高中物理儀表的估讀問題

張貴洲 李 娜

“物理是以實驗為基礎的學科?！蔽锢砀拍詈鸵幝墒窃谟^察實驗的基礎上得到的,而實驗教學又離不開實驗測量。在估讀測量數據時學生往往非常困惑,不知道哪種儀器要估讀,如要估讀,應估讀在哪一位。本文就高中階段儀器的估讀分類和估讀方法做一討論。

一、不需估讀的儀器

在高中階段不需要估讀的儀器:游標卡尺、秒表、電阻箱、歐姆表(多用電表歐姆檔)。

1.游標卡尺:按嚴格讀數規則,10分度的游標卡尺應估讀到0.01mm,但中學階段一般不估讀。

2.秒表:中學的機械秒表采用的是齒輪傳動,指針不可能停留在兩小格之間,所以不能估讀出比0.1s更短的時間。

3.電阻箱:各旋鈕對應的指示數乘以面板上標記的倍數之和為阻值,不需估讀。

4.歐姆表(多用電表歐姆檔):是粗略測電阻的儀器,因為表盤刻度不均勻,可按半刻度估讀。但現在中學階段一般不估讀。

二、需要估讀的儀器

在高中階段需要估讀的儀器:在常用的測量儀器中,刻度尺、螺旋測微器、測力計(彈簧測力計)、電流表(多用電表安培檔)、電壓表(多用電表伏特檔)、天平、溫度計等讀數時都需要估讀。因為最終的讀數要以有效數字的形式給出,而有效數字的最后一位數字為估計數字,應和誤差所在位置一致,在實際操作中,究竟估讀到哪一位數字,應由測量儀器的精度(即最小分度值)和實驗誤差要求兩個因素共同決定。

(一)估讀到哪一位的方法

儀器測量的準確程度決定了儀器的誤差:誤差的大小決定了它的最小分度,儀器最小分度顯示它每次測量的絕對誤差的大小,可以粗略地認為每次測量的絕對誤差是它最小刻度的一半,哪一位出現誤差,就讀到那一位為止。這種讀法俗稱“半格估讀”。按照這個讀法,中學階段一般可根據測量儀器的最小分度來確定讀數誤差出現的位置,對于常用的儀器可按上述方法讀數。

(二)“半格估讀”示例

1.刻度尺:最小刻度是0.1cm,根據半格法0.1cm×1/2=0.05cm誤差出現在百分位,需要在刻度尺最小刻度的下一位再估讀一位。例如:圖中(a)應讀成2.40cm,而不能讀成2.4cm;圖中(b)容易錯讀成2cm,正確讀數應為2.00cm。

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2.螺旋測微器:最小刻度0.01mm,根據半格法0.01mm×1/2=0.005mm誤差出現在千分位,需要估讀到千分位。例如:下圖螺旋測微器的讀數是1.130mm。

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3.測力計(彈簧測力計):以J2104型為例。最小刻度0.1N,根據半格法0.1N×1/2=0.05N誤差出現在百分位,需要估讀到牛的百分位。例如:右圖測力計讀數為2.70N。

4.電流表(多用電表安培檔):

(1)若是0～0.6A量程時,最小分度是0.02A,根據半格法0.02A×1/2=0.01A誤差出現在安培的百分位,只估讀到安培的百分位,估讀半小格,不足半小格的舍去,超過半小格的按半小格估讀。

(2)若是0～3A量程時,最小分度是0.1A,根據半格法0.1A×1/2=0.05A誤差出現在安培的百分位,只估讀到安培的百分位。

例如:下圖電流表接0～0.6A量程時讀數為0.30A;接0～3A量程時讀數為1.50A(或1.51A)。

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5.電壓表(多用電表伏特檔):

(1)若是0～3V量程時,最小分度時0.1V,根據半格法0.1V×1/2=0.05V誤差出現在伏特的百分位,只估讀到伏特的百分位。

(2)若是0～15V量程時,最小分度時0.5V,根據半格法0.5V×1/2=0.25V誤差出現在伏特的十分位,只估讀到伏特的十分位。例如:下圖電壓表接0～3V量程時讀數為2.20V;接0～15V量程時讀數為11.0V。

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6.天平:物理天平游碼的精度即每小格0.2g,根據半格法0.2g×1/2=0.1g誤差出現在克的十分位,讀數時的估讀是半格半格的估計,只估讀到克的十分位。例如:天平中標尺的正確讀數是13.6g。

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7.溫度計:水銀溫度計測量范圍一般為0℃——100℃;煤油溫度計的測量范圍一般是-50℃——100℃。最小分度值一般為1℃。根據半格法1℃×1/2=0.5℃誤差出現在攝氏度的十分位,只估讀到攝氏度的十分位。例如:圖1讀數為-14.0℃,圖2讀數為58.0℃(或57.9℃)。

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作者單位:陜西吳起高級中學