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在中学物理教学中,对教学仪器进行多角度的了解和认识,进一步提高教师的实验素养,增强教师指导学生实验的能力,这是新时期不断深化教学改革、全面推进素质教育的需要。目前,教师在实验教学中,对电表的使用,特别是对电表的正确连接、量程的正确选择和读数三个方面的教学普遍比较重视。而对电表的其他方面性能和要求的思考显得相对比较薄弱。其实,与电表相关的知识含量相当丰富,除了比较熟悉的刻度及指针、接线柱外,还有电表结构、工作位置、绝缘强度及准确度级别等的标记符号。
一、电表的测量机构
电测量指示仪表是测量各种电学量的仪表,通常简称为电表。中学实验室里常用的电表有指针式和数字式两种,这里主要谈谈指针式电表,它的作用是将被测电学量变换成电表指针偏转角的位移,从而指示出电学量的大小。从结构的功能上看,由测量电路将被测电学量(如电流、电压等)转换为适合测量机构(表头部分)直接测量的电学量(如分流、分压等),由测量机构将被测电学量转换成电表指针偏转角的位移。最常见的测量机构又分为磁电式(动圈式)、电磁式(动铁式)、电动式和感应式等。中学物理实验教学中用的直流电表绝大多数是磁电式电表。
二、电表的准确度等级及表达方式
每种测量仪器都有自己的技术指标,其中准确度是重要的指标之一。如米尺、天平、温度计的最小分度就是它们测量的准确度。而电表的准确度由它的准确度级别决定。我国电表的准确度等级有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等。级别数值越大,准确度越低。由于准确度等级反映的是测量时的指示值与被测量的真实值之间的接近程度,所以,电表的准确度越高,其误差越小。利用电表测量电学量的过程中误差是无法避免的,电表本身的误差也是必然存在的。所谓电表的误差是指测量时指示值与被测量的真实值之间的差异。当电表在规定的工作条件下(如环境温度、湿度、放置方式等)使用时,电表本身所引起的误差为基本误差。就某一电表来说,其基本误差的大小可根据准确度等级的不同标注方式求得。只标级别数字的电表,其基本误差等于量程乘以级别的百分数,用式子表示为:△Xm=±a%×Xm(Xm为电表的量程,a为电表的准确度等级)。
三、刻度读数
利用电表进行电学量的测量,从测量的方法上看,属直接测量,测得的实验结果中包含着多种性质的误差。如果某一实验结果的基本误差(系统误差)小,就认为它的准确度高;如果其实验结果的随机误差(偶然误差)小,就说它的精密度高。二者结合起来以决定实验结果的精确程度(即精确度)。提高实验的精确度,就每一次测量来说,从实际出发,选择合适的电表后,科学地读数是一个十分重要的环节。教师在具体实施“电表测量指示值读法”教学时,实际采用的方法比较多,也比较灵活,可谓是“八仙过海,各显神通”。虽然依据不一致,数值也略有差异,但仍在允许范围内。由于各种电表都对应不同的准确度等级,所以,根据电表的基本误差出发进行读数,在科学性上更有它的独到之处。
目前学校中常用的直流电流表是“0~0.6A~3A”双量程2.5级安培表。
对于0.6A量程档,标尺上每小格为0.02A,△Im=±2.5%×0.6A=±0.015A;
对于3A量程档,标尺上每小格为0.1A,△Im=±2.5%×3A=±0.075A。
常用的低压直流电压表是“0~3V~15V”2.5级伏特表。
对于3V量程档,标尺上每小格为0.1V,△Um=±2.5%×3V=±0.075V; 对于15V量程档,标尺上每小格为0.5V,△Um=±2.5%×15V=±0.38V。
从上面的计算就可看出:无论选用哪一种电表,电表的基本误差最大值都在最小分格值的一半以上(3/4格)。因此,当指针在两刻度线之间某一位置时,再按1/10、1/5、1/2估读已没有太大的实际意义,读到离指示位置最近的那一条刻度线指示值已经足够,无须在基本误差范围内再做太细的估计。
四、工作位置符号和绝缘等级符号
每一种电表工作时总要涉及一个安放的位置问题,同时作为电表必然有—个绝缘的规格要求。工作位置符号和绝缘等级符号明确表达了这两项内容。了解电表工作时的安置方式和绝缘性能,这应该说是—个最基本的实验环节,同时也是实验之前必须完成的—个操作要领。
综上所述,在中学物理实验教学中,电表的教学内容虽然不多,但是,其中蕴藏的知识量却非常丰富。作为教师不能只局限于某几个方面内容的认识,而直接进行多方位的理解和思考,不断挖掘潜在的知识,研究内在的规律和体系,这对于进一步提高自身的实验素养,提高实验教学能力有着十分重要的意义。
一、电表的测量机构
电测量指示仪表是测量各种电学量的仪表,通常简称为电表。中学实验室里常用的电表有指针式和数字式两种,这里主要谈谈指针式电表,它的作用是将被测电学量变换成电表指针偏转角的位移,从而指示出电学量的大小。从结构的功能上看,由测量电路将被测电学量(如电流、电压等)转换为适合测量机构(表头部分)直接测量的电学量(如分流、分压等),由测量机构将被测电学量转换成电表指针偏转角的位移。最常见的测量机构又分为磁电式(动圈式)、电磁式(动铁式)、电动式和感应式等。中学物理实验教学中用的直流电表绝大多数是磁电式电表。
二、电表的准确度等级及表达方式
每种测量仪器都有自己的技术指标,其中准确度是重要的指标之一。如米尺、天平、温度计的最小分度就是它们测量的准确度。而电表的准确度由它的准确度级别决定。我国电表的准确度等级有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等。级别数值越大,准确度越低。由于准确度等级反映的是测量时的指示值与被测量的真实值之间的接近程度,所以,电表的准确度越高,其误差越小。利用电表测量电学量的过程中误差是无法避免的,电表本身的误差也是必然存在的。所谓电表的误差是指测量时指示值与被测量的真实值之间的差异。当电表在规定的工作条件下(如环境温度、湿度、放置方式等)使用时,电表本身所引起的误差为基本误差。就某一电表来说,其基本误差的大小可根据准确度等级的不同标注方式求得。只标级别数字的电表,其基本误差等于量程乘以级别的百分数,用式子表示为:△Xm=±a%×Xm(Xm为电表的量程,a为电表的准确度等级)。
三、刻度读数
利用电表进行电学量的测量,从测量的方法上看,属直接测量,测得的实验结果中包含着多种性质的误差。如果某一实验结果的基本误差(系统误差)小,就认为它的准确度高;如果其实验结果的随机误差(偶然误差)小,就说它的精密度高。二者结合起来以决定实验结果的精确程度(即精确度)。提高实验的精确度,就每一次测量来说,从实际出发,选择合适的电表后,科学地读数是一个十分重要的环节。教师在具体实施“电表测量指示值读法”教学时,实际采用的方法比较多,也比较灵活,可谓是“八仙过海,各显神通”。虽然依据不一致,数值也略有差异,但仍在允许范围内。由于各种电表都对应不同的准确度等级,所以,根据电表的基本误差出发进行读数,在科学性上更有它的独到之处。
目前学校中常用的直流电流表是“0~0.6A~3A”双量程2.5级安培表。
对于0.6A量程档,标尺上每小格为0.02A,△Im=±2.5%×0.6A=±0.015A;
对于3A量程档,标尺上每小格为0.1A,△Im=±2.5%×3A=±0.075A。
常用的低压直流电压表是“0~3V~15V”2.5级伏特表。
对于3V量程档,标尺上每小格为0.1V,△Um=±2.5%×3V=±0.075V; 对于15V量程档,标尺上每小格为0.5V,△Um=±2.5%×15V=±0.38V。
从上面的计算就可看出:无论选用哪一种电表,电表的基本误差最大值都在最小分格值的一半以上(3/4格)。因此,当指针在两刻度线之间某一位置时,再按1/10、1/5、1/2估读已没有太大的实际意义,读到离指示位置最近的那一条刻度线指示值已经足够,无须在基本误差范围内再做太细的估计。
四、工作位置符号和绝缘等级符号
每一种电表工作时总要涉及一个安放的位置问题,同时作为电表必然有—个绝缘的规格要求。工作位置符号和绝缘等级符号明确表达了这两项内容。了解电表工作时的安置方式和绝缘性能,这应该说是—个最基本的实验环节,同时也是实验之前必须完成的—个操作要领。
综上所述,在中学物理实验教学中,电表的教学内容虽然不多,但是,其中蕴藏的知识量却非常丰富。作为教师不能只局限于某几个方面内容的认识,而直接进行多方位的理解和思考,不断挖掘潜在的知识,研究内在的规律和体系,这对于进一步提高自身的实验素养,提高实验教学能力有着十分重要的意义。