高中物理實(shí)驗(yàn)儀器的讀數(shù)方法再探討

楊宋鵬

(銅川市耀州中學(xué) 陜西 銅川 727100)

指針刻度式電表的讀數(shù)在中學(xué)的教材和教學(xué)參考書中都沒有給出明確的標(biāo)準(zhǔn)，給中學(xué)教學(xué)和高考備考帶來不小的困惑.最近讀了《指針刻度式電表讀數(shù)方法探討》一文[1]，其中的一些觀點(diǎn)個人覺得值得商榷.

首先，我們看一下陜西省高考考試說明中對高中物理實(shí)驗(yàn)儀器的考查要求：

(1)要求會正確使用的儀器主要有刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、電火花計(jì)時器或電磁打點(diǎn)計(jì)時器、彈簧測力計(jì)、溫度計(jì)、電流表、電壓表、多用電表、電阻箱、滑動變阻器.有些省份可能會有示波器，共有14種.這些儀器中，除電火花計(jì)時器或電磁打點(diǎn)計(jì)時器、滑動變阻器、示波器不需要讀數(shù)外，其余11種都涉及讀數(shù)問題，其中長度測量工具有刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器；質(zhì)量測量工具有天平；時間測量工具有秒表；力測量工具有彈簧測力計(jì)；溫度測量工具有溫度計(jì)；電學(xué)測量工具有電流表、電壓表、多用電表、電阻箱.

(2)要求知道有效數(shù)字的概念，會用有效數(shù)字表達(dá)直接測量的結(jié)果，間接測量的有效數(shù)字運(yùn)算不作要求.

筆者統(tǒng)計(jì)了一下2008年到2013年全國高考試題中物理部分涉及儀器讀數(shù)的問題，結(jié)果如表1所示.

表1 2008～2013年高考物理部分試題中測量儀器讀數(shù)類問題統(tǒng)計(jì)表

說明：表格中將電流表、電壓表和多用電表放在了一塊，標(biāo)注量程的是考查電流表、電壓表的讀數(shù)方法，標(biāo)注擋位的是考查多用電表電流擋、電壓擋的讀數(shù)方法.

表中涉及11種物理測量工具中的8種，其實(shí)在考試說明中要求的這11種測量工具中，有些儀器不需要估讀，有些則必須估讀.

(1)秒表、電阻箱和游標(biāo)卡尺這3種不需要估讀.這是因?yàn)樗鼈兊墓ぷ髟恚核鼈兊牧恐底兓翘S的不連續(xù)的，故一般不估讀.如機(jī)械秒表采用齒輪傳動，每0．1 s指針跳躍1次，指針不可能停在兩小格之間，所以不能估讀出比最小刻度更短的時間；而電阻箱每次旋動旋鈕時阻值也是跳躍式增加，不會出現(xiàn)中間阻值；游標(biāo)卡尺讀數(shù)時要求找出游標(biāo)尺和主尺上“對得最齊”的刻度線.例如在上表中近8年的高考試題中，游標(biāo)卡尺的考查出現(xiàn)了13次，電阻箱的考查出現(xiàn)了2次，從試題答案來看都沒有估讀.這在廣大同仁中已經(jīng)形成了共識.

(2)其他8種測量工具，筆者認(rèn)為都應(yīng)該估讀，因?yàn)閺墓ぷ髟砩峡?，其?種測量工具因其刻度變化在理論上都是連續(xù)變化的，所以測量相應(yīng)物理量的時候，其讀數(shù)可以連續(xù)變化，但對應(yīng)刻度盤上只有有限的刻線，讀數(shù)時儀器的指針不能總恰好指在刻度線上，因此這類儀器的測量結(jié)果理論上一定能估讀.如何估讀呢？從上表中可以看出，對最小精度值為1，0.1，0.01的儀器測量結(jié)果的估讀，大家一致認(rèn)為應(yīng)當(dāng)用十分估讀法，而大家的分歧在于最小精度值為2，0.2，0.02的儀器和最小精度值為5，0.5，0.05的儀器測量結(jié)果的估讀.在上表中最小精度值為2，0.2，0.02的有2008年寧夏卷22(1)(10 mA擋),2009年安徽卷21(1)(100 mA擋),2010年全國Ⅰ卷23(4) (0～1 mA),2011年江蘇卷10中彈簧測力計(jì)的讀數(shù)及2012年福建卷19(2)(10V擋)共出現(xiàn)了5次，其中2008年寧夏卷、2009年安徽卷、2010年全國Ⅰ卷的答案中采用了十分估讀法，2011年江蘇卷、2012年福建卷的答案中采用了二分估讀法.最小精度值為5,0.5,0.05的有2009年安徽卷21(1)(2.5 V擋),2010年全國新課標(biāo)卷23(3)(0～150 mA),在參考答案中均用了五分估讀法.尤其是在2009年安徽卷中，電流表用十分估讀法，而電壓表卻用五分估讀法，這些使得學(xué)生和一線教師覺得更是無所適從.

到底該如何對測量結(jié)果進(jìn)行估讀呢？文獻(xiàn)[1]建議一律用十分估讀法[1]，但筆者個人認(rèn)為有些不妥,理由如下.

(1)考試大綱“要求知道有效數(shù)字的概念，會用有效數(shù)字表達(dá)直接測量的結(jié)果，間接測量的有效數(shù)字運(yùn)算不作要求”.什么是有效數(shù)字？具體地說，是指在分析工作中實(shí)際能夠測量到的數(shù)字.能夠測量到的是包括最后一位估計(jì)的、不確定的數(shù)字. 我們把通過直讀獲得的準(zhǔn)確數(shù)字叫做可靠數(shù)字，直讀應(yīng)指直接由刻度讀出,把通過估讀得到的那部分?jǐn)?shù)字叫做存疑數(shù)字.把測量結(jié)果中能夠反映被測量大小的帶有一位存疑數(shù)字的全部數(shù)字叫有效數(shù)字.由此可知在測量結(jié)果中只能有一個存疑數(shù)字，而對最小精度值為2，0.2，0.02和5，0.5，0.05的儀器測量結(jié)果的記錄若用十分估讀法將會有兩個存疑數(shù)字.從理論上分析，文獻(xiàn)[1]中的十分估讀法的結(jié)果好像更準(zhǔn)確，但實(shí)際上，測量結(jié)果與測量工具的精度有關(guān)，與測量的具體要求有關(guān)，因此十分估讀法不見得就好.

(2)從學(xué)生的認(rèn)知水平來看，對于測量儀器的估讀分為十分估讀法、五分估讀法、二分估讀法，學(xué)生是可以學(xué)習(xí)接受的.同時，物理學(xué)世界本來就是豐富多彩、各式各樣的，不同的測量工具有不同的估讀方法，筆者認(rèn)為是合理的，就應(yīng)該讓學(xué)生學(xué)習(xí)了解.

(3)物理來源于生活，測量也是來源于生活.例如，生病咳嗽有痰時，醫(yī)生會開一種糖漿類的藥——鹽酸氨溴索口服液，服用時一般會用到藥品自帶的小量杯，小量杯的最小精度值為5 ml.在取3 ml藥液時，我們就用了五分估讀法.從學(xué)生的生活體驗(yàn)來看，五分估讀法、二分估讀法也是常見的、可行的.

(4)從學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)看，高中物理教學(xué)中、考試中也應(yīng)該讓學(xué)生掌握這3種估讀方法.因?yàn)榇髮W(xué)的理化實(shí)驗(yàn)中還會用到此類方法.

為了不再讓學(xué)生和一線物理教師迷惑，建議在教材中明確高中階段學(xué)生應(yīng)掌握的估讀法.筆者認(rèn)為在高中階段的物理教學(xué)中對所有儀器(包括彈簧測力計(jì)、天平、歐姆表、溫度計(jì)、量筒、量杯)的讀數(shù)，如果估讀，根據(jù)儀器的最小精度值，選用十分估讀法、五分估讀法或者二分估讀法，這樣便于教師教學(xué)，利于學(xué)生學(xué)習(xí)儀器時，從縱向和橫向的比較中學(xué)習(xí).具體實(shí)驗(yàn)的考查中，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的精度要求靈活處理，高考說明中應(yīng)該就估讀方法明確規(guī)定，不能再讓一線教師和備考的學(xué)生不知所措.

參考文獻(xiàn)

1 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

2 黃福松.測量儀器的讀數(shù)規(guī)則及幾點(diǎn)建議.物理通報,2013(1):103～104