按有效数字运算法则计算下列各式球体体积(4)/(3)pitimes3.52^3=
按有效数字运算法则计算下列各式 球体体积$\frac{4}{3}\pi\times3.52^3=$
题目解答
答案
我们来一步一步地按照有效数字运算法则计算下面这个球体体积的表达式:
$V = \frac{4}{3}\pi \times 3.52^3$
第一步:理解有效数字运算法则
有效数字运算法则中,乘法和乘方的规则是:
> 在乘、除、乘方运算中,结果的有效数字位数应与参与运算的数中有效数字位数最少的相同。
我们来看各个数的有效数字位数:
- $\frac{4}{3}$:这是一个精确常数(来自公式),不参与有效数字限制,视为无限精确。
- $\pi$:也是一个数学常数,通常取足够多位(如3.1416),不作为限制因素。
- $3.52$:这个数有 3 位有效数字(3、5、2)。
所以,最终结果应该保留 3 位有效数字。
第二步:计算 $3.52^3$
先算 $3.52^3$:
$3.52^3 = 3.52 \times 3.52 \times 3.52$
先算前两个:
$3.52 \times 3.52 = 12.3904$
再乘以 3.52:
$12.3904 \times 3.52$
我们来计算:
$12.3904 \times 3.52 = ?$
可以拆解为:
$12.3904 \times 3.52 = 12.3904 \times (3 + 0.5 + 0.02) = 12.3904 \times 3 + 12.3904 \times 0.5 + 12.3904 \times 0.02$
计算:
- $12.3904 \times 3 = 37.1712$
- $12.3904 \times 0.5 = 6.1952$
- $12.3904 \times 0.02 = 0.247808$
相加:
$37.1712 + 6.1952 = 43.3664 \\ 43.3664 + 0.247808 = 43.614208$
所以:
$3.52^3 = 43.614208$
(注意:虽然这个中间结果有很多位,但我们记住,原始数据是3位有效数字,最终结果要四舍五入到3位有效数字。)
第三步:乘以 $\frac{4}{3}\pi$
我们计算:
$V = \frac{4}{3} \pi \times 43.614208$
先算 $\frac{4}{3} \pi$,取 $\pi \approx 3.1416$(足够精确)
$\frac{4}{3} \times 3.1416 = \frac{4 \times 3.1416}{3} = \frac{12.5664}{3} = 4.1888$
然后乘以 $43.614208$:
$4.1888 \times 43.614208$
我们来计算这个乘积:
先近似计算:
可以使用计算器思维或分步计算:
$4.1888 \times 43.614208 \approx ?$
我们可以用近似计算:
先粗略估算:$4.19 \times 43.6 \approx ?$
- $4 \times 43.6 = 174.4$
- $0.19 \times 43.6 = 8.284$
- 合计 ≈ $174.4 + 8.284 = 182.684$
所以大约在 182.7 左右。
现在我们精确一点计算:
使用:
$4.1888 \times 43.614208$
为了准确,我们可以直接计算(或用近似):
用计算器方式(我们模拟):
$4.1888 \times 43.614208 \approx 182.67$
更精确计算(保留更多位):
实际上,精确值为:
$\frac{4}{3} \pi \times 3.52^3 \approx \frac{4}{3} \times 3.1415926535 \times 43.614208$
先算 $\frac{4}{3} \times \pi \approx 4.1887902$
然后:
$4.1887902 \times 43.614208 \approx ?$
计算:
$4.1887902 \times 43.614208 \approx 182.673$
所以体积约为:
$V \approx 182.673$
第四步:根据有效数字规则进行修约
原始数据是 $3.52$,有 3 位有效数字,所以最终结果应保留 3 位有效数字。
182.673 有6位数字,我们要保留3位有效数字。
从第一个非零数字开始数:
- $1$(第1位)
- $8$(第2位)
- $2$(第3位)
所以前三位是 182,但我们要看第四位是否大于等于5来决定是否进位。
182.673 的第三位是 2,第四位是 6(>5),所以:
$183$
但注意:183 是三位有效数字,表示 $1.83 \times 10^2$
所以最终结果应为:
$\boxed{183}$
(单位如果是 cm³ 等,题目未给,我们只写数值)
✅ 最终答案:
$\boxed{183}$
(根据有效数字运算法则,保留3位有效数字)
解析
考查要点:本题主要考查有效数字运算法则在乘法和乘方运算中的应用,以及球体体积公式的计算。
解题核心思路:
- 确定有效数字位数:根据有效数字规则,结果的有效数字位数由参与运算的数中有效数字位数最少的数决定。
- 分步计算:先计算立方部分,再与$\frac{4}{3}\pi$相乘,最后根据有效数字规则对结果进行修约。
破题关键点:
- 识别有效数字限制:$\frac{4}{3}$和$\pi$是精确常数,不参与有效数字限制;$3.52$有3位有效数字,因此最终结果需保留3位有效数字。
- 中间过程保留足够精度:计算过程中保留足够多的小数位,避免过早四舍五入导致误差累积。
步骤1:确定有效数字位数
- $\frac{4}{3}$和$\pi$是精确常数,不参与有效数字限制。
- $3.52$有3位有效数字,因此最终结果需保留3位有效数字。
步骤2:计算$3.52^3$
- 计算前两步:
$3.52 \times 3.52 = 12.3904$ - 再乘以3.52:
$12.3904 \times 3.52 = 43.614208$
步骤3:计算$\frac{4}{3}\pi \times 43.614208$
- 计算$\frac{4}{3}\pi$:
$\frac{4}{3} \times 3.1416 \approx 4.1888$ - 与中间结果相乘:
$4.1888 \times 43.614208 \approx 182.673$
步骤4:修约至3位有效数字
- 原数$182.673$的前三位有效数字为$182$,第四位$6 \geq 5$,需进位:
$182.673 \approx 183$