指針刻度式電表讀數問題爭論幾時休

楊明炳

(昆明市第三中學 云南 昆明 650000)

指針刻度式電表讀數問題爭論幾時休

楊明炳

(昆明市第三中學 云南 昆明 650000)

刻度式電表讀數問題，在中學物理教學中爭論了多年，一直沒能達成共識．在查閱大學教材及相關文獻的基礎上，認為問題的關鍵在于用刻度式讀數方法得到的讀數結果與測量值有效數字表達的不一致所造成，因而主張測量值的有效數字應由測量工具的準確程度決定．

刻度式電表 讀數方法 有效數字

1 問題提出

到底應該如何正確理解和看待指針刻度式電表讀數問題，本文在此試圖做些個人探討．

2 問題探討

眾所周知，電表的等級是反映電表精密程度的指標，是在評估誤差時才用得到，讀數時是不必顧及的．從每年高考試題來看，涉及指針刻度式電表讀數的試題中也從未說明是什么級別的電表，因此讀數時我們并不涉及電表級別問題．

下面我們來探討對均勻刻度表盤的電表的估讀問題．假如指針在最小刻度的正中間，則各分度的電表估讀結果如表1所示．

表1 各分度電表估讀結果

若增加參考標尺，即將每大格再等分為10小格，如表2所示．這相當于精度提高一個數量級，若原來的不可靠數變為可靠數，則說明估讀合理．由表2看出，表1所示的估讀結果是正確的．

表2 增加參考標尺后估讀結果

基于此，筆者認為，對最小刻度分別是“1”、“2”、“5”的指針刻度式電表讀數，應該按照表3所示的估讀方法來操作，才是符合測量基本要求的．

表3 筆者認為符合測量基本要求的估讀方法

為了對本文探討問題有進一步清楚認識，我們不妨再來探討一下幾道高考試題．

【例1】2010年高考全國大綱卷中的第23題(4)中的電流表讀數問題，如圖1所示．

圖1 例1題圖

【例2】2010年高考全國課程標準卷第23題中電流表的讀數問題，如圖2所示．本題所給參考答案為115.0 mA，所存在的問題與例1中相同．

圖2 例2題圖

【例3】(2009年高考安徽卷第21題)用多用電表進行了幾次測量，指針分別處于a和b的位置，如圖3所示．若多用電表的選擇開關處于下面表格中所指的擋位，a和b的相應讀數是多少？請填在表格中．

圖3 例3題圖

指針位置選擇開關所處擋位讀 數a直流電流100mA mA直流電壓2.5V Vb電阻×100 Ω

本題對直流電流100 mA擋位指針位置選擇a時的讀數所給出的參考答案為：“23.0”．可是，題目中給出的圖3，其表盤、指針位置及量程完全取自人教版教材(2007年1月第二版)選修3-1第二章第8節習題中第1題的圖，而教師用書中所給的答案為22.8 mA．該書2010年4月第三版將該題放到第二章第9節“問題與練習”中，并將“直流電流100 mA擋改為“直流電流50 mA擋”，同時教師用書所給答案為11.4 mA．顯然，第三版教材已注意到量程分度值與有效數字的關系，其量程分度值為“1 mA/小格”，不可靠位數在十分位，應該說是對第二版中“2 mA/小格”不可靠位數取到十分位這一不妥做法的修改[8]．就本題參考答案“23.0”而言，是不合理的．

2011年高考全國Ⅰ卷再次考查電表讀數，但從考試中心給出的試題參考答案看，透射出兩點信息：一是歐姆表要估讀；二是電壓、電流表估讀的依據是在弄清“量程分度值”的前提下進行．

事實上，2010年之后的高考，雖然也多次考過電表讀數的題，但都已不再有爭議．所以，在用刻度式電表測量時，只要按照“讀數時格數乘精度，記錄時審核有效數”，就不會產生爭議．

總之，刻度式讀數的參考標尺，所標數字以及半長刻線、短刻線都是為了讀數方便而做出的標識，在不同量程下代表的值不同．考慮到刻線有寬度、指針有寬度且長度有限、人眼分辨能力等因素，因此制作成不同等級的電表用于不同精度要求的測量中．對于一塊給定的電表，讀數時只要認清量程分度值，即可以讀出可靠數，并估讀出不可靠數(只能是一位)，稱為“測量的有效數字”，即為本次的測量值．記錄測量值時必須與儀表精度一致，有效數字位數必須是一致的，并非是“見到刻線就補零”！

中學實驗室中的電流表、電壓表都是30小格的電表．對量程為0.6 A的電流表，量程分度值為

3 一點建議

由于電表使用過程中，指針不可能都指在刻線上，即估讀是必然要面對的問題，是高中物理教學中無法回避的問題，因此，希望在教材中給出示例，或是教師用書中給出明確要求，統一估讀原則，不要再讓教師各自鉆研，成為教學的一個痛點，也不要讓學生無所適從；另外，高考命題時，對所給答案略做說明，不要讓廣大教師盲目去猜、去揣摩，耗時無功．

1 張輝.從高考答案中看電表讀數規則.理科考試研究，2011

2 毛宗致.指針刻度式電表讀數方法探討.中學物理教學參考，2013(9)：32～33

3 林進取.也談指針刻度式電表讀數方法.中學物理教學參考，2014(1-2)：56～58

4 林明華.高中物理實驗中電表讀數問題探討.物理教學探討，2012(10)：28～29

5 范青林.高考指針式電表讀數“潛規則”探討.物理教學探討，2016(8)：46

6 魏懷鵬，展永.大學物理實驗.天津：天津大學出版社，2004

7 王銀豐，等主編.大學物理實驗.北京：機械工業出版社，2005

8 張維善.人教版教材選修3-1.北京：人民教育出版社，2005.68

2017-02-10)