基于高考要求谈基本仪器的读数规则——以2015年高考物理题为例

沈祖荣

(江苏省木渎高级中学,江苏　苏州　215101)



基于高考要求谈基本仪器的读数规则
——以2015年高考物理题为例

沈祖荣

(江苏省木渎高级中学,江苏苏州215101)

摘要：基本仪器、仪表的读数是高中物理实验的基本技能，读数问题有的简单、有的复杂.本文以2015年高考物理题为例,以刻度尺、电表、弹簧秤、游标卡尺和螺旋测微器等为例,谈这些基本仪器、仪表基于高考要求的读数规则.

关键词：高考物理;基本仪器;读数规则

1问题的提出

物理学是一门以实验为基础的学科,物理实验中会使用基本仪器、仪表,基本仪器、仪表的读数是实验的基本技能.这些读数中,有些是简单的，而有些是很专业、很复杂的，比如同样是电流表或电压表,不同量程时读数难度是不一样的.在一般情况下，若最小刻度“逢1”时,读数同毫米刻度尺即可,若最小刻度是“逢2”,严格意义来讲要二分之一估读,若“逢5”,严格意义来讲要五分之一估读.基于高中学生知识水平所限,“逢2”或“逢5”的“估读”方法又很复杂,对这类估读就不作要求.那么高中物理中这么多仪器、仪表的读数,到底该如何读数？有没有基于高考要求的标准呢？本文以2015年高考物理题为例,就刻度尺、电表表盘、弹簧秤、游标卡尺和螺旋测微器等,谈谈这些基本仪器、仪表基于高考要求的读数规则.

2基本仪器、仪表的读数规则

2.1刻度尺的读数规则

刻度尺是长度测量的工具,也是最基本的实验器材,会读刻度尺是最基本的实验技能,刻度尺的读数也是高考出题的热点.2015年物理高考中,四川卷、浙江卷和福建卷等都考到了刻度尺的读数.

刻度尺的读数规则:首先应明确最小刻度,然后是估读到最小刻度的下一位.读数结果的有效数字由精确到最小刻度的数字和带有一位估读数字组成.一般刻度尺的最小刻度都是“逢1”的,此时务必做到十分之一估读.

例1(2015年四川卷):某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,安装好实验装置,让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐,在弹簧下端挂1个钩码,静止时弹簧长度为l1,如图1所示.图2是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大图,示数l1=___________cm.在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码,静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5.已知每个钩码质量是50g,挂2个钩码时,弹簧弹力F2=___________N(当地重力加速度g=9.8m/s2).要得到弹簧伸长量x,还需要测量的是___________.作出F-x图线,得到弹力与弹簧伸长量的关系.(本题参考答案:25.85;0.98;弹簧原长)

本例读数按照毫米刻度尺的读数规则,最小刻度为毫米,所以精确读到258mm,即25.8cm;毫米下一位估读为0.5mm,即0.05cm,读数结果为25.85cm.本题中也可估读为25.84cm或25.86cm.

刻度尺的读数是高中物理最基础的实验技能,刻度尺读数结果包括精确值、估读值和单位.教学过程中不仅应指导学生明确最小刻度的精确值、最小刻度下一位的估读值等读数规则,还不能忘了单位,只有数值没有单位的读数结果是没有意义的.

2.2电表的读数规则

电表示数,包括电流表、电压表和欧姆表等的示数.电表的读数是电学实验的基本技能,经常是高考物理卷的出题热点.2015年物理高考中,江苏卷、全国卷Ⅰ、广东卷、海南卷、福建卷以及浙江卷等都考到了电表的读数.

2.2.1电流表和电压表的读数

电流表和电压表的读数规则为:首先认准量程,电流表、电压表一般都有几个量程,然后看最小刻度.基于高中电学实验所用电流表和电压表准确度较低等原因,对估读不作要求.

例2(2015年江苏卷):小明利用如图3所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻.图3中电流表的示数为___________A.

图3

由图3可知电流表所接量程为0.6A,此量程的最小刻度为0.02A,基于高中要求,不需估读,所以本题的电流表示数为0.44A.

类似的还有弹簧秤的读数,如2011年江苏卷第10题中第(1)小题:某同学用如图4所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”.弹簧测力计A挂于固定点P,下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点,手持另一端向左拉,使结点O静止在某位置.分别读出弹簧测力计A和B的示数,并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向.本实验用的弹簧测力计示数的单位为N,图4中A的示数为___________N.

图4

如图4中，A弹簧称的最小刻度为0.2N,本题由于对准3.6刻度位置,所以应读作3.60N,但基于高中对“逢2”估读不作要求,故本题图4中A的示数结果也可以是3.6N.

上述两题最小刻度均不是“逢1”而是“逢2”,这类刻度严格按照读数规则时很复杂,但这两题均为高考题,从高考题得到启示,考这类不是“逢1”的读数题时,指针均指在对准的刻度上,给出的结果均可读到最小刻度,无需估读.明确基于高中的读数要求,可降低读数难度,有助于教学的减负增效.

2.2.2欧姆表的读数

欧姆表的读数规则为:欧姆表读数包括倍率和表盘示数两部分,即示数=表盘示数与倍率的乘积.欧姆表表盘的刻度不均匀,读数要求比电流表或电压表还要低,对于表盘的示数只需粗读.

例3(2015年广东卷):实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性,使用的器材包括电压表(内阻约为3kΩ)、电流表(内阻约为1Ω)、定值电阻等.

使用多用电表粗测元件X的电阻.选择“×1”欧姆档测量,示数如图5(a)所示,读数为___________Ω.据此应选择图5中的___________(填“b”或“c”)电路进行实验.

图5

本题提供的答案为:10，b. 欧姆表选用的为“×1”档,指针对准刻度10,基于高中读数要求,图5(a)欧姆表的示数为10Ω.

类似规则还有秒表的读数,如某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验中,先测得摆线长为97.50cm,摆球直径为2.0cm,然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间,如图6所示.则该秒表所示读数为___________s.

图6

按照秒表的读数规则,先读小圈示数为1.5min,即为90s,对于秒表虽然是最小刻度为0.1s,但由于秒表机械构造和高中要求,只需读到0.1s,不需估读,所以大圈示数为9.8s,最终该秒表所示读数为99.8s.

以上两题有两个共同特点,即一是读数数值均由两部分组成,二是均不需估读.教学过程中指导学生明确此类仪器、仪表的机械构造、原理及上述两个特点,即可避免读数错误,做到正确读数.

2.3游标卡尺和螺旋测微器的读数

游标卡尺的读数规则为:首先确定游标卡尺的规格,此处简称“N等分”尺,基于高中物理要求的N有10等分、20等分和50等分三种规格;然后确定“大范围”,即指游标尺的零刻度所指处主尺刻度的大致位置;第三步是看主尺刻度与游标尺刻度对得最准时,在游标尺上的“格数”,此处数“格数”时不需估读.

螺旋测微器的读数规则:首先确定“大范围”,即指主尺上刻度;然后看螺旋尺的读数,此处读螺旋尺时需读至最小刻度的下一位.

游标卡尺和螺旋测微器的读数是各类考试的热点,也是历年高考的高频考点.

例4(2015年海南卷):同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度,测量结果如图7(a)和(b)所示.该工件的直径为___________cm,高度为___________mm.

图7

本题的第二空为螺旋测微器的读数,按照螺旋测微器的读数规则,首先确定主尺刻度6.5mm这个“大范围”;然后螺旋尺与主尺线所对应的螺旋尺的读数是36.0格,此处的最后一位“0”是估读值;最后得出读数结果为6.5mm+0.01×36.0mm=6.860mm.

游标卡尺和螺旋测微器是高中物理实验中测量长度的重要器材,两者的原理比较复杂,基于高考要求,对两者的原理不做要求,即只要求会两者的读数即可.在高中物理教学中,无需要求学生掌握两者的原理,这样可减轻学生的学业负担.

在历年的考试说明中，实验部分对高中物理实验中常见的基本仪器、仪表,如刻度尺、弹簧秤、天平、电压表、电流表、欧姆表、游标卡尺和螺旋测微器等都提出了“会使用”的要求.作为基础阶段的高中学生不需要掌握那些复杂的读数规则,高考考查这类题目时也会降低要求.本文借助2015年高考真题,阐述了基于高考要求的基本仪器、仪表的读数规则.去繁化简,有助于指导高中物理实验教学目标的准确定位,也有助于物理教学的减负增效.

参考文献：

[1] 黄福松.测量仪器的读数规则及几点建议[J].物理通报,2013,(1).

[2] 闫礼龙.谈09年安徽省高考理综物理实验题电表的读数问题[J].湖南中学物理,2009,(6).

[3] 赵重阳.对物理实验测量仪器读数的思考[J].教学月刊·中学版(教学参考),2016,(5).