将一个固体加热后,放置在房间内的容器中冷却。在时间为 tt 小时时,其温度与周围室温的温差为 T∘CT^\circ\text{C}。下表显示了记录的一些 tt 和 TT 的值。 变量 tt 和 TT 通过方程 T=aebtT = a e^{b t} 相关联,其中 aa 和 bb 为常数。

  1. (a)

    在对面的网格纸上,画出 ln⁡T\ln T 关于 tt 的直线图。

  2. (b)

    利用你的图表估算 aa 和 bb 的值。

  3. (c)

    参考 (a),解释为什么 TT 的值不能为零。

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完整解法

8(a)

1. Calculate the values of $\ln T$ corresponding to each given value of $t$.

Taking the natural logarithm of the given TT values (to 2 decimal places):

tt510152225
ln⁡T\ln T2.712.131.650.990.47

2. Choose suitable scales, plot the points $(t, \ln T)$ on the grid, and draw the line of best fit.

  1. Set the horizontal axis for tt from 00 to 2525 (or 3030).
  2. Set the vertical axis for ln⁡T\ln T from 00 to 3.03.0.
  3. Plot the points (5,2.71)(5, 2.71), (10,2.13)(10, 2.13), (15,1.65)(15, 1.65), (22,0.99)(22, 0.99), and (25,0.47)(25, 0.47).
  4. Draw a straight line of best fit passing through these points.
答案

A straight line graph of ln⁡T\ln T against tt is drawn on the provided grid, passing through the plotted points.

8(b)

1. Express the given equation in linear form

T=aebtT = a e^{bt}
Taking the natural logarithm on both sides:
ln⁡T=ln⁡(aebt)\ln T = \ln(a e^{bt})
ln⁡T=bt+ln⁡a\ln T = bt + \ln a
This is in the form Y=mX+cY = mX + c, where Y=ln⁡TY = \ln T, X=tX = t, gradient m=bm = b, and YY-intercept c=ln⁡ac = \ln a.

2. Calculate the gradient to find $b$

Using the points (5,ln⁡15.1)(5, \ln 15.1) and (25,ln⁡1.6)(25, \ln 1.6) from the line of best fit:
b=ln⁡1.6−ln⁡15.125−5b = \frac{\ln 1.6 - \ln 15.1}{25 - 5}
b=0.4700−2.714720b = \frac{0.4700 - 2.7147}{20}
b≈−0.112b \approx -0.112

3. Find the $Y$-intercept to calculate $a$

Substitute t=5t = 5, ln⁡T=2.7147\ln T = 2.7147, and b=−0.1122b = -0.1122 into the linear equation:
2.7147=−0.1122(5)+ln⁡a2.7147 = -0.1122(5) + \ln a
ln⁡a=2.7147+0.5610=3.2757\ln a = 2.7147 + 0.5610 = 3.2757
a=e3.2757≈26.5a = e^{3.2757} \approx 26.5

答案

a≈26.5a \approx 26.5, b≈−0.112b \approx -0.112

8(c)

1. Explain why $T$ cannot be zero with reference to the graph of $\ln T$

The graph in (a) plots ln⁡T\ln T against tt. If T=0T = 0, we would need to evaluate ln⁡0\ln 0, which is undefined.

答案

If T=0T = 0, ln⁡T\ln T becomes ln⁡0\ln 0 which is undefined.

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