初中物理用于测量的带刻度类物理器材有温度计、电流表、电压表、天平、量筒、刻度尺、停表、弹簧秤, 共计 8 种。实验中使用这些器材进行测量时, 学生经常会询问, 要不要估读到对应分度值的下一位? 要不要分次完成多轮的测量再取平均值? 本文将对这 8 类刻度型仪器的读数问题, 结合教材资料与课程标准要求展开探讨。
一、关于误差、估读、平均值、有效数字的问题
误差、估读、平均值全连系有效数字的问题核心, 我们先把这几项关联的知识界定清楚并力求完整覆盖细节以避免出现认知盲区。
1、误差和平均值, 知晓任何实验测量结果都含有误差, 这对初中物理学的学习是相当必要的, 因为假如未能掌握误差的些许初步相关知识, 大概率会让学生误把读取的数字的位数更有越多便认为越准确, 并且后续在学习物理的各类规律时, 尝试借由实验的各类相关数据, 进而推导得出相等、正比、反比之等情况的话也是更加困难重重的, 此时的话我们就能够借助进行多次的测量并且求取所有测量数的平均值之方式, 以此来设法减小误差所带来的相关影响。在需多次测量取平均值的状况下, 必然对每次测量的有效数字位数有相同要求, 而当某次被测值恰巧与刻度线对齐时, 记录结果必须加一个或两个“0”来表达估读到分度值的下一位。
2、当指针（指针式仪器）或当非指针式仪器为被测物体末端时, 待测物体末端需从相邻两刻度间的部分读出来, 也就是估读到分度值下一位（指针式仪器则依表内仪器指针于相邻两刻度间的部分）, 估读为整刻度以外的这部分读数。
3、有效数字。物理实验通常都会带有对应的误差, 所得结果皆为某个具体的近似数。例如, 使用带有毫米刻度的尺子测量课本长度时测得的数据是18.42厘米, 其中处于最末尾处的数字2为估算而得, 属于不可靠数字, 但它依旧具备相应的实际意义, 依然需要完整写出来此类带有一位不可靠数字的近似数字就叫做有效数字。
4、数2.7、2.70、2.700在有效数字里含义有差异；它们分别对应二位、三位还有四位有效数字。记录测量结果的方法、小数最前非零数字之前的0虽表示小数点位置并非有效数字, 可小数末尾的零有意义, 不是随便能舍去或添加的, 数2.7代表最末一位数字7不可靠, 而数2.70和2.700则代表最末一位数字0不可靠, 比如0.92、0.085、0.0063也都是两位有效数字。多位的大数, 像, 倘若并非悉数都是有效数字, 便莫这般写。能够写成为具有一位整数的小数与10乘方之积的式样, 倘若恰好为三位有效数字, 就写成3.65×10^5初中物理读数，倘若是四位有效数字, 便写成3.650×10^5。
计算时有效数字的规则: 许许多多物理量都是从直接的测量结果当中计算得出。测量结果既然是用有效数字予以表示的, 在计算过程中就得遵循那些有效数字的规则: 不可靠数字同别的数字相互加减, 再相除、相乘运算时, 所得的那个结果也是此类不可靠的数字。计算后最后能保留只能一位不可靠数字, 但进行计算过程里, 允许保留有两位不可靠数字, 在最终后再进行四舍五入过程。
有效数字的规则相当复杂, 不要求初中学生掌握。初中物理实验中求取几次测量的平均值的时候, 一般计算题里面保留两位或者三位数字即可。
二、课程标准和教材中对估读和多次测量取平均值的要求。
课程标准规定会测量温度、电流、电压、质量、体积、长度、力等的大小, 教材选取了温度计、电流表、电压表、天平、量筒、刻度尺、停表、弹簧秤等刻度类测量器材, 要求分辨并确定器材的量程以及器材的最小分度值, 依照器材的规范读取工具所指示的器材显示的各项读数。
人教版教材对有效数字, 没有做要求, 也没有要求估读到分度值的下一位, 这是因为日常生活中测量时是不估读的；教材指出日常生活中并不要求很精确, 非得估读反而不必要, 在物理实验中测量往往要更精确一些, 这便需要估读到分度值的下一位, 这里并没有要求一切物理测量都要估读, 是因为中学物理实验中要不要估读到下一位要看需要和可能。
课程标准对有效数字及其估读虽没做出相应要求, 却反而增加了“估测”方面的要求。“理应让学生学习若干常见基本物理相关量的测量做法, 以便使其切实认识到感觉并非绝对可靠。还应当让学生对于物理相应量单位的大小形成感性认知, 逐步发展其对应估测本领。”这般做乃是因为“估测”这项能力于日常生活中颇有用处。对“时间跨度”“长度尺寸”“质量大小”“温度高低”等平常生活里常用的物理对应量要求进行估测, 诸如“分别说出质量大概为几千克、几克的那样一些物件物品”“在缺少钟表与皮尺的前提下估算行走时的平均移动速度”等等诸如此类。在“伏安法测电阻实验”里, 要求“测三组对应的电压值和电流值。按下每组数据分别算出电阻, 最终算出电阻的平均值, 作为被测电阻的阻值。”测电阻是要求多次测量求平均值的实验测量。
就算你估读到分度值的下一位且不只一次地进行测量求取平均值也全都是减小测量误差的手段, 日常生活里的测量大多不这样估读, 可物理实验里的精确测量却非得这般估读不可, 为了减小测量误差同样也要进行不止一次的测量求取平均值, 但我们现行的教材中唯独用刻度尺测量长度时硬性要求你估读得细分到分度值的下一位而已, 也单单只有伏安法测量电阻这个实验才吩咐了你要进行不止一次的测量求取平均值, 其余所有刻度类仪器全部都没明确地提到过关于估读和进行几次测量取平均值的问题, 采用就近读数那类的原则来读取测量获取来的数值便是了。
要求多次测量取平均值那主要是出于两点考虑: 一是作为普通公民需不要求多次测量取平均值来达成更高的精确程度, 对于少数必需那般训练的人待义务教育往后的教育阶段再开展训练不晚；二是在要求多次测量取平均值的情形下, 必定要求每回测量的有效数字位数相符合, 而当每回所测的长度刚刚与刻度线对齐时, 记录读数要加一个或两个“0”来表示估读到分度值下一位, 大多初中学生不明白, 形成教学难点, 若耗费太多时间去战胜这个难点则得不偿失。
三、课程标准和教材对八种测量仪器的读数要求。
八种测量器材使用方法各自全不相同, 但都属刻度类测量器材的它们在使用方法上又有四个完全相同的内容: （一）使用前要将刻度线调节至零位, （二）注测量时涵盖的最大取值范围, （三）看清最小一格对应的长度数值, （四）读取计量结果需看向刻度线所在位置的正前方。
1、温度计。教材提醒要认清温度计的分度值, 从而让学生在运用温度计测量温度期间得以准确读出温度值, 不过原由在于不要求学生估读到分度值的下一位, 像多次测量后求平均值这般操作也并非必需。课标明确要求学生得会实行温度的测量活动, 亦得能说出实际生活空间里常见的几度温度值, 以此助力学生的估测本事获得对应发展。学生在具体教学过程被要求使用温度计, 任意一种皆可, 用前务必要留意它的量程, 并同时认准它的分度值。在此处图的第壹中, 温度计的分度值为二十摄氏度, 即便此中水银柱正处在五十摄氏度至五十二摄氏度的区间之内, 却由于更贴近五十二摄氏度之处, 依据临近这边进行读数的条理来予以开展的话, 温度计所显示出的温度示数乃是五十二摄氏度。
2、电流表、电压表, 课标“会使用电流表和电压表”教材中要求“在读数据之前, 要先确认你使用的量程, 然后根据量程确认每个大格和每个小格所表示的值”, 未提及估读到分度值的下一位及多次测量取平均值的问题。如图2所示若两表所用都是小量程, 电流表的分度值零点零二安, 电压表的分度值零点一伏；虽然电流表的指针在零点三六到零点三八之间但靠近零点三六, 电压表的指针在二点五到二点六之间但靠近二点五, 根据就近读数的原则, 电流表的示数零点三六安, 电压表的示数二点五伏, 不要求估读到分度值下一位。
3、天平。课标“会测固体和液体的质量”“分别说出质量为几千克、几克的一些物品”未限定使用哪种工具, 有较灵活的选择余地初中物理读数第一考试网，发展学生的估测能力。教材“观察天平的称量以及游码标尺上的分度值”, 主要介绍了托盘天平, 如图3所示托盘天平的分度值0.2g, 虽然游码在1.4~1.6之间但靠近1.4, 根据就近读数的原则, 所称物体的质量为16.4g；不要求估读到分度值下一位。
4、量筒。教材要求“观察你的量筒和刻度, 它的量程是多少? 它的每一小格代表多少立方厘米? ”要求读数时, 视线要跟凹面的底部或凸面的顶部相平。图4所示量筒的分度值虽为2mL, 但液面在28到30之间且靠近30, 根据就近读数的原则, 所测液体的体积为30mL, 不要求估读到分度值下一位。
5、刻度尺。课标“能经过日常生活或物品不精确估测长度, 会挑选适用东西对长度加以丈量”。估测方面的要求被增了, 比方“借助步长来估测学校教学楼长度”。教材对刻度尺的分度值、估读数有着清晰要求: “在平凡日子里测量长度并未要求十分精准, 一般情况下是根据所测长度方向末端接近的那个刻度来读取对应的数值。
对了5图中间所测得的那个长度选取为十四Mm物理试验中长度的量测需要追求更高的精准度这一类情况呢就需要我们把数值估算到那个最小刻度值的下一位之上因此咱们对5图中测长度的那个长度值会读取为十四点一毫米这个数值末尾位置处的一那个数字即便是已经估算出的不具备绝对的精确性质可依旧能够为我们传递有用相关的讯息内容它会清楚向我们表明木条此事物自身的长度是在十四与十五Mm范畴里面更为接近更靠近那个十四一点的刻度物体当前所用这把刻度尺则是当下初中物理教材书籍里头对那些带具有刻度标记相关仪器当中仅有的特别明白明确指出过需要估读出分到刻度值下一位的仪器器具哦。
6、停表, 仅能使学生会用钟表测量时间, 时间的测量是更不易估读到分度值下一位的, 课标“能根据日常经验或自然现象粗略估测时间, 会使用适当的工具测量时间”。时间作为最基本的物理量, 人们在生活中也常用到此类事物。估测这一行为在生活里很有价值, 学生需要建立时间长短的基本观念；自然现象与例如太阳的位置、脉搏等事物都可作为估测所需的参照存在。
7、弹簧测力计, 教材要求“认清它的每一小格表示多少牛、零刻度线及弹簧秤的量程”, 没有要求估读到分度值的下一位及多次测量取平均值；课标“会测量力的大小”。如图六所示弹簧测力计的分度值0.2牛, 虽然指针在二点八至三点零之间、但靠近三得根据就近读数的原则, 示数为三牛。
四、估读到分度值下一位的方法。
针对由初中物理要求, 初中物理提及8类刻度仪器, 这类刻度仪器具有分别为1、2、3数单位对应共3种不同的分度值, 进而当出于精确测量需求要给分度值下一位对应数字估读的时候, 必需要依据每款刻度器截然不同的分度情况给予对应数字开展估读。
1、分度值是1个单位〔1/10=0.1〕的有: 分度值是1mm刻度尺、1mL量筒、0~3A电流表（分度值0.1A）、0~3V电压表（分度值0.1V）、10℃的温度计。测量结果只能准确到1个单位, 不准确数字出现在单个单位的下一位, 所以测量结果需估读到分度值的下一位才行, 一般会采用十分之一估读法, 估读数字往往为0、1、2……9, 这就是我们日常常用且惯常使用的估读方法。右图例里2的5上图分度值mm1的刻度尺对估读的读出就是按估读, 单位一未读数14.1mm, 未留一位估到的1就是mm? 用法读的? 不对没啊10。
2、读数末位仅在最小分度同位时, 需把0或1之类同数位偏小数字, 沿分度值二分之一区间的估读方向, 仅在“0、1”的等概率区内, 逐个定位到最小分度同数位的右侧, 以此判定分度值为2个单位的测量组件: 0~0.6A电流表、分度值为0.02A的电流表、分度值为0.2g的天平、图1中20C的温度计、图4中2mL的量筒、图6中0.2N的弹簧秤, 其中只有分度值为0.02A的电流表读数0.05A, 是由准确数字0.04与估读数字0.01按二分之一区间估读法组合的, 若最小分度值未在同一数位上的测量数值, 仅采用等分划度的同数位偏置方式, 其估读操作仅在小单位刻度内进行时, 可能出现读数数值偏小、估计单位量级偏轻的情况。
3、以下为调整后的内容: 分度值是5个单位（½＝0.5）的品类: 具有分度值0.5cm的刻度尺、分度值0.5g的天平、0.5N的弹簧秤、调节范围0~15V的电压表（具分度值0.5V）；对应测量结果有且只能精准到5个单位, 于分度值相同数位且相较其更小的“1、2、3、4”需作估读, 换而言之, 所出现的不准确数字处应与分度值处于单一数位层面；再换句话说, 测量结果的末位需与最小分度位级同位, 只可采取五分之一估读法, 用来估读的数字为0、1、2、3、4。进行额定电压3.8V的小灯泡的额定功率测定实验时, 实验室使用“0~3V、0~15V”型号的电压表没法准确测出额定电压为3.8V的这个负载, 原因是档位为0~15V的电压表分度值是0.5V, 想要读出3.8V的数值只能由精确到读数刻度线的整数、半整数部分的3.5加上估读到分度间的非整度数数值的0.3共同组成。
上述初中物理里的八种测量类器材, 测量时要求估读到分度值下一位的仅有刻度尺, 然而我们也只是习惯了分度值是单个单位器材的估读, 像上面说道的分度值是两个单位、五个单位的测量器具, 估读到分度值下一位的疑问仅作了解, 不做要求。