题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。
一、考点定位与做题顺序
「保留几位有效数字」和「末位与不确定度对齐」是两套常用规则,结论看着不同,其实回答的不是同一个问题:前者是乘除运算的粗规则(取参与量中最少的有效位),后者按实测不确定度决定末位在哪。有不确定度时应优先用后者。
自编示意:长度 12.3450 cm、时间 1.23 s、质量 0.0500 kg;u(L) = 5×10⁻⁶ m、u(t) = 0.01 s。读数与器材均为自拟示意,不代表真实实验记录。
二、逐题精讲
题1
题1 求 v、按 3 位有效数字报出的动能,并说明 3 位从哪来。
解析
统一单位:L = 12.3450 cm = 0.123450 m。v = L/t = 0.123450/1.23 = 0.10036585 m/s。参与乘除的量里,t 只有 3 位有效数字、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 报为 0.1 m/s。动能 Ek = ½mv² = 0.5×0.0500×0.1² = 0.000250 J,按 3 位写成 2.50×10⁻⁴ J。注意 0.1 末尾的 0 不能省:写成 0.10 就只有 2 位,与「3 位」的口径不符。若把中间值 0.10036585 直接代进动能,得 0.000252 J,与 0.000250 J 相比偏高 (0.000252−0.000250)/0.000250 = 0.73%;这不是算错,是中间值多留位与终值提前取位两种口径的差,报结果前须统一到同一口径。
答案 v = 0.10036585 m/s,按 3 位报 0.1 m/s;Ek = 0.000250 J(多留位算得 0.000252 J,偏高 0.73%)。
采分点 单位换算 1 分、v 值 1 分、最少有效位判断 1 分、v 取位 1 分、动能 1 分、末尾 0 与双口径差 1 分。
易错点 把 0.100 写成 0.10,或中间值多留位却拿它当终值报。
题2
题2 按不确定度合成求 u(v),并说明两套保留规则怎么取舍。
解析
相对不确定度: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,主要由时间项贡献。于是 u(v) = 0.10036585×0.008130 = 0.000816 m/s,按不确定度 1 位有效数字取 0.0008 m/s,v 的末位对齐到 0.0001,报 (0.1004 ± 0.0008) m/s。这与上一问按最少有效位报的 0.1 m/s 并不矛盾:0.1 是纯乘除粗规则的结果,(0.1004 ± 0.0008) 是按实测 u(t)=0.01 s 定出的表达;一旦给出不确定度,就应以后者为准,因为前者没有用到散布信息。若两者并列出现,须注明各自口径,不能在同份报告里一会儿用 0.100、一会儿用 0.1004 而不说明。把 0.73% 的动能差当成「算错了」而去改 v,也属于口径混淆。
答案 u(v)/v = 0.008130、u(v) = 0.000816 m/s,报 (0.1004 ± 0.0008) m/s;给定不确定度时优先按位数对齐,并列时须注明口径。
采分点 两项相对量 1 分、合成式 1 分、u(v) 1 分、位数对齐 1 分、双口径取舍 1 分、并列须注明 1 分。
易错点 把两套规则的结果当成互相矛盾,或用其中一个去「修正」另一个。
三、规律小结与对照表
| 口径 | 依据 | v(m/s) | 动能(J) |
|---|---|---|---|
| 最少有效位 | t、m 各 3 位 | 0.1 | 0.000250 |
| 中间值多留位 | 0.10036585 直接代入 | 0.10036585 | 0.000252 |
| 不确定度对齐 | u(v)=0.0008 | 0.1004 ± 0.0008 | — |
| u(L)/L | — | 0.00004050 | 次要项 |
| u(t)/t | — | 0.00813008 | 主要项 |
小结:乘除按最少有效位、有不确定度时按位数对齐,两套规则并列须注明口径;中间值多留位造成的动能差不是错误,别回头改 v。
四、自测清单
- 能统一单位并求 v
- 能判断最少有效位数
- 能按取位值算动能
- 能算两项相对不确定度并合成
- 能把结果末位与不确定度对齐
- 能说明两套规则并列时须注明口径