题目
一个直径 d=(19.721pm0.005),mathrm(mm),高 h=(34.36pm0.03),mathrm(mm),质量 M=(90.54pm0.06),mathrm(g) 的圆柱,试导出其密度的相对不确定度表达式,并计算密度的实验结果、合成标准不确定度并结果表示。
一个直径 $d=(19.721\pm0.005)\,\mathrm{mm}$,高 $h=(34.36\pm0.03)\,\mathrm{mm}$,质量 $M=(90.54\pm0.06)\,\mathrm{g}$ 的圆柱,试导出其密度的相对不确定度表达式,并计算密度的实验结果、合成标准不确定度并结果表示。
题目解答
答案
根据公式 $ \rho = \frac{4M}{\pi d^2 h} $,将 $ M = 90.54 \, \text{g} $、$ d = 19.721 \, \text{mm} $、$ h = 34.36 \, \text{mm} $ 转换为 $ \text{kg} $ 和 $ \text{m} $:
\[
\rho = \frac{4 \times 0.09054}{\pi \times (0.019721)^2 \times 0.03436} \approx 8620 \, \text{kg/m}^3
\]
相对不确定度为:
\[
\frac{\Delta \rho}{\rho} = \sqrt{\left( \frac{0.06}{90.54} \right)^2 + \left( 2 \times \frac{0.005}{19.721} \right)^2 + \left( \frac{0.03}{34.36} \right)^2} \approx 0.12\%
\]
绝对不确定度为:
\[
\Delta \rho = 0.12\% \times 8620 \approx 10 \, \text{kg/m}^3
\]
最终结果:
\[
\rho = (8620 \pm 10) \, \text{kg/m}^3
\]
或
\[
\rho = (8.62 \pm 0.01) \, \text{g/cm}^3
\]
相对不确定度 $ E_\rho = 0.12\% $。