楊明炳

(昆明市第三中學(xué) 云南 昆明 650000)

指針刻度式電表讀數(shù)問題爭論幾時休

楊明炳

(昆明市第三中學(xué) 云南 昆明 650000)

刻度式電表讀數(shù)問題，在中學(xué)物理教學(xué)中爭論了多年，一直沒能達(dá)成共識．在查閱大學(xué)教材及相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，認(rèn)為問題的關(guān)鍵在于用刻度式讀數(shù)方法得到的讀數(shù)結(jié)果與測量值有效數(shù)字表達(dá)的不一致所造成，因而主張測量值的有效數(shù)字應(yīng)由測量工具的準(zhǔn)確程度決定．

刻度式電表 讀數(shù)方法 有效數(shù)字

1 問題提出

到底應(yīng)該如何正確理解和看待指針刻度式電表讀數(shù)問題，本文在此試圖做些個人探討．

2 問題探討

眾所周知，電表的等級是反映電表精密程度的指標(biāo)，是在評估誤差時才用得到，讀數(shù)時是不必顧及的．從每年高考試題來看，涉及指針刻度式電表讀數(shù)的試題中也從未說明是什么級別的電表，因此讀數(shù)時我們并不涉及電表級別問題．

下面我們來探討對均勻刻度表盤的電表的估讀問題．假如指針在最小刻度的正中間，則各分度的電表估讀結(jié)果如表1所示．

表1 各分度電表估讀結(jié)果

若增加參考標(biāo)尺，即將每大格再等分為10小格，如表2所示．這相當(dāng)于精度提高一個數(shù)量級，若原來的不可靠數(shù)變?yōu)榭煽繑?shù)，則說明估讀合理．由表2看出，表1所示的估讀結(jié)果是正確的．

表2 增加參考標(biāo)尺后估讀結(jié)果

基于此，筆者認(rèn)為，對最小刻度分別是“1”、“2”、“5”的指針刻度式電表讀數(shù)，應(yīng)該按照表3所示的估讀方法來操作，才是符合測量基本要求的．

表3 筆者認(rèn)為符合測量基本要求的估讀方法

為了對本文探討問題有進(jìn)一步清楚認(rèn)識，我們不妨再來探討一下幾道高考試題．

【例1】2010年高考全國大綱卷中的第23題(4)中的電流表讀數(shù)問題，如圖1所示．

圖1 例1題圖

【例2】2010年高考全國課程標(biāo)準(zhǔn)卷第23題中電流表的讀數(shù)問題，如圖2所示．本題所給參考答案為115.0 mA，所存在的問題與例1中相同．

圖2 例2題圖

【例3】(2009年高考安徽卷第21題)用多用電表進(jìn)行了幾次測量，指針分別處于a和b的位置，如圖3所示．若多用電表的選擇開關(guān)處于下面表格中所指的擋位，a和b的相應(yīng)讀數(shù)是多少？請?zhí)钤诒砀裰校?/p>

圖3 例3題圖

指針位置選擇開關(guān)所處擋位讀 數(shù)a直流電流100mA mA直流電壓2.5V Vb電阻×100 Ω

本題對直流電流100 mA擋位指針位置選擇a時的讀數(shù)所給出的參考答案為：“23.0”．可是，題目中給出的圖3，其表盤、指針位置及量程完全取自人教版教材(2007年1月第二版)選修3-1第二章第8節(jié)習(xí)題中第1題的圖，而教師用書中所給的答案為22.8 mA．該書2010年4月第三版將該題放到第二章第9節(jié)“問題與練習(xí)”中，并將“直流電流100 mA擋改為“直流電流50 mA擋”，同時教師用書所給答案為11.4 mA．顯然，第三版教材已注意到量程分度值與有效數(shù)字的關(guān)系，其量程分度值為“1 mA/小格”，不可靠位數(shù)在十分位，應(yīng)該說是對第二版中“2 mA/小格”不可靠位數(shù)取到十分位這一不妥做法的修改[8]．就本題參考答案“23.0”而言，是不合理的．

2011年高考全國Ⅰ卷再次考查電表讀數(shù)，但從考試中心給出的試題參考答案看，透射出兩點(diǎn)信息：一是歐姆表要估讀；二是電壓、電流表估讀的依據(jù)是在弄清“量程分度值”的前提下進(jìn)行．

事實(shí)上，2010年之后的高考，雖然也多次考過電表讀數(shù)的題，但都已不再有爭議．所以，在用刻度式電表測量時，只要按照“讀數(shù)時格數(shù)乘精度，記錄時審核有效數(shù)”，就不會產(chǎn)生爭議．

總之，刻度式讀數(shù)的參考標(biāo)尺，所標(biāo)數(shù)字以及半長刻線、短刻線都是為了讀數(shù)方便而做出的標(biāo)識，在不同量程下代表的值不同．考慮到刻線有寬度、指針有寬度且長度有限、人眼分辨能力等因素，因此制作成不同等級的電表用于不同精度要求的測量中．對于一塊給定的電表，讀數(shù)時只要認(rèn)清量程分度值，即可以讀出可靠數(shù)，并估讀出不可靠數(shù)(只能是一位)，稱為“測量的有效數(shù)字”，即為本次的測量值．記錄測量值時必須與儀表精度一致，有效數(shù)字位數(shù)必須是一致的，并非是“見到刻線就補(bǔ)零”！

中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的電流表、電壓表都是30小格的電表．對量程為0.6 A的電流表，量程分度值為

3 一點(diǎn)建議

由于電表使用過程中，指針不可能都指在刻線上，即估讀是必然要面對的問題，是高中物理教學(xué)中無法回避的問題，因此，希望在教材中給出示例，或是教師用書中給出明確要求，統(tǒng)一估讀原則，不要再讓教師各自鉆研，成為教學(xué)的一個痛點(diǎn)，也不要讓學(xué)生無所適從；另外，高考命題時，對所給答案略做說明，不要讓廣大教師盲目去猜、去揣摩，耗時無功．

1 張輝.從高考答案中看電表讀數(shù)規(guī)則.理科考試研究，2011

2 毛宗致.指針刻度式電表讀數(shù)方法探討.中學(xué)物理教學(xué)參考，2013(9)：32～33

3 林進(jìn)取.也談指針刻度式電表讀數(shù)方法.中學(xué)物理教學(xué)參考，2014(1-2)：56～58

4 林明華.高中物理實(shí)驗(yàn)中電表讀數(shù)問題探討.物理教學(xué)探討，2012(10)：28～29

5 范青林.高考指針式電表讀數(shù)“潛規(guī)則”探討.物理教學(xué)探討，2016(8)：46

6 魏懷鵬，展永.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn).天津：天津大學(xué)出版社，2004

7 王銀豐，等主編.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005

8 張維善.人教版教材選修3-1.北京：人民教育出版社，2005.68

2017-02-10)