練習:解讀地震規模等對數尺度

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共 18 題,分六組,每組 3 題。所有情境都是教學假設,數字為假想;每一題都把所用的公式和 c 寫在題目裡,請以題目為準。不需要計算機或對數表,每一題的倍數與尺度差都能化成整數次方。

怎麼用:先自己做,做完再核對。卡住時,提示一層一層打開:L1、L2 只指方向,L3 說出方法,L4 幾乎完整,L5 是完整解答。用到 L3 以上才做對的題目,只算練習,還不算獨立完成;隔一段時間後,請不看提示重做原題。每題最後的「常見錯法與補救」可以做完再看。

診斷:先看看你現在會多少

第 1 題診斷

(假想的教學情境,數字為假想。)某簡化模型使用公式:規模 M = log₁₀(A/A₀),其中 A 是地震儀記錄到的最大振幅,A₀ 是固定的基準振幅,c = 1(教學簡化版,不含距離修正)。甲地震的規模是 1.8,乙地震的規模是 8.8。乙地震的最大振幅是甲地震的幾倍?

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

題目問的是「振幅」的倍數,不是規模數字的倍數。先想一想:規模和振幅之間,隔著哪一種運算?

L2 方向

兩個地震用的是同一個公式。把兩個規模相減,公式裡固定不變的基準振幅 A₀ 會怎麼樣?

L3 方法

方法:M乙 − M甲 = c·log₁₀(A乙/A甲)(用商的對數律,A₀ 約掉)。先求規模差,再除以 c 得到 log₁₀(倍數),最後把對數式改寫成 10 的次方。

L4 近乎完整

規模差 = 8.8 − 1.8 = 7,c = 1,所以 log₁₀(A乙/A甲) = 7 ÷ 1。接下來請自己把這個對數式改寫成 10 的次方、算出倍數,並用「c × 指數」代回檢查是否等於規模差。

L5 完整解答

尺度值:M乙 = 8.8,M甲 = 1.8。
差:ΔM = M乙 − M甲 = 7。
關係:ΔM = c·log₁₀(A乙/A甲),c = 1,所以 log₁₀(A乙/A甲) = 7 ÷ 1 = 7。
倍數:A乙/A甲 = 107(10,000,000,一千萬)。
解讀:乙地震的最大振幅是甲地震的一千萬倍,不是多 7、也不是 7 倍。檢查:c·log₁₀(107) = 1 × 7 = 7,等於規模差。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:尺度公式與每個字母、為什麼可以先相減、尺度差不是原量的差

第 2 題診斷

(假想的教學情境,數字為假想。)另一個簡化模型使用公式:規模 M = (2/3)·log₁₀(E/E₀),其中 E 是釋放的能量,E₀ 是固定的基準能量,c = 2/3(教學簡化版)。丙地震的規模是 3.5,丁地震的規模是 9.5。丁地震釋放的能量是丙地震的幾倍?

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

先看這一題的公式,跟上一題比一比:哪裡不一樣了?這個不一樣的地方會影響哪一步?

L2 方向

規模差仍然先求。想一想:係數 c 是把「log 值」乘上去變成規模差的,要從規模差回到 log 值,該乘還是該除?

L3 方法

方法:ΔM = c·log₁₀(E丁/E丙),所以 log₁₀(E丁/E丙) = ΔM ÷ c。除以分數時,改成乘它的倒數。

L4 近乎完整

規模差 = 9.5 − 3.5 = 6,c = 2/3,所以 log₁₀(E丁/E丙) = 6 ÷ (2/3) = 6 × (3/2)。請自己算出這個指數,再改寫成 10 的次方並代回檢查。

L5 完整解答

尺度值:M丁 = 9.5,M丙 = 3.5。
差:ΔM = 6。
關係:ΔM = (2/3)·log₁₀(E丁/E丙),所以 log₁₀(E丁/E丙) = 6 ÷ (2/3) = 9。
倍數:E丁/E丙 = 109(1,000,000,000,十億)。
解讀:丁地震釋放的能量是丙地震的十億倍。檢查:(2/3) × 9 = 6,等於規模差。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:尺度公式與每個字母、兩個方向的換算、c 不同,倍數就不同

第 3 題診斷

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:強度級 L = 10·log₁₀(I/I₀)(單位 dB),其中 I 是聲音強度,I₀ 是固定的基準強度,c = 10。聲音 B 的強度是聲音 A 的 109 倍(十億倍)。聲音 B 的強度級比聲音 A 高幾 dB?

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

這一題的方向跟前兩題相反:已知的是「倍數」,要求的是「尺度差」。先想:倍數要先經過哪一個運算,才能變成可以乘 c 的數?

L2 方向

10 的幾次方取 log₁₀,就剩下那個次方。先把倍數的 log₁₀ 寫出來。

L3 方法

方法:ΔL = c·log₁₀(I_B/I_A)。先算 log₁₀(倍數),再乘 c。

L4 近乎完整

log₁₀(10 的 9 次方) = 9,c = 10。最後一步是把這兩個數相乘,並寫上單位 dB。

L5 完整解答

尺度值:題目只給倍數,不給兩個讀數。
關係:ΔL = c·log₁₀(I_B/I_A) = 10 × log₁₀(109) = 10 × 9。
差:ΔL = 90 dB。
解讀:B 比 A 高 90 dB;強度的倍數是十億倍,而不是 90 倍。檢查:90 ÷ 10 = 9,109 正好還原。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「倍數 → 取 log₁₀ → × c → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:兩個方向的換算、c 不同,倍數就不同

練習一:由尺度差求原量的倍數

第 4 題練習一

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:規模 M = log₁₀(A/A₀),其中 A 是地震儀記錄到的最大振幅,A₀ 是固定的基準振幅,c = 1(教學簡化版,不含距離修正)。一次大地震的規模是 9.1,另一次微小地震的規模是 1.1。微小地震的最大振幅是大地震的幾倍?

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

先決定誰是「分子」:題目問的是「微小地震的振幅 ÷ 大地震的振幅」。規模差的相減順序要跟這個順序一致。

L2 方向

規模差 = 後者減前者。這一題的倍數是微小地震比大地震,所以微小地震的規模寫在被減數。

L3 方法

方法:ΔM = M微 − M大 = c·log₁₀(A微/A大)。差可以是負數,負的 log 值代表倍數小於 1。

L4 近乎完整

ΔM = 1.1 − 9.1 = −8,c = 1,所以 log₁₀(A微/A大) = −8。請自己寫出 10 的負次方,再改成分數。

L5 完整解答

尺度值:M微 = 1.1,M大 = 9.1。
差:ΔM = 1.1 − 9.1 = −8。
關係:log₁₀(A微/A大) = −8 ÷ 1 = −8。
倍數:A微/A大 = 10−8(1/100,000,000,一億分之一)。
解讀:微小地震的振幅只有大地震的一億分之一(倍數小於 1,但仍是正數)。檢查:1 × (−8) = −8。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:為什麼可以先相減、順序與正負、尺度差不是原量的差

第 5 題練習一

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:規模 M = (2/3)·log₁₀(E/E₀),其中 E 是釋放的能量,E₀ 是固定的基準能量,c = 2/3(教學簡化版)。甲地震的規模是 1.6,乙地震的規模是 9.6。乙地震釋放的能量是甲地震的幾倍?

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

題目給的是兩個規模讀數,要的是能量的倍數。先想:要用哪個公式把規模和能量接起來?c 是多少?

L2 方向

先求規模差,再想:c = 2/3 要用在「乘」還是「除」?

L3 方法

方法:ΔM = c·log₁₀(E乙/E甲),所以 log₁₀(E乙/E甲) = ΔM ÷ (2/3)。

L4 近乎完整

ΔM = 9.6 − 1.6 = 8。8 ÷ (2/3) = 8 × (3/2),請算出這個指數,再改寫成 10 的次方。

L5 完整解答

尺度值:M乙 = 9.6,M甲 = 1.6。
差:ΔM = 8。
關係:log₁₀(E乙/E甲) = 8 ÷ (2/3) = 12。
倍數:E乙/E甲 = 1012(1,000,000,000,000,一兆)。
解讀:乙地震釋放的能量是甲地震的一兆倍。檢查:(2/3) × 12 = 8。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:c 不同,倍數就不同、兩個方向的換算、尺度差不是原量的差

第 6 題練習一

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:聲壓級 L = 20·log₁₀(p/p₀)(單位 dB),其中 p 是聲壓,p₀ 是固定的基準聲壓,c = 20。近處的雷聲約 120 dB,耳語約 20 dB(皆為假想的近似值)。雷聲的聲壓是耳語聲壓的幾倍?

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

題目給的是兩個 dB 讀數,要的是聲壓的倍數。先找出這一題的公式與 c。

L2 方向

這一題的 c 不是 10。想一想:先求 dB 差,再除以哪一個數?

L3 方法

方法:ΔL = c·log₁₀(p雷/p耳),所以 log₁₀(p雷/p耳) = ΔL ÷ 20。

L4 近乎完整

ΔL = 120 − 20 = 100 dB。100 ÷ 20 就是 log₁₀ 的值,請算出來,再改寫成 10 的次方。

L5 完整解答

尺度值:L雷 = 120 dB,L耳 = 20 dB。
差:ΔL = 100 dB。
關係:log₁₀(p雷/p耳) = 100 ÷ 20 = 5。
倍數:p雷/p耳 = 105(100,000,十萬)。
解讀:雷聲的聲壓是耳語的十萬倍。檢查:20 × 5 = 100。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:尺度公式與每個字母、c 不同,倍數就不同、兩個方向的換算

練習二:由倍數求尺度差

第 7 題練習二

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:規模 M = log₁₀(A/A₀),其中 A 是地震儀記錄到的最大振幅,A₀ 是固定的基準振幅,c = 1(教學簡化版,不含距離修正)。乙地震的最大振幅是甲地震的 100000 倍(十萬倍)。乙地震的規模比甲地震大幾?

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

已知倍數,要求規模差。先想:倍數要經過什麼運算,才能變成規模差?

L2 方向

100000 可以寫成 10 的幾次方?把這個次方找出來。

L3 方法

方法:ΔM = c·log₁₀(A乙/A甲)。把 100000 寫成 10 的次方(1 後面有幾個 0,指數就是那個個數),取 log₁₀ 就得到那個次方。

L4 近乎完整

先寫出 log₁₀(100000) 的值,再乘上 c = 1,最後用一句話說出規模差的意思(誰比誰大多少)。

L5 完整解答

關係:ΔM = c·log₁₀(A乙/A甲) = 1 × log₁₀(100000)。
log 值:100000 = 105,所以 log₁₀(100000) = 5。
差:ΔM = 1 × 5 = 5。
解讀:乙地震的規模比甲地震大 5(不是 100000)。檢查:5 ÷ 1 = 5,105 = 100000。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「倍數 → 取 log₁₀ → × c → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:兩個方向的換算、尺度差不是原量的差

第 8 題練習二

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:規模 M = (2/3)·log₁₀(E/E₀),其中 E 是釋放的能量,E₀ 是固定的基準能量,c = 2/3(教學簡化版)。丙地震釋放的能量是丁地震的 106 倍(一百萬倍)。丙地震的規模比丁地震大幾?

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

已知能量的倍數,要求規模差。先找出這一題的 c。

L2 方向

倍數先取 log₁₀,得到 10 的次方。再想:c 要乘還是除?

L3 方法

方法:ΔM = c·log₁₀(E丙/E丁)。先算 log₁₀ 的值,再乘 c = 2/3。

L4 近乎完整

log₁₀(10 的 6 次方) = 6。最後一步:6 × (2/3)。

L5 完整解答

關係:ΔM = (2/3)·log₁₀(E丙/E丁) = (2/3) × log₁₀(106) = (2/3) × 6。
差:ΔM = 4。
解讀:丙地震的規模比丁地震大 4。檢查:4 ÷ (2/3) = 6,還原得 106。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「倍數 → 取 log₁₀ → × c → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:c 不同,倍數就不同、兩個方向的換算

第 9 題練習二

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:強度級 L = 10·log₁₀(I/I₀)(單位 dB),其中 I 是聲音強度,I₀ 是固定的基準強度,c = 10。某處的聲音強度變成原來的十萬分之一(10−5 倍)。這處的強度級改變了幾 dB?(請用正負號表示增加或減少。)

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

已知的是強度的倍數(這次小於 1),要求的是強度級的改變量。先想:倍數要先經過哪一個運算,才能乘 c?

L2 方向

倍數已經寫成 10 的次方,取 log₁₀ 就剩下那個次方。想一想:倍數小於 1 的時候,log₁₀ 的值是正的還是負的?

L3 方法

方法:ΔL = c·log₁₀(倍數)。先算 log₁₀(倍數),再乘 c = 10,最後依正負號說明強度級是上升還是下降。

L4 近乎完整

log₁₀(10−5) = −5,c = 10。最後一步是把這兩個數相乘,寫上單位 dB 和正負號,並用一句話說出強度級是上升還是下降。

L5 完整解答

關係:ΔL = c·log₁₀(倍數) = 10 × log₁₀(10−5)。
log 值:log₁₀(10−5) = −5。
差:ΔL = 10 × (−5) = −50 dB。
解讀:強度變成十萬分之一,強度級下降 50 dB(負號代表減少),不是減少 5 dB,也不是減少 100000 dB。檢查:−50 ÷ 10 = −5,10−5 正好是十萬分之一。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「倍數 → 取 log₁₀ → × c → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:兩個方向的換算、順序與正負

補救一:別把尺度差當成原量的差

第 10 題補救一

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:規模 M = log₁₀(A/A₀),其中 A 是地震儀記錄到的最大振幅,A₀ 是固定的基準振幅,c = 1(教學簡化版,不含距離修正)。甲地震規模 2.0,乙地震規模 8.0。兩位同學各寫了一種算法(假想的作答):
同學一:「8.0 − 2.0 = 6,所以乙的最大振幅比甲大 6 倍。」
同學二:「8.0 ÷ 2.0 = 4,所以乙的最大振幅是甲的 4 倍。」
請說明兩位同學各自錯在哪裡,並求乙的最大振幅實際上是甲的幾倍。

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

兩位同學都直接拿規模數字去算(一個相減、一個相除)。先問自己:規模 8.0 這個數字,代表的是振幅本身,還是振幅經過某個運算後的結果?

L2 方向

公式是 M = log₁₀(A/A₀)。規模是「log」,振幅在 log 裡面。對 log 的值相減,代表的是裡面的什麼?

L3 方法

方法:把兩個規模相減,用商的對數律,得 M乙 − M甲 = c·log₁₀(A乙/A甲)。所以「相減」得到的是 log 值,不是振幅本身。

L4 近乎完整

M乙 − M甲 = 8 − 2 = 6,c = 1,所以 log₁₀(A乙/A甲) = 6。請自己還原成倍數,再回頭說明兩位同學的 6 與 4 各是什麼。

L5 完整解答

差:ΔM = 6,log₁₀(A乙/A甲) = 6 ÷ 1 = 6,所以 A乙/A甲 = 106(1,000,000,一百萬)。
同學一錯在:把 6 當成「振幅的倍數」,但 6 是 log 值(10 的幾次方),不是倍數。
同學二錯在:把兩個 log 讀數相除;log 讀數的比值沒有任何意義,因為正確的比較是「讀數相減得 log 值,再還原」。
結論:乙的最大振幅是甲的一百萬倍。檢查:1 × 6 = 6 = 規模差。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:尺度差不是原量的差、為什麼可以先相減

第 11 題補救一

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:強度級 L = 10·log₁₀(I/I₀)(單位 dB),其中 I 是聲音強度,I₀ 是固定的基準強度,c = 10。施工中的工地約 105 dB,圖書館約 25 dB(皆為假想近似值)。兩位同學各寫了一種算法(假想的作答):
同學一:「105 − 25 = 80,所以工地的強度比圖書館多 80 個單位。」
同學二:「105 ÷ 25 = 4.2,所以工地的強度是圖書館的 4.2 倍。」
請說明兩位同學各自錯在哪裡,並求工地的聲音強度是圖書館的幾倍。

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

兩位同學都直接拿 dB 數字去算。先想:dB 是強度的本身,還是強度經過運算後的讀數?

L2 方向

L = 10·log₁₀(I/I₀)。dB 的讀數相減,得到的是 log 的哪一部分?

L3 方法

方法:L工 − L圖 = c·log₁₀(I工/I圖),所以 log₁₀(I工/I圖) = (L工 − L圖) ÷ c。dB 差不是強度差,也不是強度的倍數。

L4 近乎完整

L工 − L圖 = 105 − 25 = 80 dB,c = 10,所以 log₁₀(I工/I圖) = 80 ÷ 10。請自己還原成倍數,再回頭說明 80 與 4.2 各是什麼。

L5 完整解答

差:ΔL = 80 dB。
關係:log₁₀(I工/I圖) = 80 ÷ 10 = 8。
倍數:I工/I圖 = 108(100,000,000,一億)。
同學一錯在:把 dB 差 80 當成強度的差;dB 差要先除以 c 再當 10 的指數。
同學二錯在:把兩個 dB 讀數相除;dB 讀數的比值沒有意義。
結論:工地的聲音強度是圖書館的一億倍。檢查:10 × 8 = 80。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:尺度差不是原量的差、c 不同,倍數就不同

第 12 題補救一

(假想的教學情境,數字為假想。)某虛構的「水質濁度指數」定義為 S = 5·log₁₀(Q/Q₀)(c = 5),Q 是水中懸浮物的量,Q₀ 是固定的基準量。週一讀數 8,週五讀數 58。兩位同學各寫了一種算法(假想的作答):
同學一:「58 − 8 = 50,所以週五的量比週一多 50 倍。」
同學二:「58 ÷ 8 = 7.25,所以週五的量是週一的 7.25 倍。」
請說明兩位同學各自錯在哪裡,並求週五的量是週一的幾倍。

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

兩位同學都直接拿濁度指數的讀數去算。先找出這個量表的 c,再想:讀數相減得到的是什麼?

L2 方向

S 是 log 乘上 c。讀數相減之後,還要除以什麼,才得到 log 值?

L3 方法

方法:S週五 − S週一 = c·log₁₀(Q週五/Q週一),所以 log₁₀(Q週五/Q週一) = 讀數差 ÷ 5。

L4 近乎完整

讀數差 = 58 − 8 = 50,c = 5,所以 log₁₀(Q週五/Q週一) = 50 ÷ 5。請自己還原成倍數,再回頭說明 50 與 7.25 各是什麼。

L5 完整解答

差:ΔS = 50。
關係:log₁₀(Q週五/Q週一) = 50 ÷ 5 = 10。
倍數:Q週五/Q週一 = 1010(10,000,000,000,百億)。
同學一錯在:把讀數差當成倍數;讀數差要先除以 c 再當 10 的指數。
同學二錯在:把兩個讀數相除;讀數的比值沒有意義。
結論:週五的量是週一的一百億倍。檢查:5 × 10 = 50。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:尺度差不是原量的差、c 不同,倍數就不同

補救二:c、順序與正負

第 13 題補救二

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:強度級 L = 10·log₁₀(I/I₀)(單位 dB),其中 I 是聲音強度,I₀ 是固定的基準強度,c = 10。吸塵器運轉時某處是 85 dB,關掉後降到 25 dB。某同學的算法(假想的作答):
「ΔL = 25 − 85 = −60,所以關掉後的強度是原來的 10−60 倍。」
請指出這個算法漏了哪一步,並求關掉後的強度是運轉時的幾倍。

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

同學的減法本身沒有算錯。往下一步檢查:ΔL 已經是 log₁₀(倍數) 了嗎?

L2 方向

L 的公式前面有一個係數 c。從 ΔL 回到 log₁₀(倍數),要怎麼處理 c?

L3 方法

方法:ΔL = c·log₁₀(I關/I開),所以 log₁₀(I關/I開) = ΔL ÷ c,再改寫成 10 的次方。

L4 近乎完整

ΔL = −60 dB,c = 10,所以 log₁₀(I關/I開) = −60 ÷ 10。請自己算出指數,再改成分數表示。

L5 完整解答

差:ΔL = 25 − 85 = −60 dB。
關係:log₁₀(I關/I開) = −60 ÷ 10 = −6。
倍數:I關/I開 = 10−6(1/1,000,000,一百萬分之一)。
同學漏了:把 ΔL 直接當成 log 值,沒有先除以 c = 10。
結論:關掉後的強度是運轉時的一百萬分之一。檢查:10 × (−6) = −60。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:c 不同,倍數就不同、順序與正負、兩個方向的換算

第 14 題補救二

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:聲壓級 L = 20·log₁₀(p/p₀)(單位 dB),其中 p 是聲壓,p₀ 是固定的基準聲壓,c = 20。某聲音的聲壓級從 40 dB 升到 120 dB。某同學的算法(假想的作答):
「ΔL = 120 − 40 = 80,c 就是 10,所以 log₁₀(倍數) = 80 ÷ 10 = 8,聲壓是原來的 108 倍。」
請指出這個算法用錯了什麼,並求聲壓實際上變成原來的幾倍。

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

同學的 dB 差沒有算錯。回頭讀題目:題目指定的是哪一種 dB?它的 c 寫在哪裡?

L2 方向

這一題的公式寫在題目裡。把同學式子裡用到的 c,和題目寫的 c 逐一對照。

L3 方法

方法:不同的尺度,c 可能不同;c 以題目寫的為準,不能自己換。log₁₀(倍數) = ΔL ÷ 題目給的 c。

L4 近乎完整

ΔL = 80 dB,題目給的 c = 20,所以 log₁₀(p後/p前) = 80 ÷ 20。請自己算出指數並改成 10 的次方。

L5 完整解答

差:ΔL = 80 dB。
關係:log₁₀(p後/p前) = 80 ÷ 20 = 4。
倍數:p後/p前 = 104(10,000,一萬)。
同學用錯:把 c 當成 10(那是強度級的係數),但題目的聲壓級 c = 20。
結論:聲壓變成原來的一萬倍。檢查:20 × 4 = 80。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:尺度公式與每個字母、c 不同,倍數就不同

第 15 題補救二

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:規模 M = log₁₀(A/A₀),其中 A 是地震儀記錄到的最大振幅,A₀ 是固定的基準振幅,c = 1(教學簡化版,不含距離修正)。甲地震規模 3.6,乙地震規模 7.6。題目問:甲地震的最大振幅是乙地震的幾倍?某同學的算法(假想的作答):
「7.6 − 3.6 = 4,所以倍數是 104。」
請指出這個算法哪裡和題目的問法不合,並求正確的倍數。

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

同學的減法本身沒有算錯。回頭讀題目,看看題目問的倍數是「誰除以誰」。

L2 方向

規模差和倍數是配對的:被減數那一個量,在倍數的分子位置。把同學的減法順序和題目問的倍數對一對。

L3 方法

方法:ΔM = M甲 − M乙 = c·log₁₀(A甲/A乙)。被減數放甲,才跟「甲 ÷ 乙」對得上。

L4 近乎完整

M甲 − M乙 = 3.6 − 7.6 = −4,c = 1,所以 log₁₀(A甲/A乙) = −4。請自己改寫成 10 的次方,並用分數表示。

L5 完整解答

尺度值:M甲 = 3.6,M乙 = 7.6。
差(甲 − 乙):ΔM = −4。
關係:log₁₀(A甲/A乙) = −4 ÷ 1 = −4。
倍數:A甲/A乙 = 10−4(1/10,000,一萬分之一)。
同學的問題:算的是「乙 ÷ 甲」的倍數,與題目問的「甲 ÷ 乙」互為倒數。
結論:甲地震的最大振幅是乙地震的一萬分之一。檢查:1 × (−4) = −4。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:順序與正負、為什麼可以先相減

遷移:換個表示方式、換個情境

第 16 題遷移

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:強度級 L = 10·log₁₀(I/I₀)(單位 dB),其中 I 是聲音強度,I₀ 是固定的基準強度,c = 10。音量計把兩個聲音的讀數標在下圖的分貝軸上:樹葉沙沙聲 10 dB,近距離的大型音響 120 dB(皆為假想的近似值)。圖上相鄰兩個刻度相差 10 dB。
(1) 兩個讀數之間隔了幾格(每格 10 dB)?
(2) 大型音響的聲音強度是樹葉沙沙聲的幾倍?

分貝軸示意圖,標出兩個聲音來源的讀數。
圖不依比例,請依題目給的條件判斷。刻度間隔不等比:分貝軸的刻度等距,但對應的強度並不等距。
提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

(1) 數一數兩個標記之間有幾個「相差 10 dB」的格子。(2) 想一想:圖上每走一格,強度會怎麼變?格數跟指數有什麼關係?

L2 方向

軸上刻度是等距的,但強度並不是等距增加:每走一格,強度都「乘上同一個倍數」。這個倍數由 c 決定。

L3 方法

方法:格數 = dB 差 ÷ 10,也等於 log₁₀(強度倍數),因為 ΔL = 10·log₁₀(倍數)。每格乘 10,走 n 格就是乘 10 的 n 次方。

L4 近乎完整

dB 差 = 120 − 10 = 110 dB。110 ÷ 10 就是格數,也是 log₁₀(倍數)。請自己算出格數,再改寫成 10 的次方。

L5 完整解答

(1) 兩個讀數相差 120 − 10 = 110 dB,每格 10 dB,所以隔了 11 格。
(2) 關係:log₁₀(I音響/I樹葉) = 110 ÷ 10 = 11。倍數:I音響/I樹葉 = 1011(100,000,000,000,千億)。
解讀:每走一格,強度乘 10;走 11 格,就是乘 10 共 11 次,也就是千億倍。(格數是 11,倍數是 10 的 11 次方,兩者不可混為一談。)檢查:10 × 11 = 110。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:兩個方向的換算、尺度差不是原量的差

第 17 題遷移

(假想的教學情境,數字為假想。)使用公式:強度級 L = 10·log₁₀(I/I₀)(單位 dB),其中 I 是聲音強度,I₀ 是固定的基準強度,c = 10。一台機器單獨運轉時,在某處量到 62 dB。假設共有 100 台完全相同的機器同時運轉,各自對該處貢獻相同的強度,而且強度可以直接相加(教學簡化;要相加的是強度,不是 dB 讀數)。100 台同時運轉時,該處的強度級是幾 dB?

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

先想:100 台一起運轉,強度變成單獨一台的幾倍?再想:dB 是強度級,不能把 62 直接乘以台數,也不能直接加上台數。

L2 方向

倍數已知後,這題有一半就是「已知倍數求尺度差」。想一想:算出來的是新的強度級,還是強度級的增加量?

L3 方法

方法:ΔL = 10·log₁₀(倍數),這是強度級的增加量。算出 ΔL 之後,要加回原來的 62 dB。

L4 近乎完整

倍數是 100,log₁₀100 = 2,所以 ΔL = 10 × 2。最後一步是把這個增加量加到 62 dB 上。

L5 完整解答

倍數:100 台各貢獻相同強度,相加後強度是單獨一台的 100 倍。
增加量:ΔL = 10·log₁₀100 = 10 × 2 = 20 dB。
強度級:62 + 20 = 82 dB。
解讀:100 台一起運轉,強度級是 82 dB,只比單獨一台高 20 dB,不是 100 倍的 6200 dB。檢查:20 ÷ 10 = 2,102 = 100。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「倍數 → 取 log₁₀ → × c → 加到原讀數」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:尺度公式與每個字母、兩個方向的換算

第 18 題遷移

(假想的教學情境,數字為假想。)同一個聲音可以用兩種說法描述它的大小:強度級 L = 10·log₁₀(I/I₀)(單位 dB),其中 I 是聲音強度,I₀ 是固定的基準強度,c = 10;也可以用另一種說法:聲壓級 L = 20·log₁₀(p/p₀)(單位 dB),其中 p 是聲壓,p₀ 是固定的基準聲壓,c = 20。同一個聲音,兩種說法的 dB 讀數相同。教學用的近似:剛能聽見的聲音約 0 dB,接近疼痛的聲音約 120 dB。
(1) 120 dB 的聲音,強度是 0 dB 聲音的幾倍?
(2) 120 dB 的聲音,聲壓是 0 dB 聲音的幾倍?
(3) (1) 的倍數與 (2) 的倍數有什麼關係?

提示(L1 到 L5,需要時再一層一層打開)
L1 方向

(1)(2) 的 dB 差一樣,公式的 c 不一樣。先分別找出兩個 c。(3) 等 (1)(2) 都算出來再比較。

L2 方向

dB 差先求一次,然後分別除以 c=10 與 c=20。

L3 方法

方法:log₁₀(強度倍數) = ΔL ÷ 10;log₁₀(聲壓倍數) = ΔL ÷ 20。(3) 比較兩個指數,看看一個是另一個的幾倍。

L4 近乎完整

ΔL = 120 − 0 = 120 dB。120 ÷ 10 與 120 ÷ 20 各是多少?算出來之後,觀察兩個指數的關係,再想想 10 的次方的乘方法則。

L5 完整解答

(1) log₁₀(強度倍數) = 120 ÷ 10 = 12,強度倍數 = 1012(1,000,000,000,000,一兆)。
(2) log₁₀(聲壓倍數) = 120 ÷ 20 = 6,聲壓倍數 = 106(1,000,000,一百萬)。
(3) 強度倍數的指數 12 是聲壓倍數指數 6 的 2 倍,所以強度倍數 = (聲壓倍數)² :1012 = (106)²。
解讀:同一個 dB 差,用強度說是一兆倍,用聲壓說是一百萬倍;c = 20 正好是 c = 10 的 2 倍,對應「強度與聲壓的平方成正比」。

常見錯法與補救(做完或卡住再看)

下面是這一題可能出現的錯誤寫法(每一種都實際算過,結果與正確答案不同):

補救:回到課文,把「尺度差 → ÷ c → 10 的次方 → 代回檢查」每一步各寫一行,再重算原題。

回到課文:尺度公式與每個字母、c 不同,倍數就不同、兩個方向的換算