剖析高中物理常用估讀方法

馬倩 白浪

摘要：在高考理綜試卷中，高考物理實(shí)驗(yàn)題部分經(jīng)常會(huì)考察學(xué)生對(duì)于常用測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)能力，而學(xué)生往往由于對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的原理結(jié)構(gòu)不清和對(duì)于讀數(shù)方法的混淆，導(dǎo)致讀數(shù)問(wèn)題掌握不到位，在讀數(shù)上經(jīng)常搞不懂什么時(shí)候需要估讀什么時(shí)候不需要估讀，估讀時(shí)又該如何估讀等，導(dǎo)致高中生在這部分非常容易丟分。在本文中，筆者將根據(jù)常用測(cè)量?jī)x器的測(cè)量原理和目前比較通用的讀數(shù)方法對(duì)于該問(wèn)題做以簡(jiǎn)單的介紹、歸納和總結(jié)，希望能給高中生在解決實(shí)驗(yàn)讀數(shù)問(wèn)題上提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：估讀;原理;方法

中圖分類號(hào)：A 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：（2021）-35-471

在中學(xué)物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中，中學(xué)生接觸到的測(cè)量?jī)x器種類比較繁多，但是由于這些儀器的內(nèi)部構(gòu)造不同導(dǎo)致部分儀器在使用時(shí)需要估讀，有的卻不需要估讀，因此可以根據(jù)這些儀器是否需要進(jìn)行估讀進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類。在不需要估讀的儀器中，這些儀器由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊構(gòu)造，致使其在測(cè)量時(shí)指針只能停留在在刻度線上，無(wú)法介于兩個(gè)刻度線之間，故這些儀器不需要估讀。在需要進(jìn)行估讀的儀器中，他們的指針能位于兩刻度線之間，在對(duì)他們使用時(shí)必須要進(jìn)行估讀，為了減小誤差，不同的分度值采取了不同的估讀方法，其中一些需要估讀到最小分度值的下一位，一些需要估讀到最小分度值的本位。正是因?yàn)樽x數(shù)方法的多樣性，導(dǎo)致了學(xué)生在讀數(shù)問(wèn)題上得不到統(tǒng)一的規(guī)律，容易出現(xiàn)讀數(shù)不標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象。為使學(xué)生在使用儀器時(shí)能更加快速準(zhǔn)確的讀數(shù)，筆者從中學(xué)生讀數(shù)時(shí)所存在的問(wèn)題和估讀數(shù)據(jù)的目的和原理出發(fā)，就常用儀器讀數(shù)方法做以下簡(jiǎn)要分析。

1.中學(xué)生在估讀時(shí)存在的問(wèn)題

在初中物理中，學(xué)生常常在估讀數(shù)據(jù)時(shí)采取的都是估讀到最小分度值的下一位的方法，到了高中學(xué)生便容易將這種保留有效數(shù)字至儀器最小分度值的下一位”作為一條“公理”來(lái)使用。由于這種錯(cuò)誤的認(rèn)知，導(dǎo)致學(xué)生在高中物理實(shí)驗(yàn)中估讀數(shù)據(jù)時(shí)，常常感到無(wú)所適從，有些情況學(xué)生發(fā)現(xiàn)老師會(huì)采取估讀到最小分度值的下一位，如圖1所示，使用最小分度是0.1cm的刻度尺測(cè)量物體長(zhǎng)度時(shí)，根據(jù)“公理”的方法，那么最終圖1中刻度尺的讀數(shù)是3.00cm，且這一結(jié)果也是正確的。但在圖2測(cè)量電路中的電流時(shí)，根據(jù)這一“公理”去讀數(shù)得出的結(jié)果是0.142A，而這個(gè)結(jié)果是錯(cuò)誤的，正確的結(jié)果是0.14A。為什么有的時(shí)候按照這一“公理”讀出的數(shù)據(jù)是正確的，有的時(shí)候卻是錯(cuò)誤的呢，針對(duì)這一問(wèn)題，筆者嘗試從估讀的目的和原因出發(fā)仔細(xì)分析了圖2中兩組讀數(shù)的區(qū)別明確了以下幾點(diǎn)：

2.估讀的目的和原理

首先，筆者通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，需要估讀的儀器共同的特點(diǎn)就是它們的指針能在兩個(gè)最小的刻度之間發(fā)生停留，如電流表、刻度尺等，這就意味著兩最小刻度之間也包含著部分?jǐn)?shù)據(jù)需要在讀數(shù)中體現(xiàn)出來(lái)。而不需要估讀的儀器是因?yàn)樗闹羔槦o(wú)法在兩最小刻度之間發(fā)生停留，如機(jī)械秒表、電阻箱等，由于內(nèi)部特殊的齒輪結(jié)構(gòu)，它們的指針不會(huì)在兩最小刻度之間發(fā)生停留。

其次，筆者明確了在使用儀器測(cè)量時(shí)，估讀的目的是為了使讀出的數(shù)據(jù)更加接近真實(shí)值，而不是為了使讀出的數(shù)據(jù)有效數(shù)字個(gè)數(shù)加長(zhǎng)。結(jié)合以上兩點(diǎn)，筆者對(duì)圖2中的讀數(shù)進(jìn)行仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，錯(cuò)誤的讀數(shù)在進(jìn)行估讀時(shí)，0.14A是估讀出來(lái)的數(shù)據(jù)（因?yàn)?.14A—0.16A之間并沒(méi)有刻度，學(xué)生在讀數(shù)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)0.14、0.15、0.16這三個(gè)數(shù)據(jù)的選擇，無(wú)論選擇哪一個(gè)，這里的0.04、0.05、0.06都將被認(rèn)為是估讀出來(lái)的），0.002A也是估讀出來(lái)的數(shù)據(jù)，因此在讀數(shù)時(shí)利用“公理”對(duì)圖2表盤(pán)讀數(shù)時(shí)出現(xiàn)了兩位估讀數(shù)據(jù)。估讀值本身就是一個(gè)不可靠的數(shù)據(jù)，第一位數(shù)字就不可靠，如果再估讀第二位它將更不可靠。所以第二位的估讀將毫無(wú)意義。因此我們只需要保留一位估讀數(shù)字即可，由于電流表0—0.6A的最小分度值為0.02A，我們只需要根據(jù)個(gè)人觀察結(jié)果在0.14、0.15、0.16之中挑出一個(gè)數(shù)值作為我們最終的讀數(shù)即可。

通過(guò)以上分析，筆者將中學(xué)階段常見(jiàn)的幾類估讀儀器進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類。按照測(cè)量?jī)x器最小分度值的不同可分為1/2、1/5、1/10估讀法。

3.中學(xué)階段常用的估讀方法介紹

對(duì)于最小分度是“2，0.2，0.02……”一類儀器按1/2估讀法進(jìn)行估讀，其中1/2的意思就是把最小分度值平均分成兩份，估讀幾份就取幾份，比如：圖2中電流表0—0.6A 擋，最小分度值為0.02A，讀數(shù)的時(shí)候準(zhǔn)確值取為0.14A，然后把最后一小格的0.02A平均分兩份，每份0.01A，估讀時(shí)讀上0份（1/2估讀法在估讀時(shí)，采取過(guò)半讀半，不過(guò)半不讀的原則）最終的讀數(shù)為0.14A。通過(guò)這樣的讀數(shù)方法在讀數(shù)時(shí)就完成了估讀的目的并且保證了估讀存在的意義。

對(duì)于最小分度是“5，0.5，0.05……”一類儀器按1/5估讀法進(jìn)行估讀，其中1/5的意思就是把最小分度值平均分成五份，同樣的還是估讀幾份就取幾份，比如圖3中電壓表0—15V擋，最小分度值為0.5V，讀數(shù)的時(shí)候準(zhǔn)確值取為9V，然后把最后一格的0.5V平均分成5份，每份0.1V，估讀上3份或者4份，那么最終的讀數(shù)就是9.3V或者9.4V。

最小分度是“1，0.1，0.01……”的一類儀器按1/10估讀法進(jìn)行估讀，原理同上。

小結(jié)

對(duì)于中學(xué)物理常用儀器的讀數(shù)，必須要根據(jù)儀器的原理和特點(diǎn)先來(lái)確定該種儀器是否需要估讀數(shù)據(jù)，確定需要估讀數(shù)據(jù)后，再根據(jù)刻度盤(pán)的最小分度值來(lái)確定所要采取的讀數(shù)方法，從而得到與真實(shí)值最接近的測(cè)量值。