测量总有误差
同一支铅笔,三个同学用同一把尺子量,可能得到 15.32 cm、15.33 cm、15.31 cm。每次测量都会有一点误差error。误差不是“错误”,而是测量本身不可避免的不确定性。我们要做的,是让误差尽量小,并且如实地报告结果。
准确度和精确度
- 准确度accuracy:测量值和真实值有多接近。
- 精确度precision:多次测量的结果彼此有多接近。
可以用打靶来比喻:靶心是真实值,每个点是一次测量。系统误差(比如天平没有调零)会让所有点整体偏向一边,结果就不准确;随机误差会让点四处分散,结果就不精确。拖动滑块试一试:
精确不等于准确:天平没调零时,每次称都偏大 0.5 g,几次结果彼此很接近(精确),但都偏离真实值(不准确)。
读数要估读一位
读仪器时,先准确读到最小刻度,再估读一位。比如最小刻度是 1 mm 的刻度尺,读数要写到 0.01 cm:2.35 cm,其中 2.3 是准确读出的,最后的 5 是估读的。
🔧 数学工具卡 · 有效数字会了可以跳过
有效数字:一个测量值中所有准确的数字,加上最后一位估读的数字。数有效数字的规则:
- 非零数字都有效:2.35 有 3 位。
- 夹在非零数字中间的 0 有效:1002 有 4 位。
- 最前面的 0 只是用来定小数点位置,不算:0.0520 前面的两个 0 不算。
- 小数点后末尾的 0 有效:0.0520 末尾的 0 算,所以有 3 位;12.30 有 4 位。
- 没有小数点的整数,末尾的 0 说不清是否有效,最好用科学计数法:3.50 × 10³ 有 3 位。
例题 1:用刻度尺读数
用最小刻度为 1 mm 的刻度尺量一支铅笔,铅笔末端在 15.3 cm 和 15.4 cm 之间,大约在两条刻度线中间稍微偏右。应该怎样记录?
- 准确值。 最小刻度是 0.1 cm,能准确读出 15.3 cm。
- 估读。 末端在 15.3 和 15.4 之间大约 6/10 处,估读出 0.06 cm。
- 记录。 15.36 cm,有 4 位有效数字,最后的 6 是估读的。
- 不能怎么写。 不能写成 15.4 cm(丢了估读位),也不能写成 15.362 cm(这把尺子做不到那么精确)。
例题 2:准确还是精确
某物体的真实质量是 5.00 g。甲三次称量得到 5.01 g、4.99 g、5.00 g;乙得到 5.31 g、5.30 g、5.32 g。分别评价两人的结果。
- 甲。 平均值 5.00 g,和真实值很接近,所以准确;三次结果相差很小,所以精确。
- 乙。 三次结果彼此很接近,所以精确;但都偏大约 0.3 g,所以不准确。可能有系统误差,比如天平没有调零。
- 10.0 g、10.1 g、9.9 g
平均值 10.0 g,三次结果又很接近。
- 11.2 g、11.3 g、11.2 g
彼此很接近,但都偏大约 1.2 g。
- 9.0 g、11.0 g、10.1 g
平均值约 10.0 g,但三次结果相差很大。
- 12.0 g、13.5 g、11.1 g
平均值约 12.2 g,偏大,而且很分散。
常见误区
误区 1:把精确当成准确。 几次结果很接近,只说明精确;只有和真实值接近,才算准确。
误区 2:读数不估读,或者估读太多位。 用最小刻度 1 mm 的尺子,读数写到 0.01 cm,不多也不少。
误区 3:把前面的 0 算成有效数字。 0.0520 有 3 位有效数字,不是 5 位。
即时小测
0.00340 有几位有效数字?
前面的 3 个 0 不算;3、4 和末尾的 0 有效,一共 3 位。
用最小刻度为 1 mm 的刻度尺测量长度,下列记录正确的是?
最小刻度是 0.1 cm,要再估读一位,记录到 0.01 cm。
小结
- 测量总有误差。准确度看离真实值多近,精确度看几次结果彼此多近。
- 系统误差让结果整体偏离(不准确),随机误差让结果分散(不精确)。
- 读数时准确读到最小刻度,再估读一位。
- 有效数字:前面的 0 不算,中间的 0 算,小数点后末尾的 0 算。
通往 AP(以后再看)
AP 计算题要按有效数字报告答案;实验题常问误差来源,以及某个误差会让结果偏大还是偏小。阶段二的 2.1.1 会学有效数字的运算规则。