明确操作证据,也不应只因某个数不合预期就删掉它。
第一题:开始计时记0,记到15停止,总时间24.0秒,求单次平均时间。第二题:起点记1,记到16停止,总时间24.0秒,求实际次数及平均时间。第三题:30次完整往返共用48.3秒,另一段10次共用16.3秒,求全部40次的平均时间。先写出次数,再做除法。
第一题为24.0÷15=1.60秒。第二题实际次数16-1=15,所以也是1.60秒。第三题合计时间48.3+16.3=64.6秒,除以40得1.615秒;这个值是未作最终记录位数处理的计算值,最终保留位数应按课堂测量记录要求确定,不能凭本题宣称仪器可以分辨0.001秒。
做完先核对次数,再核对单位。
交出记录时应保留四类信息:一次运动如何定义,开始和结束计数是多少,总时间用什么单位记录,计算过程是否与上述条件一致。下一次若与同伴得到不同结果,先比较这四项,再讨论数值差异。没有把记录方法说清楚之前,争论谁的数字更接近标准答案通常不能解决问题。
资料依据:国家中小学智慧教育平台:人教版物理八年级上册。文中自拟材料与算例不属于官方原题。
作者:9educ 编辑部