基于高考要求談基本儀器的讀數規則
——以2015年高考物理題為例

沈祖榮

(江蘇省木瀆高級中學,江蘇　蘇州　215101)

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基于高考要求談基本儀器的讀數規則
——以2015年高考物理題為例

沈祖榮

(江蘇省木瀆高級中學,江蘇蘇州215101)

摘要：基本儀器、儀表的讀數是高中物理實驗的基本技能，讀數問題有的簡單、有的復雜.本文以2015年高考物理題為例,以刻度尺、電表、彈簧秤、游標卡尺和螺旋測微器等為例,談這些基本儀器、儀表基于高考要求的讀數規則.

關鍵詞：高考物理;基本儀器;讀數規則

1問題的提出

物理學是一門以實驗為基礎的學科,物理實驗中會使用基本儀器、儀表,基本儀器、儀表的讀數是實驗的基本技能.這些讀數中,有些是簡單的，而有些是很專業、很復雜的，比如同樣是電流表或電壓表,不同量程時讀數難度是不一樣的.在一般情況下，若最小刻度“逢1”時,讀數同毫米刻度尺即可,若最小刻度是“逢2”,嚴格意義來講要二分之一估讀,若“逢5”,嚴格意義來講要五分之一估讀.基于高中學生知識水平所限,“逢2”或“逢5”的“估讀”方法又很復雜,對這類估讀就不作要求.那么高中物理中這么多儀器、儀表的讀數,到底該如何讀數？有沒有基于高考要求的標準呢？本文以2015年高考物理題為例,就刻度尺、電表表盤、彈簧秤、游標卡尺和螺旋測微器等,談談這些基本儀器、儀表基于高考要求的讀數規則.

2基本儀器、儀表的讀數規則

2.1刻度尺的讀數規則

刻度尺是長度測量的工具,也是最基本的實驗器材,會讀刻度尺是最基本的實驗技能,刻度尺的讀數也是高考出題的熱點.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讀數.

刻度尺的讀數規則:首先應明確最小刻度,然后是估讀到最小刻度的下一位.讀數結果的有效數字由精確到最小刻度的數字和帶有一位估讀數字組成.一般刻度尺的最小刻度都是“逢1”的,此時務必做到十分之一估讀.

例1(2015年四川卷):某同學在“探究彈力和彈簧伸長的關系”時,安裝好實驗裝置,讓刻度尺零刻度與彈簧上端平齊,在彈簧下端掛1個鉤碼,靜止時彈簧長度為l1,如圖1所示.圖2是此時固定在彈簧掛鉤上的指針在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大圖,示數l1=___________cm.在彈簧下端分別掛2個、3個、4個、5個相同鉤碼,靜止時彈簧長度分別是l2、l3、l4、l5.已知每個鉤碼質量是50g,掛2個鉤碼時,彈簧彈力F2=___________N(當地重力加速度g=9.8m/s2).要得到彈簧伸長量x,還需要測量的是___________.作出F-x圖線,得到彈力與彈簧伸長量的關系.(本題參考答案:25.85;0.98;彈簧原長)

本例讀數按照毫米刻度尺的讀數規則,最小刻度為毫米,所以精確讀到258mm,即25.8cm;毫米下一位估讀為0.5mm,即0.05cm,讀數結果為25.85cm.本題中也可估讀為25.84cm或25.86cm.

刻度尺的讀數是高中物理最基礎的實驗技能,刻度尺讀數結果包括精確值、估讀值和單位.教學過程中不僅應指導學生明確最小刻度的精確值、最小刻度下一位的估讀值等讀數規則,還不能忘了單位,只有數值沒有單位的讀數結果是沒有意義的.

2.2電表的讀數規則

電表示數,包括電流表、電壓表和歐姆表等的示數.電表的讀數是電學實驗的基本技能,經常是高考物理卷的出題熱點.2015年物理高考中,江蘇卷、全國卷Ⅰ、廣東卷、海南卷、福建卷以及浙江卷等都考到了電表的讀數.

2.2.1電流表和電壓表的讀數

電流表和電壓表的讀數規則為:首先認準量程,電流表、電壓表一般都有幾個量程,然后看最小刻度.基于高中電學實驗所用電流表和電壓表準確度較低等原因,對估讀不作要求.

例2(2015年江蘇卷):小明利用如圖3所示的實驗裝置測量一干電池的電動勢和內阻.圖3中電流表的示數為___________A.

圖3

由圖3可知電流表所接量程為0.6A,此量程的最小刻度為0.02A,基于高中要求,不需估讀,所以本題的電流表示數為0.44A.

類似的還有彈簧秤的讀數,如2011年江蘇卷第10題中第(1)小題:某同學用如圖4所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”.彈簧測力計A掛于固定點P,下端用細線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細線系于O點,手持另一端向左拉,使結點O靜止在某位置.分別讀出彈簧測力計A和B的示數,并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向.本實驗用的彈簧測力計示數的單位為N,圖4中A的示數為___________N.

圖4

如圖4中，A彈簧稱的最小刻度為0.2N,本題由于對準3.6刻度位置,所以應讀作3.60N,但基于高中對“逢2”估讀不作要求,故本題圖4中A的示數結果也可以是3.6N.

上述兩題最小刻度均不是“逢1”而是“逢2”,這類刻度嚴格按照讀數規則時很復雜,但這兩題均為高考題,從高考題得到啟示,考這類不是“逢1”的讀數題時,指針均指在對準的刻度上,給出的結果均可讀到最小刻度,無需估讀.明確基于高中的讀數要求,可降低讀數難度,有助于教學的減負增效.

2.2.2歐姆表的讀數

歐姆表的讀數規則為:歐姆表讀數包括倍率和表盤示數兩部分,即示數=表盤示數與倍率的乘積.歐姆表表盤的刻度不均勻,讀數要求比電流表或電壓表還要低,對于表盤的示數只需粗讀.

例3(2015年廣東卷):實驗小組研究兩個未知元件X和Y的伏安特性,使用的器材包括電壓表(內阻約為3kΩ)、電流表(內阻約為1Ω)、定值電阻等.

使用多用電表粗測元件X的電阻.選擇“×1”歐姆檔測量,示數如圖5(a)所示,讀數為___________Ω.據此應選擇圖5中的___________(填“b”或“c”)電路進行實驗.

圖5

本題提供的答案為:10，b. 歐姆表選用的為“×1”檔,指針對準刻度10,基于高中讀數要求,圖5(a)歐姆表的示數為10Ω.

類似規則還有秒表的讀數,如某同學在做“利用單擺測重力加速度”實驗中,先測得擺線長為97.50cm,擺球直徑為2.0cm,然后用秒表記錄了單擺振動50次所用的時間,如圖6所示.則該秒表所示讀數為___________s.

圖6

按照秒表的讀數規則,先讀小圈示數為1.5min,即為90s,對于秒表雖然是最小刻度為0.1s,但由于秒表機械構造和高中要求,只需讀到0.1s,不需估讀,所以大圈示數為9.8s,最終該秒表所示讀數為99.8s.

以上兩題有兩個共同特點,即一是讀數數值均由兩部分組成,二是均不需估讀.教學過程中指導學生明確此類儀器、儀表的機械構造、原理及上述兩個特點,即可避免讀數錯誤,做到正確讀數.

2.3游標卡尺和螺旋測微器的讀數

游標卡尺的讀數規則為:首先確定游標卡尺的規格,此處簡稱“N等分”尺,基于高中物理要求的N有10等分、20等分和50等分三種規格;然后確定“大范圍”,即指游標尺的零刻度所指處主尺刻度的大致位置;第三步是看主尺刻度與游標尺刻度對得最準時,在游標尺上的“格數”,此處數“格數”時不需估讀.

螺旋測微器的讀數規則:首先確定“大范圍”,即指主尺上刻度;然后看螺旋尺的讀數,此處讀螺旋尺時需讀至最小刻度的下一位.

游標卡尺和螺旋測微器的讀數是各類考試的熱點,也是歷年高考的高頻考點.

例4(2015年海南卷):同學利用游標卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度,測量結果如圖7(a)和(b)所示.該工件的直徑為___________cm,高度為___________mm.

圖7

本題的第二空為螺旋測微器的讀數,按照螺旋測微器的讀數規則,首先確定主尺刻度6.5mm這個“大范圍”;然后螺旋尺與主尺線所對應的螺旋尺的讀數是36.0格,此處的最后一位“0”是估讀值;最后得出讀數結果為6.5mm+0.01×36.0mm=6.860mm.

游標卡尺和螺旋測微器是高中物理實驗中測量長度的重要器材,兩者的原理比較復雜,基于高考要求,對兩者的原理不做要求,即只要求會兩者的讀數即可.在高中物理教學中,無需要求學生掌握兩者的原理,這樣可減輕學生的學業負擔.

在歷年的考試說明中，實驗部分對高中物理實驗中常見的基本儀器、儀表,如刻度尺、彈簧秤、天平、電壓表、電流表、歐姆表、游標卡尺和螺旋測微器等都提出了“會使用”的要求.作為基礎階段的高中學生不需要掌握那些復雜的讀數規則,高考考查這類題目時也會降低要求.本文借助2015年高考真題,闡述了基于高考要求的基本儀器、儀表的讀數規則.去繁化簡,有助于指導高中物理實驗教學目標的準確定位,也有助于物理教學的減負增效.

參考文獻：

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