沈祖榮

(江蘇省木瀆高級(jí)中學(xué),江蘇　蘇州　215101)

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基于高考要求談基本儀器的讀數(shù)規(guī)則
——以2015年高考物理題為例

沈祖榮

(江蘇省木瀆高級(jí)中學(xué),江蘇蘇州215101)

摘要：基本儀器、儀表的讀數(shù)是高中物理實(shí)驗(yàn)的基本技能，讀數(shù)問(wèn)題有的簡(jiǎn)單、有的復(fù)雜.本文以2015年高考物理題為例,以刻度尺、電表、彈簧秤、游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器等為例,談這些基本儀器、儀表基于高考要求的讀數(shù)規(guī)則.

關(guān)鍵詞：高考物理;基本儀器;讀數(shù)規(guī)則

1問(wèn)題的提出

物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,物理實(shí)驗(yàn)中會(huì)使用基本儀器、儀表,基本儀器、儀表的讀數(shù)是實(shí)驗(yàn)的基本技能.這些讀數(shù)中,有些是簡(jiǎn)單的，而有些是很專(zhuān)業(yè)、很復(fù)雜的，比如同樣是電流表或電壓表,不同量程時(shí)讀數(shù)難度是不一樣的.在一般情況下，若最小刻度“逢1”時(shí),讀數(shù)同毫米刻度尺即可,若最小刻度是“逢2”,嚴(yán)格意義來(lái)講要二分之一估讀,若“逢5”,嚴(yán)格意義來(lái)講要五分之一估讀.基于高中學(xué)生知識(shí)水平所限,“逢2”或“逢5”的“估讀”方法又很復(fù)雜,對(duì)這類(lèi)估讀就不作要求.那么高中物理中這么多儀器、儀表的讀數(shù),到底該如何讀數(shù)？有沒(méi)有基于高考要求的標(biāo)準(zhǔn)呢？本文以2015年高考物理題為例,就刻度尺、電表表盤(pán)、彈簧秤、游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器等,談?wù)勥@些基本儀器、儀表基于高考要求的讀數(shù)規(guī)則.

2基本儀器、儀表的讀數(shù)規(guī)則

2.1刻度尺的讀數(shù)規(guī)則

刻度尺是長(zhǎng)度測(cè)量的工具,也是最基本的實(shí)驗(yàn)器材,會(huì)讀刻度尺是最基本的實(shí)驗(yàn)技能,刻度尺的讀數(shù)也是高考出題的熱點(diǎn).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(shù).

刻度尺的讀數(shù)規(guī)則:首先應(yīng)明確最小刻度,然后是估讀到最小刻度的下一位.讀數(shù)結(jié)果的有效數(shù)字由精確到最小刻度的數(shù)字和帶有一位估讀數(shù)字組成.一般刻度尺的最小刻度都是“逢1”的,此時(shí)務(wù)必做到十分之一估讀.

例1(2015年四川卷):某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”時(shí),安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,讓刻度尺零刻度與彈簧上端平齊,在彈簧下端掛1個(gè)鉤碼,靜止時(shí)彈簧長(zhǎng)度為l1,如圖1所示.圖2是此時(shí)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(shù)l1=___________cm.在彈簧下端分別掛2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)相同鉤碼,靜止時(shí)彈簧長(zhǎng)度分別是l2、l3、l4、l5.已知每個(gè)鉤碼質(zhì)量是50g,掛2個(gè)鉤碼時(shí),彈簧彈力F2=___________N(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.8m/s2).要得到彈簧伸長(zhǎng)量x,還需要測(cè)量的是___________.作出F-x圖線(xiàn),得到彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系.(本題參考答案:25.85;0.98;彈簧原長(zhǎng))

本例讀數(shù)按照毫米刻度尺的讀數(shù)規(guī)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(shù)結(jié)果為25.85cm.本題中也可估讀為25.84cm或25.86cm.

刻度尺的讀數(shù)是高中物理最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)技能,刻度尺讀數(shù)結(jié)果包括精確值、估讀值和單位.教學(xué)過(guò)程中不僅應(yīng)指導(dǎo)學(xué)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(shù)規(guī)則,還不能忘了單位,只有數(shù)值沒(méi)有單位的讀數(shù)結(jié)果是沒(méi)有意義的.

2.2電表的讀數(shù)規(guī)則

電表示數(shù),包括電流表、電壓表和歐姆表等的示數(shù).電表的讀數(shù)是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技能,經(jīng)常是高考物理卷的出題熱點(diǎn).2015年物理高考中,江蘇卷、全國(guó)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(shù).

2.2.1電流表和電壓表的讀數(shù)

電流表和電壓表的讀數(shù)規(guī)則為:首先認(rèn)準(zhǔn)量程,電流表、電壓表一般都有幾個(gè)量程,然后看最小刻度.基于高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)所用電流表和電壓表準(zhǔn)確度較低等原因,對(duì)估讀不作要求.

例2(2015年江蘇卷):小明利用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量一干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.圖3中電流表的示數(shù)為_(kāi)__________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(shù)為0.44A.

類(lèi)似的還有彈簧秤的讀數(shù),如2011年江蘇卷第10題中第(1)小題:某同學(xué)用如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”.彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P,下端用細(xì)線(xiàn)掛一重物M.彈簧測(cè)力計(jì)B的一端用細(xì)線(xiàn)系于O點(diǎn),手持另一端向左拉,使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置.分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線(xiàn)的方向.本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的單位為N,圖4中A的示數(shù)為_(kāi)__________N.

圖4

如圖4中，A彈簧稱(chēng)的最小刻度為0.2N,本題由于對(duì)準(zhǔn)3.6刻度位置,所以應(yīng)讀作3.60N,但基于高中對(duì)“逢2”估讀不作要求,故本題圖4中A的示數(shù)結(jié)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(lèi)刻度嚴(yán)格按照讀數(shù)規(guī)則時(shí)很復(fù)雜,但這兩題均為高考題,從高考題得到啟示,考這類(lèi)不是“逢1”的讀數(shù)題時(shí),指針均指在對(duì)準(zhǔn)的刻度上,給出的結(jié)果均可讀到最小刻度,無(wú)需估讀.明確基于高中的讀數(shù)要求,可降低讀數(shù)難度,有助于教學(xué)的減負(fù)增效.

2.2.2歐姆表的讀數(shù)

歐姆表的讀數(shù)規(guī)則為:歐姆表讀數(shù)包括倍率和表盤(pán)示數(shù)兩部分,即示數(shù)=表盤(pán)示數(shù)與倍率的乘積.歐姆表表盤(pán)的刻度不均勻,讀數(shù)要求比電流表或電壓表還要低,對(duì)于表盤(pán)的示數(shù)只需粗讀.

例3(2015年廣東卷):實(shí)驗(yàn)小組研究?jī)蓚€(gè)未知元件X和Y的伏安特性,使用的器材包括電壓表(內(nèi)阻約為3kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為1Ω)、定值電阻等.

使用多用電表粗測(cè)元件X的電阻.選擇“×1”歐姆檔測(cè)量,示數(shù)如圖5(a)所示,讀數(shù)為_(kāi)__________Ω.據(jù)此應(yīng)選擇圖5中的___________(填“b”或“c”)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

圖5

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

類(lèi)似規(guī)則還有秒表的讀數(shù),如某同學(xué)在做“利用單擺測(cè)重力加速度”實(shí)驗(yàn)中,先測(cè)得擺線(xiàn)長(zhǎng)為97.50cm,擺球直徑為2.0cm,然后用秒表記錄了單擺振動(dòng)50次所用的時(shí)間,如圖6所示.則該秒表所示讀數(shù)為_(kāi)__________s.

圖6

按照秒表的讀數(shù)規(guī)則,先讀小圈示數(shù)為1.5min,即為90s,對(duì)于秒表雖然是最小刻度為0.1s,但由于秒表機(jī)械構(gòu)造和高中要求,只需讀到0.1s,不需估讀,所以大圈示數(shù)為9.8s,最終該秒表所示讀數(shù)為99.8s.

以上兩題有兩個(gè)共同特點(diǎn),即一是讀數(shù)數(shù)值均由兩部分組成,二是均不需估讀.教學(xué)過(guò)程中指導(dǎo)學(xué)生明確此類(lèi)儀器、儀表的機(jī)械構(gòu)造、原理及上述兩個(gè)特點(diǎn),即可避免讀數(shù)錯(cuò)誤,做到正確讀數(shù).

2.3游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器的讀數(shù)

游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則為:首先確定游標(biāo)卡尺的規(guī)格,此處簡(jiǎn)稱(chēng)“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(guī)格;然后確定“大范圍”,即指游標(biāo)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(biāo)尺刻度對(duì)得最準(zhǔn)時(shí),在游標(biāo)尺上的“格數(shù)”,此處數(shù)“格數(shù)”時(shí)不需估讀.

螺旋測(cè)微器的讀數(shù)規(guī)則:首先確定“大范圍”,即指主尺上刻度;然后看螺旋尺的讀數(shù),此處讀螺旋尺時(shí)需讀至最小刻度的下一位.

游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器的讀數(shù)是各類(lèi)考試的熱點(diǎn),也是歷年高考的高頻考點(diǎn).

例4(2015年海南卷):同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器分別測(cè)量一圓柱體工件的直徑和高度,測(cè)量結(jié)果如圖7(a)和(b)所示.該工件的直徑為_(kāi)__________cm,高度為_(kāi)__________mm.

圖7

本題的第二空為螺旋測(cè)微器的讀數(shù),按照螺旋測(cè)微器的讀數(shù)規(guī)則,首先確定主尺刻度6.5mm這個(gè)“大范圍”;然后螺旋尺與主尺線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的螺旋尺的讀數(shù)是36.0格,此處的最后一位“0”是估讀值;最后得出讀數(shù)結(jié)果為6.5mm+0.01×36.0mm=6.860mm.

游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器是高中物理實(shí)驗(yàn)中測(cè)量長(zhǎng)度的重要器材,兩者的原理比較復(fù)雜,基于高考要求,對(duì)兩者的原理不做要求,即只要求會(huì)兩者的讀數(shù)即可.在高中物理教學(xué)中,無(wú)需要求學(xué)生掌握兩者的原理,這樣可減輕學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān).

在歷年的考試說(shuō)明中，實(shí)驗(yàn)部分對(duì)高中物理實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)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(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器等都提出了“會(huì)使用”的要求.作為基礎(chǔ)階段的高中學(xué)生不需要掌握那些復(fù)雜的讀數(shù)規(guī)則,高考考查這類(lèi)題目時(shí)也會(huì)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(shù)規(guī)則.去繁化簡(jiǎn),有助于指導(dǎo)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的準(zhǔn)確定位,也有助于物理教學(xué)的減負(fù)增效.

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