關(guān)于中學(xué)電表讀數(shù)方法的討論

張洪海 丁永文

摘 要:文章對中學(xué)電表讀數(shù)方法存在的問題進(jìn)行了分析,進(jìn)而給出了一種簡潔明了、可以通用的用半格誤差確定有效數(shù)字的“十分法”讀數(shù)方法。

關(guān)鍵詞:電表讀數(shù)方法十分法半格誤差

中圖分類號:G63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0183-01

實(shí)際上中學(xué)常用的電表只有電流表和電壓表兩種,關(guān)于其讀數(shù)問題可謂老生常談了,有很多文獻(xiàn)討論,但在實(shí)際工作中,仍存在問題,很多中學(xué)物理老師有迷惑,因此,遇到具體問題時經(jīng)常模棱兩可,指導(dǎo)學(xué)生也就不可能很到位。究其原因,是目前的讀數(shù)方法需要根據(jù)不同量程采取不同的方法,而在搞不清為什么要采取這些不同的方法時就會造成混亂。筆者認(rèn)為有必要對這一問題進(jìn)一步討論,給出一種便于實(shí)際操作的統(tǒng)一的讀數(shù)方法。

1 目前的讀數(shù)方法

高中物理第一冊教學(xué)參考書中指出,在中學(xué)階段不要求估計測量誤差,一般讀到最小刻度的十分之一。在中學(xué)物理實(shí)驗中,一般要求估讀到測量儀器最小分度的下一位,但這只是儀器讀數(shù)的一般原則,讀數(shù)位數(shù)的確定實(shí)際上是比較復(fù)雜的,具體到電表要區(qū)別對待不同的情況。

目前中學(xué)電表的讀數(shù)方法是這樣的:

最小分度為“1”的情況(量程為0～3A,最小分度為0.1A;量程0～3V,最小分度為0.1V)采用“十分法”,即把最小分度分成十等分,估計到十分之一;最小分度為0.02的情況(量程為0～0.6A,最小分度為0.02A)用“二分法”,把最小分度分成二等分,估計到二分之一;最小分度為0.5的情況(量程為0～15V,最小分度為0.5V)用“五分法”,把最小分度分成五等分,估計到五分之一。[1]

2 電表讀數(shù)方法分析

單純從表盤讀數(shù)的角度看,完全都可以采取最自然、最常用的“十分法”讀數(shù),估計到最小刻度的十分之一。但對于具體的電表來說,這樣讀出來的數(shù)據(jù)不一定都是有意義的,因為決定數(shù)據(jù)是否有意義,是由誤差項決定的,即數(shù)據(jù)的最末位應(yīng)與誤差項所在位一致。所謂“二分法”和“五分法”就是根據(jù)這一要求而人為規(guī)定的。

電表使用時的基本誤差是由電表準(zhǔn)確度級別決定的,基本誤差=量程×準(zhǔn)確度等級％。我國電表分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七個級別,而中學(xué)常用的都是2.5級電表。電表制造中規(guī)定,最小分度為電表基本誤差的1.5～2倍。實(shí)際應(yīng)用中一般可以粗略認(rèn)為測量的基本誤差是最小刻度的一半,簡稱半格誤差。[2]

表1列出了中學(xué)常用電表的量程、基本誤差和半格誤差。

一般情況下誤差項只保留一位有效數(shù)字即可,可見半格誤差與基本誤差出現(xiàn)的位置是一致的,完全可以用半格誤差來確定讀數(shù)的有效數(shù)字。

對于0～3A和0～3V量程,用“十分法”估計到最小分度的十分之一,即0.01A(V),恰與半格誤差的0.05A(V)所在位一致。

對于0～15V量程,用“五分法”估計到最小分度的五分之一,即0.1A,恰與半格誤差的0.3A所在位一致。而如果用“十分法”,則能估讀到0.05V,超出了半格誤差的范圍,沒有意義。

對于0～0.6A量程,用“二分法”估計到最小分度的二分之一,即0.01A,恰與半格誤差的0.01A所在位一致。而如果用“十分法”和“五分法”,則能分別估讀到0.002A和0.004A,均超出了半格誤差的范圍,沒有意義。

3 一種可以通用的讀數(shù)方法

所謂的讀數(shù)問題實(shí)質(zhì)就是不足一格時如何估讀的問題。從上面的分析可知,之所以采取“二分法”和“五分法”,就是要保證能一次性讀出符合誤差要求的有意義的結(jié)果來。其實(shí)只要把讀數(shù)的過程分解一下,完全可以把幾種方法統(tǒng)一起來,統(tǒng)一到最自然、最常用的“十分法”讀數(shù)。

具體的方法如下:

1)按“十分法”讀取格數(shù),估讀到最小格的十分之一。如果正好指在整格上應(yīng)估讀為零,如13.0。

2)用讀得的格數(shù)乘以最小分度值(量程/總格數(shù))。

3)用半格誤差確定結(jié)果的有效數(shù)字,即結(jié)果的最末位與誤差所在位對齊。

下面看兩個具體例子。

例1:如圖1所示,接入量程為15V

1)用“十分法”讀取格數(shù)為12.9;

2)最小分度值為0.5V/格,乘得結(jié)果為12.9*0.5=6.45V;

3)按半格誤差(0.25V)要求,結(jié)果為6.5V。

例2:如圖2所示,接入量程為0.6A

1)用“十分法”讀取格數(shù)為17.7;

2)最小分度值為0.02A/格,乘得結(jié)果為17.7*0.02=0.354A;

3)按半格誤差(0.01A)要求,結(jié)果為0.35A。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉熙峰.如何對電表進(jìn)行估讀[J].物理通報,2002年,(第2期):46.

[2] 劉炳昇.中物理教師實(shí)驗技能訓(xùn)練[M].北京:高等教育出版社,1989.