Вопрос:

Школьник решил определить массу одной конфеты карамель и взял для этого 24 конфет без обёрток, рычажные весы и набор гирек. Оказалось, что в наборе были гирьки только по 5 г и по 10 г. Школьник провёл несколько опытов и выяснил, что если на одну чашу весов положить 5 конфет, то они перевешивают набор гирь массой 20 г, но легче, чем набор гирь массой 25 г. Если положить на чашу весов 12 конфет, то они легче, чем набор гирь массой 60 г, но тяжелее, чем набор гирь массой 55 г. А если положить 24 конфеты, то они тяжелее 115 г, но легче 120 г.

Ответ:

Решение:

А. Определение границ массы одной конфеты по результатам трёх экспериментов.

Эксперимент 1: 5 конфет

5 конфет > 20 г

5 конфет < 25 г

Масса 5 конфет находится в диапазоне (20 г; 25 г).

Масса одной конфеты: \( m_1 \).

\( 20 \text{ г} < 5 m_1 < 25 \text{ г} \)

\( \frac{20}{5} \text{ г} < m_1 < \frac{25}{5} \text{ г} \)

\( 4 \text{ г} < m_1 < 5 \text{ г} \)

Эксперимент 2: 12 конфет

12 конфет < 60 г

12 конфет > 55 г

Масса 12 конфет находится в диапазоне (55 г; 60 г).

Масса одной конфеты: \( m_2 \).

\( 55 \text{ г} < 12 m_2 < 60 \text{ г} \)

\( \frac{55}{12} \text{ г} < m_2 < \frac{60}{12} \text{ г} \)

\( 4.583... \text{ г} < m_2 < 5 \text{ г} \)

Округляем до десятых: \( 4.6 \text{ г} < m_2 < 5.0 \text{ г} \)

Эксперимент 3: 24 конфеты

24 конфеты > 115 г

24 конфеты < 120 г

Масса 24 конфет находится в диапазоне (115 г; 120 г).

Масса одной конфеты: \( m_3 \).

\( 115 \text{ г} < 24 m_3 < 120 \text{ г} \)

\( \frac{115}{24} \text{ г} < m_3 < \frac{120}{24} \text{ г} \)

\( 4.791... \text{ г} < m_3 < 5 \text{ г} \)

Округляем до десятых: \( 4.8 \text{ г} < m_3 < 5.0 \text{ г} \)

Ответ А: Границы массы одной конфеты: (4 г; 5 г) по первому эксперименту, (4.6 г; 5.0 г) по второму эксперименту, (4.8 г; 5.0 г) по третьему эксперименту.

Б. Оценка точности определения массы одной конфеты.

Точность определения массы будет выше там, где диапазон возможных значений массы меньше.

В первом эксперименте диапазон составляет \( 5 \text{ г} - 4 \text{ г} = 1 \text{ г} \).

Во втором эксперименте диапазон составляет \( 5.0 \text{ г} - 4.6 \text{ г} = 0.4 \text{ г} \).

В третьем эксперименте диапазон составляет \( 5.0 \text{ г} - 4.8 \text{ г} = 0.2 \text{ г} \).

Наименьший диапазон в третьем эксперименте (0.2 г).

Ответ Б: Точность определения массы будет выше в третьем эксперименте.

В. Расчёт объёма одной конфеты и его погрешности.

Воспользуемся результатами третьего эксперимента, так как он даёт наибольшую точность.

Средняя масса одной конфеты: \( m_{ср} = \frac{115 + 120}{2} \text{ г} = \frac{235}{2} \text{ г} = 117.5 \text{ г} \) для 24 конфет. Отсюда масса одной конфеты \( m = \frac{117.5}{24} \text{ г} \).

\( m \approx 4.8958 \text{ г} \). Округлим до сотых: \( m \approx 4.90 \text{ г} \).

Средняя плотность конфеты: \( \rho = 1.2 \text{ г/см}^3 \).

Объём одной конфеты: \( V = \frac{m}{\rho} \).

\[ V = \frac{4.90 \text{ г}}{1.2 \text{ г/см}^3} \approx 4.0833... \text{ см}^3 \]

Округляем объём до сотых: \( V \approx 4.08 \text{ см}^3 \).

Теперь рассчитаем погрешность объёма. Для этого нам нужен диапазон возможных значений массы одной конфеты из третьего эксперимента, выраженный в граммах и округлённый до сотых.

Нижняя граница массы: \( \frac{115}{24} \text{ г} \approx 4.7916... \text{ г} \approx 4.79 \text{ г} \).

Верхняя граница массы: \( \frac{120}{24} \text{ г} = 5 \text{ г} = 5.00 \text{ г} \).

Диапазон массы: \( 5.00 \text{ г} - 4.79 \text{ г} = 0.21 \text{ г} \).

Теперь найдём диапазон объёма, используя тот же алгоритм:

Минимальный объём: \( V_{min} = \frac{m_{min}}{\rho} = \frac{4.79 \text{ г}}{1.2 \text{ г/см}^3} \approx 3.9916... \text{ см}^3 \approx 3.99 \text{ см}^3 \).

Максимальный объём: \( V_{max} = \frac{m_{max}}{\rho} = \frac{5.00 \text{ г}}{1.2 \text{ г/см}^3} \approx 4.1666... \text{ см}^3 \approx 4.17 \text{ см}^3 \).

Диапазон объёма: \( V_{max} - V_{min} \approx 4.17 \text{ см}^3 - 3.99 \text{ см}^3 = 0.18 \text{ см}^3 \).

Погрешность объёма (половина диапазона): \( \Delta V = \frac{0.18}{2} \text{ см}^3 = 0.09 \text{ см}^3 \).

Значение объёма с учётом погрешности: \( V = 4.08 \pm 0.09 \text{ см}^3 \).

Ответ В: Объём одной конфеты составляет примерно 4.08 см³, погрешность объёма — 0.09 см³.