关于中学电表读数方法的讨论

张洪海 丁永文

摘 要:文章对中学电表读数方法存在的问题进行了分析,进而给出了一种简洁明了、可以通用的用半格误差确定有效数字的“十分法”读数方法。

关键词:电表读数方法十分法半格误差

中图分类号:G63 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0183-01

实际上中学常用的电表只有电流表和电压表两种,关于其读数问题可谓老生常谈了,有很多文献讨论,但在实际工作中,仍存在问题,很多中学物理老师有迷惑,因此,遇到具体问题时经常模棱两可,指导学生也就不可能很到位。究其原因,是目前的读数方法需要根据不同量程采取不同的方法,而在搞不清为什么要采取这些不同的方法时就会造成混乱。笔者认为有必要对这一问题进一步讨论,给出一种便于实际操作的统一的读数方法。

1 目前的读数方法

高中物理第一册教学参考书中指出,在中学阶段不要求估计测量误差,一般读到最小刻度的十分之一。在中学物理实验中,一般要求估读到测量仪器最小分度的下一位,但这只是仪器读数的一般原则,读数位数的确定实际上是比较复杂的,具体到电表要区别对待不同的情况。

目前中学电表的读数方法是这样的:

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

2 电表读数方法分析

单纯从表盘读数的角度看,完全都可以采取最自然、最常用的“十分法”读数,估计到最小刻度的十分之一。但对于具体的电表来说,这样读出来的数据不一定都是有意义的,因为决定数据是否有意义,是由误差项决定的,即数据的最末位应与误差项所在位一致。所谓“二分法”和“五分法”就是根据这一要求而人为规定的。

电表使用时的基本误差是由电表准确度级别决定的,基本误差=量程×准确度等级％。我国电表分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七个级别,而中学常用的都是2.5级电表。电表制造中规定,最小分度为电表基本误差的1.5～2倍。实际应用中一般可以粗略认为测量的基本误差是最小刻度的一半,简称半格误差。[2]

表1列出了中学常用电表的量程、基本误差和半格误差。

一般情况下误差项只保留一位有效数字即可,可见半格误差与基本误差出现的位置是一致的,完全可以用半格误差来确定读数的有效数字。

对于0～3A和0～3V量程,用“十分法”估计到最小分度的十分之一,即0.01A(V),恰与半格误差的0.05A(V)所在位一致。

对于0～15V量程,用“五分法”估计到最小分度的五分之一,即0.1A,恰与半格误差的0.3A所在位一致。而如果用“十分法”,则能估读到0.05V,超出了半格误差的范围,没有意义。

对于0～0.6A量程,用“二分法”估计到最小分度的二分之一,即0.01A,恰与半格误差的0.01A所在位一致。而如果用“十分法”和“五分法”,则能分别估读到0.002A和0.004A,均超出了半格误差的范围,没有意义。

3 一种可以通用的读数方法

所谓的读数问题实质就是不足一格时如何估读的问题。从上面的分析可知,之所以采取“二分法”和“五分法”,就是要保证能一次性读出符合误差要求的有意义的结果来。其实只要把读数的过程分解一下,完全可以把几种方法统一起来,统一到最自然、最常用的“十分法”读数。

具体的方法如下:

1)按“十分法”读取格数,估读到最小格的十分之一。如果正好指在整格上应估读为零,如13.0。

2)用读得的格数乘以最小分度值(量程/总格数)。

3)用半格误差确定结果的有效数字,即结果的最末位与误差所在位对齐。

下面看两个具体例子。

例1:如图1所示,接入量程为15V

1)用“十分法”读取格数为12.9;

2)最小分度值为0.5V/格,乘得结果为12.9*0.5=6.45V;

3)按半格误差(0.25V)要求,结果为6.5V。

例2:如图2所示,接入量程为0.6A

1)用“十分法”读取格数为17.7;

2)最小分度值为0.02A/格,乘得结果为17.7*0.02=0.354A;

3)按半格误差(0.01A)要求,结果为0.35A。

参考文献

[1] 刘熙峰.如何对电表进行估读[J].物理通报,2002年,(第2期):46.

[2] 刘炳昇.中物理教师实验技能训练[M].北京:高等教育出版社,1989.