不得不說,大學物理實驗這個有效數字和測量值的表達真的把我搞暈了,老師也就粗略過了一下緒論,結果實驗報告要求又嚴格...這里根據網上搜集到的資料和個人理解做個總結,也以便后期參考
我學校使用的教材:《大學物理實驗教程》主編:徐滔滔 - 科學出版社
0x01 有效數字怎么算
https://zhuanlan.zhihu.com/p/380393523
上面這篇知乎文章已經將有效數字的加減,乘除,科學計數法計算給講了,總結一下就是:
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有效數字四舍六入五湊偶
(這里的五湊偶或者五成雙指的是5前面一位數字如果是偶數就舍掉,如果是奇數就去5進1,將這個奇數湊為偶數///////注: 大物實驗中的四舍六入五成雙似乎不用考慮5后面的數字,5前面是偶數就舍去,是奇數就進一///////
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有效數字的乘除和加減 結果上的修剪 都是看 運算式子 中的 尾部某個高位(注:從左到右位數逐漸降低-萬千百十個)
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加減運算式中看 式子中 尾部位數 最高 的,結果值的 尾部位數 與之匹配
比如520-131.4=388.6=389
,式子中尾部最高位是520
的0,也就是個位,所以結果也保留到個位 -
乘除運算式中看 有效數字位數最少 的,結果值的 有效數字位數 與之匹配
比如1.98x7.9=15.642=16
,式子中保留有效數字最少的是7.9
,兩位,所以結果也算保留兩位有效數字 -
科學計數法運算式中看每個數值中 10的指數 是不是相同的,如果不相同將其統一,其他運算同加減
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復合運算先括號、再乘除、后加減
除此之外書上還有幾個注意點:
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對數函數運算后的結果中的 小數點保留位數 和真數有效數字位數相同
比如第一個例子中真數為1.983,有效數字有四位,所以最后修約為了四位小數->0.6846
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指數函數結果中 有效數字位數 和指數小數點后位數相同(我用的這本教材是這樣寫的)
這個例子中10的指數6.25,小數點后位數是2位,得出來的結果也就保留兩位有效數字1.8e+6
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三角函數結果中 有效數字位數 和角度的有效數字位數一致
這個例子中30°00'這個角度是4位有效數字,結果也就保留四位有效數字0.5000
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其他的函數將自變量的末位改變1,算出來結果產生的差異的最高位就是應該保留的有效數字最后一位 (老實說這個我看了好一會兒都沒會過來,到網上還查了半天
,這鬼書也不給個例子,大概是下面這個意思)-
假如我有個函數:
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或者更加方便,我們把他轉換為Python語句:
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首先我們傳入一個0.43655賦值給自變量x,算出結果是0.4088509025。接着傳入0.43655+0.00001=0.43656,也就是自變量的末位改變1,我們得到結果0.4088646336。
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兩個結果產生的差異是0.0000137311,注意這里的最高位指的是從左往右第一個產生差異的位數,比如這里就是0.0000137311,小數點后第五位是第一個產生差異的位數
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由此,我們算出的兩個結果應該也修約為保留到小數點后第五位,得到兩個結果:
result1 = 0.40885 result2 = 0.40886
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除此之外網上還有個例子可供參考:
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對於有效位數無限的數值,像
π
,e
,1/3
,2^{0.5}
之類的, 在運算中可以比其他有效數字多取一位,同樣運算中間過程也可以多保留一位來確保精度
0x02 實驗測量結果的表達式
好了,有效數字搞定了,又到了一個蛋疼的點——實驗測量結果的表達式。主要考的是平均值±不確定度
的形式,就主要記一下這個吧
- 大學物理實驗里
不確定度
的有效數字為了簡單一般只取1
位,首位有效數字為1或2時保留2
位(修約的時候只進不退,而不是四舍五入)。而相對不確定度
通常保留2
位 - 統一
平均值
單位和不確定度
單位 - 平均值結果非常大時要使用科學計數法進行表示
- 看
不確定度
有效數字保留到了哪一位,對應平均值
就保留到哪一位
比如7.5586±0.003
,不確定度0.003
有效數字保留到了小數點后第三位,那么平均值也要保留到小數點后三位,也就是結果寫成7.559±0.003
After all
當今的學習着實要充分利用網絡資源啊...后面還要做好幾次大物實驗,要痛苦面具了