高中物理实验仪器的读数方法再探讨

杨宋鹏

(铜川市耀州中学 陕西 铜川 727100)

指针刻度式电表的读数在中学的教材和教学参考书中都没有给出明确的标准，给中学教学和高考备考带来不小的困惑.最近读了《指针刻度式电表读数方法探讨》一文[1]，其中的一些观点个人觉得值得商榷.

首先，我们看一下陕西省高考考试说明中对高中物理实验仪器的考查要求：

(1)要求会正确使用的仪器主要有刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧测力计、温度计、电流表、电压表、多用电表、电阻箱、滑动变阻器.有些省份可能会有示波器，共有14种.这些仪器中，除电火花计时器或电磁打点计时器、滑动变阻器、示波器不需要读数外，其余11种都涉及读数问题，其中长度测量工具有刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器；质量测量工具有天平；时间测量工具有秒表；力测量工具有弹簧测力计；温度测量工具有温度计；电学测量工具有电流表、电压表、多用电表、电阻箱.

(2)要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果，间接测量的有效数字运算不作要求.

笔者统计了一下2008年到2013年全国高考试题中物理部分涉及仪器读数的问题，结果如表1所示.

表1 2008～2013年高考物理部分试题中测量仪器读数类问题统计表

说明：表格中将电流表、电压表和多用电表放在了一块，标注量程的是考查电流表、电压表的读数方法，标注挡位的是考查多用电表电流挡、电压挡的读数方法.

表中涉及11种物理测量工具中的8种，其实在考试说明中要求的这11种测量工具中，有些仪器不需要估读，有些则必须估读.

(1)秒表、电阻箱和游标卡尺这3种不需要估读.这是因为它们的工作原理：它们的量值变化是跳跃的不连续的，故一般不估读.如机械秒表采用齿轮传动，每0．1 s指针跳跃1次，指针不可能停在两小格之间，所以不能估读出比最小刻度更短的时间；而电阻箱每次旋动旋钮时阻值也是跳跃式增加，不会出现中间阻值；游标卡尺读数时要求找出游标尺和主尺上“对得最齐”的刻度线.例如在上表中近8年的高考试题中，游标卡尺的考查出现了13次，电阻箱的考查出现了2次，从试题答案来看都没有估读.这在广大同仁中已经形成了共识.

(2)其他8种测量工具，笔者认为都应该估读，因为从工作原理上看，其他8种测量工具因其刻度变化在理论上都是连续变化的，所以测量相应物理量的时候，其读数可以连续变化，但对应刻度盘上只有有限的刻线，读数时仪器的指针不能总恰好指在刻度线上，因此这类仪器的测量结果理论上一定能估读.如何估读呢？从上表中可以看出，对最小精度值为1，0.1，0.01的仪器测量结果的估读，大家一致认为应当用十分估读法，而大家的分歧在于最小精度值为2，0.2，0.02的仪器和最小精度值为5，0.5，0.05的仪器测量结果的估读.在上表中最小精度值为2，0.2，0.02的有2008年宁夏卷22(1)(10 mA挡),2009年安徽卷21(1)(100 mA挡),2010年全国Ⅰ卷23(4) (0～1 mA),2011年江苏卷10中弹簧测力计的读数及2012年福建卷19(2)(10V挡)共出现了5次，其中2008年宁夏卷、2009年安徽卷、2010年全国Ⅰ卷的答案中采用了十分估读法，2011年江苏卷、2012年福建卷的答案中采用了二分估读法.最小精度值为5,0.5,0.05的有2009年安徽卷21(1)(2.5 V挡),2010年全国新课标卷23(3)(0～150 mA),在参考答案中均用了五分估读法.尤其是在2009年安徽卷中，电流表用十分估读法，而电压表却用五分估读法，这些使得学生和一线教师觉得更是无所适从.

到底该如何对测量结果进行估读呢？文献[1]建议一律用十分估读法[1]，但笔者个人认为有些不妥,理由如下.

(1)考试大纲“要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果，间接测量的有效数字运算不作要求”.什么是有效数字？具体地说，是指在分析工作中实际能够测量到的数字.能够测量到的是包括最后一位估计的、不确定的数字. 我们把通过直读获得的准确数字叫做可靠数字，直读应指直接由刻度读出,把通过估读得到的那部分数字叫做存疑数字.把测量结果中能够反映被测量大小的带有一位存疑数字的全部数字叫有效数字.由此可知在测量结果中只能有一个存疑数字，而对最小精度值为2，0.2，0.02和5，0.5，0.05的仪器测量结果的记录若用十分估读法将会有两个存疑数字.从理论上分析，文献[1]中的十分估读法的结果好像更准确，但实际上，测量结果与测量工具的精度有关，与测量的具体要求有关，因此十分估读法不见得就好.

(2)从学生的认知水平来看，对于测量仪器的估读分为十分估读法、五分估读法、二分估读法，学生是可以学习接受的.同时，物理学世界本来就是丰富多彩、各式各样的，不同的测量工具有不同的估读方法，笔者认为是合理的，就应该让学生学习了解.

(3)物理来源于生活，测量也是来源于生活.例如，生病咳嗽有痰时，医生会开一种糖浆类的药——盐酸氨溴索口服液，服用时一般会用到药品自带的小量杯，小量杯的最小精度值为5 ml.在取3 ml药液时，我们就用了五分估读法.从学生的生活体验来看，五分估读法、二分估读法也是常见的、可行的.

(4)从学生的后续学习看，高中物理教学中、考试中也应该让学生掌握这3种估读方法.因为大学的理化实验中还会用到此类方法.

为了不再让学生和一线物理教师迷惑，建议在教材中明确高中阶段学生应掌握的估读法.笔者认为在高中阶段的物理教学中对所有仪器(包括弹簧测力计、天平、欧姆表、温度计、量筒、量杯)的读数，如果估读，根据仪器的最小精度值，选用十分估读法、五分估读法或者二分估读法，这样便于教师教学，利于学生学习仪器时，从纵向和横向的比较中学习.具体实验的考查中，可以根据实验的精度要求灵活处理，高考说明中应该就估读方法明确规定，不能再让一线教师和备考的学生不知所措.

参考文献

1 毛宗致.指针刻度式电表读数方法探讨.中学物理教学参考,2013(9):32～33

2 黄福松.测量仪器的读数规则及几点建议.物理通报,2013(1):103～104