高中物理實驗儀器的讀數方法再探討

楊宋鵬

(銅川市耀州中學 陜西 銅川 727100)

指針刻度式電表的讀數在中學的教材和教學參考書中都沒有給出明確的標準，給中學教學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方法探討》一文[1]，其中的一些觀點個人覺得值得商榷.

首先，我們看一下陜西省高考考試說明中對高中物理實驗儀器的考查要求：

(1)要求會正確使用的儀器主要有刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、電火花計時器或電磁打點計時器、彈簧測力計、溫度計、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，除電火花計時器或電磁打點計時器、滑動變阻器、示波器不需要讀數外，其余11種都涉及讀數問題，其中長度測量工具有刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器；質量測量工具有天平；時間測量工具有秒表；力測量工具有彈簧測力計；溫度測量工具有溫度計；電學測量工具有電流表、電壓表、多用電表、電阻箱.

(2)要求知道有效數字的概念，會用有效數字表達直接測量的結果，間接測量的有效數字運算不作要求.

筆者統計了一下2008年到2013年全國高考試題中物理部分涉及儀器讀數的問題，結果如表1所示.

表1 2008～2013年高考物理部分試題中測量儀器讀數類問題統計表

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

表中涉及11種物理測量工具中的8種，其實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、電阻箱和游標卡尺這3種不需要估讀.這是因為它們的工作原理：它們的量值變化是跳躍的不連續的，故一般不估讀.如機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，不會出現中間阻值；游標卡尺讀數時要求找出游標尺和主尺上“對得最齊”的刻度線.例如在上表中近8年的高考試題中，游標卡尺的考查出現了13次，電阻箱的考查出現了2次，從試題答案來看都沒有估讀.這在廣大同仁中已經形成了共識.

(2)其他8種測量工具，筆者認為都應該估讀，因為從工作原理上看，其他8種測量工具因其刻度變化在理論上都是連續變化的，所以測量相應物理量的時候，其讀數可以連續變化，但對應刻度盤上只有有限的刻線，讀數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的儀器測量結果的估讀，大家一致認為應當用十分估讀法，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中彈簧測力計的讀數及2012年福建卷19(2)(10V擋)共出現了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，這些使得學生和一線教師覺得更是無所適從.

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

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

(2)從學生的認知水平來看，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，學生是可以學習接受的.同時，物理學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，筆者認為是合理的，就應該讓學生學習了解.

(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.從學生的生活體驗來看，五分估讀法、二分估讀法也是常見的、可行的.

(4)從學生的后續學習看，高中物理教學中、考試中也應該讓學生掌握這3種估讀方法.因為大學的理化實驗中還會用到此類方法.

為了不再讓學生和一線物理教師迷惑，建議在教材中明確高中階段學生應掌握的估讀法.筆者認為在高中階段的物理教學中對所有儀器(包括彈簧測力計、天平、歐姆表、溫度計、量筒、量杯)的讀數，如果估讀，根據儀器的最小精度值，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，利于學生學習儀器時，從縱向和橫向的比較中學習.具體實驗的考查中，可以根據實驗的精度要求靈活處理，高考說明中應該就估讀方法明確規定，不能再讓一線教師和備考的學生不知所措.

參考文獻

1 毛宗致.指針刻度式電表讀數方法探討.中學物理教學參考,2013(9):32～33

2 黃福松.測量儀器的讀數規則及幾點建議.物理通報,2013(1):103～104