多角度認(rèn)識(shí)電表提高教師的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)

在中學(xué)物理教學(xué)中，對(duì)教學(xué)儀器進(jìn)行多角度的了解和認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步提高教師的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，增強(qiáng)教師指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的能力，這是新時(shí)期不斷深化教學(xué)改革、全面推進(jìn)素質(zhì)教育的需要。目前，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)電表的使用，特別是對(duì)電表的正確連接、量程的正確選擇和讀數(shù)三個(gè)方面的教學(xué)普遍比較重視。而對(duì)電表的其他方面性能和要求的思考顯得相對(duì)比較薄弱。其實(shí)，與電表相關(guān)的知識(shí)含量相當(dāng)豐富，除了比較熟悉的刻度及指針、接線柱外，還有電表結(jié)構(gòu)、工作位置、絕緣強(qiáng)度及準(zhǔn)確度級(jí)別等的標(biāo)記符號(hào)。

一、電表的測(cè)量機(jī)構(gòu)

電測(cè)量指示儀表是測(cè)量各種電學(xué)量的儀表，通常簡稱為電表。中學(xué)實(shí)驗(yàn)室里常用的電表有指針式和數(shù)字式兩種，這里主要談?wù)勚羔樖诫姳恚淖饔檬菍⒈粶y(cè)電學(xué)量變換成電表指針偏轉(zhuǎn)角的位移，從而指示出電學(xué)量的大小。從結(jié)構(gòu)的功能上看，由測(cè)量電路將被測(cè)電學(xué)量(如電流、電壓等)轉(zhuǎn)換為適合測(cè)量機(jī)構(gòu)(表頭部分)直接測(cè)量的電學(xué)量(如分流、分壓等)，由測(cè)量機(jī)構(gòu)將被測(cè)電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電表指針偏轉(zhuǎn)角的位移。最常見的測(cè)量機(jī)構(gòu)又分為磁電式(動(dòng)圈式)、電磁式(動(dòng)鐵式)、電動(dòng)式和感應(yīng)式等。中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中用的直流電表絕大多數(shù)是磁電式電表。

二、電表的準(zhǔn)確度等級(jí)及表達(dá)方式

每種測(cè)量儀器都有自己的技術(shù)指標(biāo)，其中準(zhǔn)確度是重要的指標(biāo)之一。如米尺、天平、溫度計(jì)的最小分度就是它們測(cè)量的準(zhǔn)確度。而電表的準(zhǔn)確度由它的準(zhǔn)確度級(jí)別決定。我國電表的準(zhǔn)確度等級(jí)有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等。級(jí)別數(shù)值越大，準(zhǔn)確度越低。由于準(zhǔn)確度等級(jí)反映的是測(cè)量時(shí)的指示值與被測(cè)量的真實(shí)值之間的接近程度，所以，電表的準(zhǔn)確度越高，其誤差越小。利用電表測(cè)量電學(xué)量的過程中誤差是無法避免的，電表本身的誤差也是必然存在的。所謂電表的誤差是指測(cè)量時(shí)指示值與被測(cè)量的真實(shí)值之間的差異。當(dāng)電表在規(guī)定的工作條件下(如環(huán)境溫度、濕度、放置方式等)使用時(shí)，電表本身所引起的誤差為基本誤差。就某一電表來說，其基本誤差的大小可根據(jù)準(zhǔn)確度等級(jí)的不同標(biāo)注方式求得。只標(biāo)級(jí)別數(shù)字的電表，其基本誤差等于量程乘以級(jí)別的百分?jǐn)?shù)，用式子表示為：△X_m=±a％×X_m(X_m為電表的量程，a為電表的準(zhǔn)確度等級(jí))。

三、刻度讀數(shù)

利用電表進(jìn)行電學(xué)量的測(cè)量，從測(cè)量的方法上看，屬直接測(cè)量，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中包含著多種性質(zhì)的誤差。如果某一實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基本誤差(系統(tǒng)誤差)小，就認(rèn)為它的準(zhǔn)確度高；如果其實(shí)驗(yàn)結(jié)果的隨機(jī)誤差(偶然誤差)小，就說它的精密度高。二者結(jié)合起來以決定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確程度(即精確度)。提高實(shí)驗(yàn)的精確度，就每一次測(cè)量來說，從實(shí)際出發(fā)，選擇合適的電表后，科學(xué)地讀數(shù)是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。教師在具體實(shí)施“電表測(cè)量指示值讀法”教學(xué)時(shí)，實(shí)際采用的方法比較多，也比較靈活，可謂是“八仙過海，各顯神通”。雖然依據(jù)不一致，數(shù)值也略有差異，但仍在允許范圍內(nèi)。由于各種電表都對(duì)應(yīng)不同的準(zhǔn)確度等級(jí)，所以，根據(jù)電表的基本誤差出發(fā)進(jìn)行讀數(shù)，在科學(xué)性上更有它的獨(dú)到之處。

目前學(xué)校中常用的直流電流表是“0～0.6A～3A”雙量程2.5級(jí)安培表。

對(duì)于0.6A量程檔，標(biāo)尺上每小格為0.02A，△I_m＝±2.5％×0.6A=±0.015A；

對(duì)于3A量程檔，標(biāo)尺上每小格為0.1A，△I_m＝±2.5％×3A=±0.075A。

常用的低壓直流電壓表是“0～3V～15V”2.5級(jí)伏特表。

對(duì)于3V量程檔，標(biāo)尺上每小格為0.1V，△U_m=±2.5％×3V=±0.075V； 對(duì)于15V量程檔，標(biāo)尺上每小格為0.5V，△U_m＝±2.5％×15V=±0.38V。

從上面的計(jì)算就可看出：無論選用哪一種電表，電表的基本誤差最大值都在最小分格值的一半以上(3／4格)。因此，當(dāng)指針在兩刻度線之間某一位置時(shí)，再按1／10、1／5、1／2估讀已沒有太大的實(shí)際意義，讀到離指示位置最近的那一條刻度線指示值已經(jīng)足夠，無須在基本誤差范圍內(nèi)再做太細(xì)的估計(jì)。

四、工作位置符號(hào)和絕緣等級(jí)符號(hào)

每一種電表工作時(shí)總要涉及一個(gè)安放的位置問題，同時(shí)作為電表必然有—個(gè)絕緣的規(guī)格要求。工作位置符號(hào)和絕緣等級(jí)符號(hào)明確表達(dá)了這兩項(xiàng)內(nèi)容。了解電表工作時(shí)的安置方式和絕緣性能，這應(yīng)該說是—個(gè)最基本的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是實(shí)驗(yàn)之前必須完成的—個(gè)操作要領(lǐng)。

綜上所述，在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，電表的教學(xué)內(nèi)容雖然不多，但是，其中蘊(yùn)藏的知識(shí)量卻非常豐富。作為教師不能只局限于某幾個(gè)方面內(nèi)容的認(rèn)識(shí)，而直接進(jìn)行多方位的理解和思考，不斷挖掘潛在的知識(shí)，研究內(nèi)在的規(guī)律和體系，這對(duì)于進(jìn)一步提高自身的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力有著十分重要的意義。