高 霞 吳曉紅

一、計(jì)量儀器

計(jì)量儀器是指將被測的量轉(zhuǎn)換成可直接觀測的指示值或等效信息的計(jì)量器具。根據(jù)計(jì)量儀器的用途，高中化學(xué)常見的計(jì)量儀器可分為：質(zhì)量計(jì)量儀器(包括托盤天平)；體積計(jì)量儀器(包括量筒、移液管、酸堿式滴定管、容量瓶等)；溫度測量儀器(包括溫度計(jì))等。

二、讀數(shù)誤差分析

筆者在運(yùn)用課堂觀察技術(shù)進(jìn)行中學(xué)化學(xué)課堂觀察研究的過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中不能正確使用計(jì)量儀器，且不能準(zhǔn)確分析造成實(shí)驗(yàn)誤差的原因?，F(xiàn)將中學(xué)常見計(jì)量儀器讀數(shù)誤差進(jìn)行分析。

1.托盤天平

托盤天平：粗略稱量樣品質(zhì)量的儀器。其設(shè)計(jì)原理為：當(dāng)左盤質(zhì)量等于右盤質(zhì)量與游碼質(zhì)量之和時(shí)天平平衡：M左=M右+M游。正確稱量時(shí)，左盤放物體，右盤放砝碼，即M物=M砝+M游。當(dāng)物體和砝碼放反時(shí)，有兩種情況：一是未使用游碼，二是使用了游碼。其中，M左：左盤質(zhì)量，M右：右盤質(zhì)量，M物：稱量物的實(shí)際質(zhì)量，M砝：砝碼質(zhì)量，M游：游碼質(zhì)量，M*物：物碼放反時(shí)稱量物的質(zhì)量讀數(shù)。

(1)未使用游碼的情況

根據(jù)M左=M右+M游，未使用游碼時(shí)，M游=0。左物右碼時(shí)：M物=M砝，當(dāng)物碼反放時(shí)：M砝=M*物。這個(gè)過程不涉及游碼的質(zhì)量，因此稱量值是準(zhǔn)確的。

(2)使用游碼的情況

物體和砝碼正確放置時(shí)：M物=M砝+M游①，物碼反放時(shí)，正確的平衡關(guān)系應(yīng)為M砝=M物+M游②。往往實(shí)際操作中仍按①式計(jì)算，規(guī)定錯(cuò)誤操作時(shí)讀數(shù)值為M*物，帶入①得到M*物=M砝+M游③，②+③得：M*物=M物+2M游，讀數(shù)值與實(shí)際值的差值(M*物-M物=2M游)為游碼質(zhì)量的2倍，讀數(shù)偏大。

例1：某同學(xué)把食鹽放在天平的右盤上稱量，用了8.0 g砝碼和0.5 g游碼，則食鹽的實(shí)際質(zhì)量為( )

A.8.5 g B.8.0 g C.7.5 g D.9.0 g

分析：物體實(shí)際質(zhì)量=物碼放反時(shí)稱量物的質(zhì)量讀數(shù)-2×游碼質(zhì)量=8.5-2×0.5=7.5(g)，故選C。

2.量筒

量筒是用來量取液體的一種玻璃儀器。向量筒里注入液體時(shí)，應(yīng)左手拿量筒，使量筒略傾斜，右手持試劑瓶，試劑瓶口緊挨著量筒口，使試劑緩緩流入。量筒的零刻度在最下面，向上刻度越來越大。讀數(shù)時(shí)要注意：應(yīng)把量筒放在平整的桌面上。觀察刻度時(shí)，視線與量筒內(nèi)液體凹液面的最低處保持水平，讀出所取液體的體積數(shù)。

具體誤差涉及以下兩種情況：

(1)量筒讀數(shù)(看液面)

討論這類問題時(shí)要注意：若量筒中已盛有一定體積的液體，觀察者只需平視量筒中液體凹液面的最低點(diǎn)，準(zhǔn)確讀取液體體積。如果仰視觀察凹液面的最低點(diǎn)，沿著視線便會(huì)使讀數(shù)偏小；如果俯視觀察凹液面的最低點(diǎn)，沿著視線便會(huì)使讀數(shù)偏大。具體過程如圖1所示。

結(jié)論：仰視讀數(shù)偏小，俯視讀數(shù)偏大。

(2)量筒量取(看刻度)

討論這類問題時(shí)要注意：操作開始時(shí)量筒中沒有液體，操作者根據(jù)要求不斷向量筒中傾倒液體至給定體積，視線始終關(guān)注量筒上的給定刻度線。如果仰視觀察量取液體至給定刻度線，實(shí)際液體凹液面的最低點(diǎn)在給定值上方，所倒液體比給定值多；如果俯視至給定刻度線，實(shí)際液體凹液面的最低點(diǎn)在給定值下方，所倒液體比給定值少。具體過程如圖2所示。

結(jié)論：仰視量取的液體比給定值多，俯視量取的液體比給定值少。

圖1 量筒讀數(shù)

圖2 量筒量取

例2：量筒里有20.0mL水，某同學(xué)仰視讀數(shù)，結(jié)果如何？( )

A.大于20.0mL B.小于20.0mL C.等于20.0mL D.無法確定

分析：這道題屬于看液面類型，仰視讀數(shù)偏小，故選B。

例3：用量筒測量水的體積，某同學(xué)仰視讀數(shù)為60.0mL，則量筒內(nèi)水的實(shí)際體積( )

A.大于60.0mL B.小于60.0mL C.等于60.0mL D.無法確定

分析：這道題屬于看刻度類型，仰視量取液體偏多，故選A。

3.滴定管

滴定管是滴定時(shí)可以準(zhǔn)確測量滴定劑消耗體積的玻璃儀器。在實(shí)際操作中也可用來放出一定體積的液體。滴定管的零刻度在最上方，向下刻度越來越大。中學(xué)化學(xué)教學(xué)中滴定管用途有兩種：一是進(jìn)行酸堿中和滴定；二是準(zhǔn)確量取液體體積。記錄讀數(shù)時(shí)，要保留小數(shù)點(diǎn)后兩位。

具體誤差如下：

(1)滴定管滴定(看液面)

討論這類問題時(shí)要注意：滴定過程中觀察者只需觀察錐形瓶中顏色的變化，無需觀察滴定管中讀數(shù)的變化。待滴定操作結(jié)束后，觀察者平視滴定管中液體凹液面的最低點(diǎn)，根據(jù)刻度準(zhǔn)確讀取所用液體體積。如果仰視凹液面的最低點(diǎn)，沿著視線便會(huì)使讀數(shù)偏大，如果俯視凹液面的最低點(diǎn)，沿著視線便會(huì)使讀數(shù)偏小。具體過程如圖3所示。

結(jié)論：仰視讀數(shù)偏大，俯視讀數(shù)偏小。

(2)滴定管量取(看刻度)

討論這類問題時(shí)要注意：開始操作時(shí)滴定管中裝滿液體，操作人員根據(jù)要求不斷釋放液體至給定體積，視線始終關(guān)注給定刻度線。如果仰視觀察至給定刻度線，液體凹液面的最低點(diǎn)在給定值上方，所倒液體比給定值少；如果俯視至給定刻度線，液體凹液面的最低點(diǎn)在給定值下方，所倒液體比給定值多。具體過程如圖4所示。

結(jié)論：仰視量取的液體比給定值少，俯視量取的液體比給定值多。

圖3 滴定管讀數(shù)

圖4 滴定管量取

例4：某學(xué)生用堿式滴定管量取0.10 mol/L HCl溶液，開始俯視讀數(shù)為11.00mL，取出部分溶液后，仰視讀數(shù)為20.00mL，實(shí)際取出液體體積如何？( )

A.大于9.00mL B.小于9.00mL C.等于9.00mL D.無法確定

分析：該題屬于只看刻度問題，滴定管取出HCl溶液體積V=V(末實(shí)際)-V(初實(shí)際)，開始俯視11.00mL刻度，實(shí)際液體比11.00mL多，V(初實(shí)際)偏大；倒出液體后仰視20.00mL刻度，實(shí)際液體比20.00mL少，V(末實(shí)際)偏小，計(jì)算滴定管取出HCl溶液體積V值偏小，滴定管取出HCl溶液體積小于9.00mL，故選B。

4.容量瓶

容量瓶是準(zhǔn)確配制一定物質(zhì)的量濃度溶液用的精確儀器。該容器只有一個(gè)刻度線，適用于配置一定物質(zhì)的量濃度的溶液。在定容過程中，眼睛須緊盯刻度線，誤差會(huì)影響所配溶液濃度的大小。若定容時(shí)仰視至刻度線處，溶液凹液面最低處在刻度線上方，實(shí)際體積偏大，導(dǎo)致濃度偏小；若定容時(shí)俯視至刻線處，溶液凹液面最低處在刻度線下方，實(shí)際體積偏小，導(dǎo)致濃度偏大。具體過程如圖5所示。

結(jié)論：仰視濃度偏小，俯視濃度偏大。

圖5 容量瓶的定容

三、教學(xué)建議

學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中，正確使用各種計(jì)量儀器，可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S，認(rèn)真的態(tài)度，同時(shí)還可以提高學(xué)生對化學(xué)計(jì)量的理解，便于對后續(xù)知識(shí)的掌握和融會(huì)貫通；教師講解化學(xué)計(jì)量儀器時(shí)，使用多媒體展示效果好，文中所展示的幾種儀器的讀數(shù)圖片，若用動(dòng)畫制作、多媒體展示會(huì)使教學(xué)更直觀，便于學(xué)生理解正確的讀數(shù)方法；在講解每一種儀器存在的誤差時(shí)，讓學(xué)生先入為主，先直接接受正確的方法，再舉例說明錯(cuò)誤的讀數(shù)造成的誤差，盡量不要在學(xué)生犯錯(cuò)之后糾正，否則學(xué)生容易形成固定思維，糾正時(shí)難度大、教學(xué)效果不好；教師講解之后應(yīng)有配套的操作練習(xí)和習(xí)題練習(xí)，這樣可以使學(xué)生在親自動(dòng)手實(shí)踐中，將書本知識(shí)深化記憶，減少犯錯(cuò)的概率。通過以上一系列教學(xué)過程，學(xué)生對化學(xué)計(jì)量儀器中有關(guān)仰視俯視的誤差分析有了深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)還會(huì)提高實(shí)驗(yàn)操作能力，教學(xué)成效顯著。

[1]吳曉紅,高霞.“課堂觀察”量表的應(yīng)用分析—基于課堂教學(xué)的案例[J].教育教學(xué)論壇,2012(10):127-128.

[2]李志州.量器的讀數(shù)誤差分析[J].中學(xué)教學(xué)參考,2010(3):124.

[3]王大偉.巧解實(shí)驗(yàn)題目中的“俯視”和“仰視”[J].理化生教學(xué)與研究,2009(34):188-189.

[4]徐海軍.酸堿中和滴定操作誤差分析[J].內(nèi)蒙古石油化工,2009(6):7,18.

[5]緱文華.托盤天平幾種誤差的分析[J].理化生教學(xué),2007(7):54-55.

[6]游子良.中學(xué)化學(xué)常用儀器分類之我見[J].化學(xué)教育,1992(6):16-17.