中學(xué)物理測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)方法

殷漢卿 鹿煒鋒

中學(xué)物理中常用到的測(cè)量?jī)x器有①測(cè)長(zhǎng)度儀器：刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器；②測(cè)時(shí)間儀器：秒表、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電火花計(jì)時(shí)器)；③測(cè)力儀器：彈簧秤；④測(cè)溫度儀器：溫度計(jì)；⑤電學(xué)測(cè)量?jī)x器：電壓表、電流表、多用電表、電阻箱等。其使用和讀數(shù)是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中基本的要求，也是歷年來高考實(shí)驗(yàn)考查的熱點(diǎn)。因此了解測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)規(guī)則，掌握測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)方法是非常必要的。

1測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)規(guī)則

一切測(cè)量都存在誤差，測(cè)量誤差出現(xiàn)在哪一位，讀數(shù)就相應(yīng)讀到哪一位，直接測(cè)量中讀出的測(cè)量值的有效數(shù)字的最后一位要與讀數(shù)誤差所在的一位對(duì)齊。中學(xué)階段一般根據(jù)測(cè)量?jī)x器的最小分度確定誤差出現(xiàn)的位置，常用測(cè)量?jī)x器按下述方法讀數(shù)。

對(duì)于最小分度是“1”的儀器，測(cè)量誤差出現(xiàn)在下一位，下一位按十分之幾估讀；最小分度是“2”的儀器。測(cè)量誤差出現(xiàn)在同一位上，同一位按二分之一估讀。即估讀最小分度的半小格，不足半小格的舍去，等于或超過半小格的按半小格估讀；最小分度是“5”的儀器，按五分之一估讀，估讀五分之幾小格。不需要估讀的情況直接讀出儀器示數(shù)即可。

2測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)方法

2.1需要估讀的儀器

2.1.1刻度尺

常用刻度尺的最小分度為1mm，讀數(shù)時(shí)，刻度尺的刻度線要緊貼待測(cè)物，直接讀出毫米以上的數(shù)值。毫米以下的數(shù)值靠目測(cè)估讀一位，估讀到最小刻度的1／10。

2.1.2螺旋測(cè)微器

螺旋測(cè)微器的刻度包括固定刻度和可動(dòng)刻度，讀數(shù)時(shí)，以可動(dòng)刻度的邊緣為準(zhǔn)，讀出固定刻度上上下刻度線的總條數(shù)n(半毫米的整數(shù)倍)，再以固定刻度上刻度的分界線(中心線)為準(zhǔn)，讀出可動(dòng)刻度上的刻度線條數(shù)k(包括估讀數(shù))。其測(cè)量長(zhǎng)度表達(dá)式為L(zhǎng)=(0.5n+0.01k)mm。可動(dòng)刻度的最小分度是“5”，要估讀到1／5，如果可動(dòng)刻度的讀數(shù)是整刻度，要在讀數(shù)后面補(bǔ)零，要保證有效數(shù)字的位數(shù)為小數(shù)點(diǎn)后面有三個(gè)有效數(shù)字。

2.1.3彈簧秤

彈簧秤的測(cè)力原理是根據(jù)胡克定律。因此刻度是均勻的，中學(xué)常用的彈簧秤的量程是5N，最小刻度是0.1N，讀數(shù)時(shí)要正對(duì)平視，讀出最小刻度所示的數(shù)值后，再估讀一位。即小數(shù)點(diǎn)后面有兩個(gè)有效數(shù)字。

2.1.4電壓表和電流表

中學(xué)常用的直流電流表的量程為0-0.6A-3A，直流電壓表的量程為0-3V-15V，電流表和電壓表的讀數(shù)誤差，反映的主要是他們的系統(tǒng)誤差。讀數(shù)時(shí)應(yīng)使視線垂直于刻度表面，其中3V和3A量程的最小分度是0.1V和0.1A，按十分之幾來估讀；15V量程的最小分度是0.5V，按0.5V的五分之幾來估讀；0.6A量程的最小分度是0.02A，按0.02A的二分之一估讀；等于或超過0.02A的二分之一(即0.01A)時(shí)，按0.01A估讀，不足則舍去。

2.1.5多用電表

用多用電表測(cè)量電流和電壓時(shí)，讀數(shù)方法與電流表和電壓表相同，只是指針示數(shù)要乘以相應(yīng)量程的倍率。對(duì)于有些規(guī)格的多用電表，有一個(gè)單獨(dú)量程的交流電壓檔，測(cè)量這個(gè)量程的電壓時(shí)，要從這個(gè)量程的刻度讀數(shù)。

2.1.6溫度計(jì)

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中常用溫度計(jì)的最小分度有1℃，0.5℃，0.2℃等，按照讀數(shù)規(guī)則，分別估讀到最小分度的1／10，1／5，1／2。讀數(shù)時(shí)，溫度計(jì)不能離開被測(cè)物體(體溫計(jì)除外)，眼睛要正對(duì)液柱的凸(或凹)彎月面的水平切線位置。

2.2不需要估讀的儀器

2.2.1游標(biāo)卡尺

對(duì)游標(biāo)卡尺的末位不要求再估讀，讀數(shù)時(shí)，先讀整數(shù)，看游標(biāo)尺左邊，主尺第一分度線的數(shù)值，即為毫米以上的整數(shù)值。然后再讀小數(shù)，看游標(biāo)尺零線右邊第幾分度線與主尺分度線對(duì)齊，即可讀出小數(shù)值。如果游標(biāo)卡尺的精度為0.1，那么測(cè)量結(jié)果(游標(biāo)尺上第n個(gè)格與主尺上的刻度線對(duì)齊時(shí))為：主尺上的毫米數(shù)+0.1n，如果精度為0.05，測(cè)量結(jié)果為：主尺上的毫米數(shù)+0.05n。如果在讀數(shù)時(shí)遇到游標(biāo)上沒有一根刻度線與主尺刻度線對(duì)齊，則選擇最靠近的一根線讀數(shù)，有效數(shù)字的末位與游標(biāo)卡尺的精度對(duì)齊，不需要另在有效數(shù)字末位補(bǔ)“0”表示游標(biāo)卡尺的最小分度值。

2.2.2秒表

機(jī)械秒表有兩個(gè)指針，長(zhǎng)針是秒針，指示大圓圈的刻度，其最小分度一般是0.1s，秒針轉(zhuǎn)一圈是30s；短針是分針，其最小分度值常見為0.5min，讀數(shù)時(shí)，當(dāng)所測(cè)時(shí)間超過0.5min時(shí)，0.5min整數(shù)部分由分針讀出，不足0.5min部分由秒針讀出，總時(shí)間為兩針示數(shù)之和。由于機(jī)械秒表采用齒輪傳動(dòng)，每0.1s秒針跳躍一次。指針不可能停在兩小格之間，所以不能估讀出比最小刻度更小的時(shí)間，因而秒表讀數(shù)時(shí)一般不估讀。

2.2.3多用電表

用多用電表測(cè)電阻時(shí)。由于歐姆檔表盤不均勻，難于估讀，測(cè)量結(jié)果只需取兩位有效數(shù)字，在零值附近和無限大值附近很難比較準(zhǔn)確地讀出被測(cè)電阻的數(shù)值(誤差很大)，在測(cè)量時(shí)。選檔的依據(jù)是使指針位于中央附近，通常按大量程檔向小量程檔次序選擇。讀數(shù)時(shí)要用與選擇開關(guān)的檔位相應(yīng)的刻度讀數(shù)，表針示數(shù)乘以量程倍率數(shù)，即為待測(cè)電阻的阻值。

2.2.4打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)原理相同，都是當(dāng)電源頻率是50Hz時(shí)，每隔0.02s打一次點(diǎn)，紙帶上相鄰兩個(gè)點(diǎn)之間的時(shí)間就是0.02s。其誤差主要是系統(tǒng)誤差，因此測(cè)量的時(shí)間無須估讀。

2.2.5電阻箱

電阻箱是由多個(gè)電阻串聯(lián)而成的，電阻的阻值直接從電阻箱上的示數(shù)讀出。即每檔指示數(shù)乘以相應(yīng)倍率后相加的總和。

另外在單擺測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)中。擺長(zhǎng)是指從懸點(diǎn)到球心的距離，零刻度難于接觸懸點(diǎn)，球心位置不準(zhǔn)，所以用最小刻度是毫米的刻度尺也不估讀，讀到毫米即可。