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例題精講 · 第 00791 題 · 先按最少有效位算一遍,再按不確定度對齊一遍

以自編示意長度、時間、質量讀數求速度與動能,比較「按最少有效數字保留」與「按不確定度位數對齊」兩種口徑,並回代中間值多留位造成的動能偏差。

00791題號全 1000 篇 · 第 第132輪 / 第132冊 輪
方向物理·實驗六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 物理實驗

一、考點定位與做題順序

「保留幾位有效數字」和「末位與不確定度對齊」是兩套常用規則,結論看著不同,其實回答的不是同一個問題:前者是乘除運算的粗規則(取參與量中最少的有效位),後者按實測不確定度決定末位在哪。有不確定度時應優先用後者。

自編示意:長度 12.3450 cm、時間 1.23 s、質量 0.0500 kg;u(L) = 5×10⁻⁶ m、u(t) = 0.01 s。讀數與器材均為自擬示意,不代表真實實驗記錄。

二、逐題精講

題1

題1 求 v、按 3 位有效數字報出的動能,並說明 3 位從哪來。

解析

統一單位:L = 12.3450 cm = 0.123450 m。v = L/t = 0.123450/1.23 = 0.10036585 m/s。參與乘除的量裡,t 只有 3 位有效數字、m 也是 3 位(0.0500 的前三位有效),L 有 6 位,故按最少 3 位把 v 報為 0.1 m/s。動能 Ek = ½mv² = 0.5×0.0500×0.1² = 0.000250 J,按 3 位寫成 2.50×10⁻⁴ J。注意 0.1 末尾的 0 不能省:寫成 0.10 就只有 2 位,與「3 位」的口徑不符。若把中間值 0.10036585 直接代進動能,得 0.000252 J,與 0.000250 J 相比偏高 (0.000252−0.000250)/0.000250 = 0.73%;這不是算錯,是中間值多留位與終值提前取位兩種口徑的差,報結果前須統一到同一口徑。

答案 v = 0.10036585 m/s,按 3 位報 0.1 m/s;Ek = 0.000250 J(多留位算得 0.000252 J,偏高 0.73%)。

採分點 單位換算 1 分、v 值 1 分、最少有效位判斷 1 分、v 取位 1 分、動能 1 分、末尾 0 與雙口徑差 1 分。

易錯點 把 0.100 寫成 0.10,或中間值多留位卻拿它當終值報。

題2

題2 按不確定度合成求 u(v),並說明兩套保留規則怎麼取捨。

解析

相對不確定度:u(L)/L = 0.00000500/0.123450 = 0.00004050,u(t)/t = 0.01/1.23 = 0.00813008;合成 u(v)/v = √(0.00004050² + 0.00813008²) = 0.008130,主要由時間項貢獻。於是 u(v) = 0.10036585×0.008130 = 0.000816 m/s,按不確定度 1 位有效數字取 0.0008 m/s,v 的末位對齊到 0.0001,報 (0.1004 ± 0.0008) m/s。這與上一問按最少有效位報的 0.1 m/s 並不矛盾:0.1 是純乘除粗規則的結果,(0.1004 ± 0.0008) 是按實測 u(t)=0.01 s 定出的表達;一旦給出不確定度,就應以後者為準,因為前者沒有用到散佈信息。若兩者並列出現,須註明各自口徑,不能在同份報告裡一會兒用 0.100、一會兒用 0.1004 而不說明。把 0.73% 的動能差當成「算錯了」而去改 v,也屬於口徑混淆。

答案 u(v)/v = 0.008130、u(v) = 0.000816 m/s,報 (0.1004 ± 0.0008) m/s;給定不確定度時優先按位數對齊,並列時須註明口徑。

採分點 兩項相對量 1 分、合成式 1 分、u(v) 1 分、位數對齊 1 分、雙口徑取捨 1 分、並列須註明 1 分。

易錯點 把兩套規則的結果當成互相矛盾,或用其中一個去「修正」另一個。

三、規律小結與對照表

口徑依據v(m/s)動能(J)
最少有效位t、m 各 3 位0.10.000250
中間值多留位0.10036585 直接代入0.100365850.000252
不確定度對齊u(v)=0.00080.1004 ± 0.0008—
u(L)/L—0.00004050次要項
u(t)/t—0.00813008主要項

小結:乘除按最少有效位、有不確定度時按位數對齊,兩套規則並列須註明口徑;中間值多留位造成的動能差不是錯誤,別回頭改 v。

四、自測清單

  • 能統一單位並求 v
  • 能判斷最少有效位數
  • 能按取位值算動能
  • 能算兩項相對不確定度併合成
  • 能把結果末位與不確定度對齊
  • 能說明兩套規則並列時須註明口徑
編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(物理):動量守恆、氣墊導軌、等厚干涉、微小量測量與測電源內阻相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(物理科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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聯招物理·有效數字與不確定度:兩套保留規則不是互相打臉
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