测量局限告诉你,一个读数可能偏离真实值多远。以概念方式传递它,意思是问:在这个计算里,哪一项测量最重要,它如何体现在最终答案中。
这个概念出现在生物、化学和物理的实验题中。它承接读取斜率,属于三科数字运算能力。所有数据均为虚构。
怎样推理一个已知的局限?
把每个局限换成占读数的百分比:局限 ÷ 读数 × 100。局限相同时,读数越小,百分比越大,所以小的量比较不可靠。
当结果结合了几项测量,百分比不确定度最大的那一项对最终答案影响最大。要表达这一点,不需要完整公式,只需要一个比较和一句话。
例题详解(虚构数据)
一名学生求一辆小车的速度。距离 = 2.00 m(局限 ±0.01 m),时间 = 4.0 s(局限 ±0.2 s)。哪一项测量限制了结果?
第一步,距离的百分比: 0.01 ÷ 2.00 × 100 = 0.5%。
第二步,时间的百分比: 0.2 ÷ 4.0 × 100 = 5%。
第三步,比较: 时间的百分比更大,所以它是速度中主要的疑问来源。
第四步,计算: 速度 = 2.00 ÷ 4.0 = 0.50 m/s。答案写 0.50 m/s,两位有效数字,与时间一致。
针对时间的改进是合理的:例如计时一段更长的运动,让同样的 0.2 s 局限变成较小的百分比。
要留意的错误
错误答案: “把距离重复测量五次,以减少不确定度。”
学生改进了本来就很精确的测量(0.5%),却放过了薄弱的那一项(5%)。
改正的方法是先算出两个百分比,再针对较大的那一个。另一个失误是因为计算器显示更多位数,就把 0.5 m/s 写成 0.5000 m/s。
自我检测
先不用计算器试做,再打开答案核对。
1. 一个类似滴定管的读数为 10 cm³,局限为 ±0.5 cm³。求百分比不确定度。
查看答案
0.5 ÷ 10 × 100 = 5%。
2. 同样的 ±0.5 cm³ 局限用在 25.0 cm³ 的读数上。求百分比,并说明这表示什么。
查看答案
0.5 ÷ 25.0 × 100 = 2%。同样的局限在较大的读数上影响较小。
3. 一个长度是 50.0 cm(±0.1 cm),一个质量是 2.0 g(±0.1 g)。对同时用到两者的结果,哪项测量更重要?
查看答案
长度:0.1 ÷ 50.0 × 100 = 0.2%。质量:0.1 ÷ 2.0 × 100 = 5%。质量更重要。
下一步
最后一步是看看你的答案,问它是否合理,这部分在对照物理情境检查数值结论中讲解。你也可以用科学探究评析工具练习写出针对真正弱点的改进建议。
会用公式,却不知道“提出改进”要写到什么程度?Co-ordinated Sciences 线上一对一补习的老师会逐句给你反馈。