高中物理仪表的估读问题

张贵洲 李 娜

“物理是以实验为基础的学科。”物理概念和规律是在观察实验的基础上得到的,而实验教学又离不开实验测量。在估读测量数据时学生往往非常困惑,不知道哪种仪器要估读,如要估读,应估读在哪一位。本文就高中阶段仪器的估读分类和估读方法做一讨论。

一、不需估读的仪器

在高中阶段不需要估读的仪器:游标卡尺、秒表、电阻箱、欧姆表(多用电表欧姆档)。

1.游标卡尺:按严格读数规则,10分度的游标卡尺应估读到0.01mm,但中学阶段一般不估读。

2.秒表:中学的机械秒表采用的是齿轮传动,指针不可能停留在两小格之间,所以不能估读出比0.1s更短的时间。

3.电阻箱:各旋钮对应的指示数乘以面板上标记的倍数之和为阻值,不需估读。

4.欧姆表(多用电表欧姆档):是粗略测电阻的仪器,因为表盘刻度不均匀,可按半刻度估读。但现在中学阶段一般不估读。

二、需要估读的仪器

在高中阶段需要估读的仪器:在常用的测量仪器中,刻度尺、螺旋测微器、测力计(弹簧测力计)、电流表(多用电表安培档)、电压表(多用电表伏特档)、天平、温度计等读数时都需要估读。因为最终的读数要以有效数字的形式给出,而有效数字的最后一位数字为估计数字,应和误差所在位置一致,在实际操作中,究竟估读到哪一位数字,应由测量仪器的精度(即最小分度值)和实验误差要求两个因素共同决定。

(一)估读到哪一位的方法

仪器测量的准确程度决定了仪器的误差:误差的大小决定了它的最小分度,仪器最小分度显示它每次测量的绝对误差的大小,可以粗略地认为每次测量的绝对误差是它最小刻度的一半,哪一位出现误差,就读到那一位为止。这种读法俗称“半格估读”。按照这个读法,中学阶段一般可根据测量仪器的最小分度来确定读数误差出现的位置,对于常用的仪器可按上述方法读数。

(二)“半格估读”示例

1.刻度尺:最小刻度是0.1cm,根据半格法0.1cm×1/2=0.05cm误差出现在百分位,需要在刻度尺最小刻度的下一位再估读一位。例如:图中(a)应读成2.40cm,而不能读成2.4cm;图中(b)容易错读成2cm,正确读数应为2.00cm。

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2.螺旋测微器:最小刻度0.01mm,根据半格法0.01mm×1/2=0.005mm误差出现在千分位,需要估读到千分位。例如:下图螺旋测微器的读数是1.130mm。

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3.测力计(弹簧测力计):以J2104型为例。最小刻度0.1N,根据半格法0.1N×1/2=0.05N误差出现在百分位,需要估读到牛的百分位。例如:右图测力计读数为2.70N。

4.电流表(多用电表安培档):

(1)若是0～0.6A量程时,最小分度是0.02A,根据半格法0.02A×1/2=0.01A误差出现在安培的百分位,只估读到安培的百分位,估读半小格,不足半小格的舍去,超过半小格的按半小格估读。

(2)若是0～3A量程时,最小分度是0.1A,根据半格法0.1A×1/2=0.05A误差出现在安培的百分位,只估读到安培的百分位。

例如:下图电流表接0～0.6A量程时读数为0.30A;接0～3A量程时读数为1.50A(或1.51A)。

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5.电压表(多用电表伏特档):

(1)若是0～3V量程时,最小分度时0.1V,根据半格法0.1V×1/2=0.05V误差出现在伏特的百分位,只估读到伏特的百分位。

(2)若是0～15V量程时,最小分度时0.5V,根据半格法0.5V×1/2=0.25V误差出现在伏特的十分位,只估读到伏特的十分位。例如:下图电压表接0～3V量程时读数为2.20V;接0～15V量程时读数为11.0V。

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6.天平:物理天平游码的精度即每小格0.2g,根据半格法0.2g×1/2=0.1g误差出现在克的十分位,读数时的估读是半格半格的估计,只估读到克的十分位。例如:天平中标尺的正确读数是13.6g。

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7.温度计:水银温度计测量范围一般为0℃——100℃;煤油温度计的测量范围一般是-50℃——100℃。最小分度值一般为1℃。根据半格法1℃×1/2=0.5℃误差出现在摄氏度的十分位,只估读到摄氏度的十分位。例如:图1读数为-14.0℃,图2读数为58.0℃(或57.9℃)。

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作者单位:陕西吴起高级中学