學習方法 – 108課綱物理新增章節 – 不確定度

各位剛升上高二的同學們!
如果有選修物理力學的,應該遇到”不確定度”這個章節了吧!
這是一個108課綱才放進去的概念,那麼跟我們國中學的測量值有什麼不同呢?

相信大家還有印象,國中所學的測量值,是根據儀器的最小刻度量出精確值以外,再往後增加一位的估計值。舉例來說,拿一把最小刻度1cm的尺來量測一隻鉛筆,筆尖剛好在第十格處,我們就會把測量值寫作10.0cm。

但是來到高中,同學們對於實驗科學的態度得更進階、更嚴謹。
請大家先記住一句話,凡是測量,必有誤差
以剛剛的例子來說,如果請其他同學來量測,筆尖還是剛好是在10cm處嗎?或者你用的尺真的準確到每一格都是1cm嗎?

好,如果測量必定有誤差,那代表你永遠不知道那支鉛筆的真實長度(一般稱作真值);而你不知道那隻鉛筆長度的真實長度,測量出來的結果跟真值的差距有多少,不就也不會知道嗎?

上面那段話如果覺得頭昏腦脹,那我們直接往下看重點。
既然我們知道測量必定有誤差,代表測量結果不能被肯定為真值
但是我們總可以對這個測量結果的確信程度打分數吧!?
這就是所謂的不確定度
如果不確定度越低,那就代表這個測量結果是越可信的。

國際標準化組織對於不確定度有A、B兩種分類。

A類不確定度

如果是採取統計分析這樣的方式來測量,就歸類為A類不確定度
假設今天採取甲乙兩組,每位成員量一枝鉛筆長度來取平均。

甲組五位同學,五個數據
9.6 , 10.2 , 10.4 , 9.7 , 10.3
平均10.07。

乙組三位同學,三個數據
15.4 , 8.4 , 5.8
平均 9.87。

可見乙組量出來的數據不僅樣本少,標準差還很大。
同學們有沒有覺得乙組量出來的數據比較不可信,不確定度比較高呢?

B類不確定度

B類不確定度是針對不是第一手資料而帶來的可信度差異,比如說從別人告知或其他資料得到的測量值,或者是估讀儀器數據由機器告訴你的測量值,這些方式當然都存在不確定度。舉例來說像同學們量體重,螢幕顯示的值是60kgw,但有沒有可能儀器將落在59.5到60.4之間其中的任意數都顯示為60kgw呢?既然測量值不可肯定,不確定度的概念是不是就顯現而出了?

這個章節內其實還有搭配著一些統計學的公式要計算,但老師還是認為同學們先弄懂概念跟原因,才能事半功倍,不管題型怎麼變化都能得心應手。