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题目

5次测得小球的质量(单位:g)分别为:2.1074,2.1079,2.1075,2.1076,2.1074,求小球质量的平均绝对误差和平均相对误差,并写出结果表达式。

5次测得小球的质量(单位:g)分别为:2.1074,2.1079,2.1075,2.1076,2.1074,求小球质量的平均绝对误差和平均相对误差,并写出结果表达式。

题目解答

答案

1. 算术平均值: \[ \bar{x} = \frac{10.5378}{5} = 2.10756 \, \text{g} \approx 2.1076 \, \text{g} \] 2. 平均绝对误差: \[ \Delta = \frac{1}{5} (0.0002 + 0.0003 + 0.0001 + 0.0000 + 0.0002) = 0.00016 \, \text{g} \approx 0.0002 \, \text{g} \] 3. 平均相对误差: \[ \bar{\delta} = \frac{1}{5} (0.000095 + 0.000142 + 0.000047 + 0.0000 + 0.000095) = 0.000076 \approx 0.0076\% \] 4. 结果表达式: \[ m = (2.1076 \pm 0.0002) \, \text{g} \]

解析

本题主要考查平均绝对误差和平均相对误差的计算,以及测量结果表达式的书写。解题思路如下:

  1. 首先计算测量值的算术平均值$\bar{x}$,算术平均值是所有测量值的总和除以测量次数。
  2. 然后计算每次测量值与算术平均值的绝对误差$\Delta x_i=\vert x_i - \bar{x}\vert$,其中$x_i$为第$i$次测量值。
  3. 接着计算平均绝对误差$\Delta$,平均绝对误差是所有绝对误差的平均值,即$\Delta=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}\Delta x_i$,$n$为测量次数。
  4. 再计算每次测量值的相对误差$\delta_i=\frac{\Delta x_i}{\vert x_i\vert}$。
  5. 之后计算平均相对误差$\bar{\delta}$,平均相对误差是所有相对误差的平均值,即$\bar{\delta}=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}\delta_i$。
  6. 最后写出测量结果表达式$m = (\bar{x} \pm \Delta)$。

下面进行详细计算:

  1. 计算算术平均值$\bar{x}$:
    已知$x_1 = 2.1074$,$x_2 = 2.1079$,$x_3 = 2.1075$,$x_4 = 2.1076$,$x_5 = 2.1074$,测量次数$n = 5$。
    根据算术平均值公式$\bar{x}=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}x_i$,可得:
    $\bar{x}=\frac{2.1074 + 2.1079 + 2.1075 + 2.1076 + 2.1074}{5}=\frac{10.5378}{5}=2.10756\ g$
    按照有效数字的修约规则,将结果保留到小数点后四位,$\bar{x}\approx 2.1076\ g$。
  2. 计算每次测量值的绝对误差$\Delta x_i$:
    • $\Delta x_1=\vert 2.1074 - 2.10756\vert = 0.00016\approx 0.0002\ g$
    • $\Delta x_2=\vert 2.1079 - 2.10756\vert = 0.00034\approx 0.0003\ g$
    • $\Delta x_3=\vert 2.1075 - 2.10756\vert = 0.00006\approx 0.0001\ g$
    • $\Delta x_4=\vert 2.1076 - 2.10756\vert = 0.00004\approx 0.0000\ g$
    • $\Delta x_5=\vert 2.1074 - 2.10756\vert = 0.00016\approx 0.0002\ g$
  3. 计算平均绝对误差$\Delta$:
    根据平均绝对误差公式$\Delta=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}\Delta x_i$,可得:
    $\Delta=\frac{1}{5}(0.0002 + 0.0003 + 0.0001 + 0.0000 + 0.0002)=\frac{0.0008}{5}=0.00016\ g$
    按照有效数字的修约规则,将结果保留到小数点后四位,$\Delta\approx 0.0002\ g$。
  4. 计算每次测量值的相对误差$\delta_i$:
    • $\delta_1=\frac{\Delta x_1}{\vert x_1\vert}=\frac{0.0002}{2.1074}\approx 0.000095$
    • $\delta_2=\frac{\Delta x_2}{\vert x_2\vert}=\frac{0.0003}{2.1079}\approx 0.000142$
    • $\delta_3=\frac{\Delta x_3}{\vert x_3\vert}=\frac{0.0001}{2.1075}\approx 0.000047$
    • $\delta_4=\frac{\Delta x_4}{\vert x_4\vert}=\frac{0.0000}{2.1076}\approx 0.0000$
    • $\delta_5=\frac{\Delta x_5}{\vert x_5\vert}=\frac{0.0002}{2.1074}\approx 0.000095$
  5. 计算平均相对误差$\bar{\delta}$:
    根据平均相对误差公式$\bar{\delta}=\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}\delta_i$,可得:
    $\bar{\delta}=\frac{1}{5}(0.000095 + 0.000142 + 0.000047 + 0.0000 + 0.000095)=\frac{0.000379}{5}=0.0000758\approx 0.000076$
    将平均相对误差转化为百分数形式,$\bar{\delta}=0.000076\times100\% = 0.0076\%$。
  6. 写出测量结果表达式:
    测量结果表达式为$m = (\bar{x} \pm \Delta)$,将$\bar{x}\approx 2.1076\ g$,$\Delta\approx 0.0002\ g$代入,可得$m = (2.1076 \pm 0.0002)\ g$。

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