對物理高考儀器儀表讀數(shù)的疑問和探討

　　摘 要： 如何教會學(xué)生正確認(rèn)識儀器儀表的讀數(shù)，在實(shí)際使用過程中如何減少誤差，如何使用正確的方法測得相對準(zhǔn)確的讀數(shù)，是物理老師必須思考的問題。作者就物理高考儀器儀表讀數(shù)的疑問進(jìn)行了探討。
　　關(guān)鍵詞： 高考物理 儀器儀表讀數(shù) 誤差 有效數(shù)字技巧
　　
　　針對在高考物理實(shí)際操作過程中所出現(xiàn)的儀表儀器測量的相關(guān)問題，我在這里就以下五個主要方面做相應(yīng)的探討。
　　一、問題的提出
　　2008年寧夏理綜物理有這樣一道實(shí)驗(yàn)題：下圖為一正在測量中的多用電表表盤。（1）如果是用直流10mA檔測量電流，則讀數(shù)為?搖?搖mA。（2）如果是用直流5v檔測量電壓，則讀數(shù)為v。
　　給出的參考答案是7.18mA和3.59mA，這樣讀數(shù)是否正確呢？這里牽涉到不確定度的問題。
　　二、高考考試說明中對儀器儀表讀數(shù)的要求
　　在高考考試說明中對儀器儀表讀數(shù)的要求有兩個方面。
　　1.關(guān)于誤差。
　　認(rèn)識誤差問題在實(shí)驗(yàn)中的重要性，了解誤差的概念，知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差，知道用多次測量求平均值的方法減小偶然誤差，能在某些實(shí)驗(yàn)中分析誤差的主要來源，不要求計(jì)算誤差。
　　2.關(guān)于有效數(shù)字。
　　了解有效數(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，運(yùn)算結(jié)果一般可用2—3位有效數(shù)字表示。
　　三、學(xué)生在儀器儀表讀數(shù)中的常見問題
　　學(xué)生在儀器儀表讀數(shù)中主要存在以下三個方面問題。
　　1.千篇一律，全部估讀。
　　很多學(xué)生在沒弄清楚讀數(shù)原理的情況下，認(rèn)為所有的讀數(shù)都要必須機(jī)械地估讀，造成多出一位的讀數(shù)錯誤。像10分度的游標(biāo)卡尺的讀數(shù)，最小分度是0.1毫米，主尺上的任意一條刻度與游標(biāo)上的第幾條刻度線最對齊，就用0.1mm×幾可以了，不要再估算。
　　2.隨意加零，“確保”正確。
　　部分學(xué)生讀數(shù)下來發(fā)現(xiàn)經(jīng)常少了一個零，這時(shí)他不去研究讀數(shù)的原理，而是讀數(shù)結(jié)束以后，人為地加一個零，甚至加兩個零，有時(shí)碰巧把不會讀的讀對了。
　　3.對格數(shù)估讀，再乘以最小分度值。
　　有些學(xué)生認(rèn)為讀數(shù)既然要估讀，在估讀比較困難的情況下，不能先對格數(shù)進(jìn)行估讀，再乘以最小分度嗎？如下圖：很多學(xué)生讀作0.298A。理由是在0.2A后指針偏了4.9格，而每一格為0.02A，故0.02×4.9=0.298。實(shí)際應(yīng)讀作多少呢？根據(jù)有效數(shù)字可疑位與不確定度數(shù)字關(guān)系，可如下確定：目前實(shí)驗(yàn)室一般電表的精度等級為2.5級，則=（2.5/100）×0.6=0.015A，不確定度數(shù)字處在百分位，則有效數(shù)字讀數(shù)也只需讀到百分位。對于上述這種情況，指針偏轉(zhuǎn)的格數(shù)以估讀半格為宜，即不足半格可舍去，超過半格可入上來，上例可計(jì)為偏過0.2A后5小格，讀數(shù)為0.30A。同理量程為15V的伏特表其不確定度為0.375V，故有效數(shù)字讀到十分位即可，也以半格來估讀。根據(jù)上述方法，2008年寧夏理綜物理給出的電流表讀數(shù)答案是錯誤的，正確的應(yīng)為7.2mA。
　　四、儀器儀表測量有效數(shù)字的技巧
　　在實(shí)驗(yàn)中，測量時(shí)要按照有效數(shù)字的規(guī)則來讀數(shù)。測量儀器的讀數(shù)規(guī)則為：測量誤差出現(xiàn)在哪一位，讀數(shù)就相應(yīng)讀到哪一位，在中學(xué)階段一般可根據(jù)測量儀器的最小分度來確定讀數(shù)誤差出現(xiàn)的位置，對于常用的儀器可按下述方法讀數(shù)：
　　①最小分度是“1”的儀器，測量誤差出現(xiàn)在下一位，下一位按十分之一估讀。
　　②最小分度是“2”或“5”的儀器，測量誤差出現(xiàn)在同一位上，同一位分別按二分之一或五分之一估讀．
　　③對歐姆表的讀數(shù)：待測電阻的阻值應(yīng)為表盤讀數(shù)乘上倍數(shù)，為減小讀數(shù)誤差，指針應(yīng)指表盤較中間的部分，否則需換擋，換擋后，需重新進(jìn)行電阻調(diào)零，是否估讀由具體的情況而定。
　　五、如何加強(qiáng)儀器儀表有效數(shù)字的基本方法
　　1.理解記憶。
　　對于中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中常用的儀器，如游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、示波器、電流表、電壓表、多用電表、電阻箱、滑動變阻器等，特別是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，電流表、電壓表的量程及接法選擇，滑動變阻器、電阻箱的選取，滑動變阻器分壓、分流接法的選取，要理解并記住它們的構(gòu)造、原理、使用規(guī)則，等等，會在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中合理選用并正確使用。對考綱規(guī)定的基本實(shí)驗(yàn)的目的、原理、操作步驟、注意事項(xiàng)、誤差處理等要理解其意義，要做到在理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行記憶。
　　2.熟練操作。
　　對考綱規(guī)定的基本實(shí)驗(yàn)，要在理解和記憶的基礎(chǔ)上，反復(fù)操作，特別是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中電路的設(shè)計(jì)和實(shí)物的連接，通過操作進(jìn)一步深化理解。在理解和熟練操作的基礎(chǔ)上，要再對基本實(shí)驗(yàn)按“物理量的測量（長度測量、時(shí)間測量、質(zhì)量測量、電路量的測量、其他量的測量）”“物理原理的驗(yàn)證”“通法（如伏安法、紙帶實(shí)驗(yàn)）”等進(jìn)行歸類總結(jié)，強(qiáng)化記憶。
　　3.遷移變通。
　　在熟練操作的基礎(chǔ)上，對考綱規(guī)定的基本實(shí)驗(yàn)的目的、原理、操作規(guī)程、數(shù)據(jù)處理方法、所用儀器等，可嘗試替代變通，如伏安法中對電流表或電壓表的替代，紙帶實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的替代，電阻測量方法中伏安法、替代法、滿半偏法的替代，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法中列表法、圖像法、函數(shù)關(guān)系法、公式法的替代，等等。還可嘗試運(yùn)用實(shí)驗(yàn)中的方法、原理等或物理習(xí)題中的結(jié)論解決另一實(shí)驗(yàn)中的問題，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)。
　　通過以上三個方面的訓(xùn)練，以及后兩個方面的技巧掌握與理解，學(xué)生可以真正達(dá)到“理解”和“三會”：能在理解的基礎(chǔ)上完成考綱規(guī)定的基本實(shí)驗(yàn)；會用這些實(shí)驗(yàn)中用過的實(shí)驗(yàn)方法，會正確使用儀器器材，會分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論。