来源:滚动播报

(来源:上观新闻)

经常考试的人应该都听过一句话:

考试时最好用 2B 铅笔。

要是用了 HB,

很多人会担心机器扫不出来

明明看起来都是木头包着笔芯

为什么阅卷机偏偏对 2B 这么执着?

很多人第一反应会觉得

这是为了防作弊

或者是阅卷系统特别“高级”,

连笔迹都能精准分辨

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其实没那么玄

它之所以更适合识别2B铅笔

关键不在于它会认笔

而在于2B铅笔留下的痕迹

更符合机器读取的要求

今天,不聊考试

直接来做一个和铅笔有关的小实验

实验器材

真正的2B铅笔、发光二极管、电池、导线若干、白纸、所标杯

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安全提示:本实验涉及微小电流,虽然电不死人,但请勿用舌头去舔电池正负极!

拿一张白纸,用2B 铅笔在上面反复涂出一个长方形的黑色块,尽量涂得均匀、厚实。

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二极管左边针脚接电源正极右边针脚接电源负极

把LED 小灯泡的长的引脚用导线接到电池正极,另端短的引脚通过导线接负极,两根导线的末端各有可以接触的金属钳子或鳄鱼夹。

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接线概览。电路处于断开状态。

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保持一个夹子别动,让另一个夹子沿着纸上的黑色区域来回滑动。你会看到,两个夹子离得远了,灯泡就暗一点;离得近了,灯泡又亮起来。说白了,这片石墨痕迹在回路中就相当于一个“滑动变阻器”。

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把两根导线直接分别紧靠在两端露出的铅芯上。你会发现小灯泡比刚才夹在纸上时亮得多。

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关键在于铅笔芯的成分。铅笔芯其实并不含铅,主要成分是石墨和黏土。石墨是碳的一种同素异形体,内部的碳原子呈层状排列,每一层里都有比较容易移动的电子,所以石墨能够导电。它虽然不是金属,但确实具备一定的导电能力。

石墨结构示意图
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石墨结构示意图

铅笔型号里的“H”表示硬(Hard),通常说明黏土比例更高;“B”表示黑(Black),通常意味着石墨比例更高。2B 铅笔的石墨含量比较合适,既容易在纸上留下连续、较厚的石墨层,又不会软到一写就掉渣。

当你把引线夹在纸上的黑色色块两端,或者沿着石墨痕迹滑动时,其实是在改变电流通过这段材料时的电阻。简单定性考虑,我们不妨假设这片材料非常均匀,并采用电阻公式进行描述:

电阻= 电阻率 × 长度 ÷ 横截面积

当夹子在纸上拉得更远时,导电路径变长,电阻就会变大,电流随之减小,所以灯泡会变暗。

而在第五步里,虽然整根铅笔芯的长度更长,但它的横截面积远大于纸上那一层薄薄的石墨痕迹,所以整体电阻反而更小,灯泡也就更亮。

那这和考试阅卷机有什么关系?

和「答题卡为什么要求用 2B 铅笔」是同一件事,只是这次我们把镜头切到机器的视角。阅卷机/读卡机的正式名字叫 光标阅读机(OMR,Optical Mark Reader)。其核心部分是光电传感器:发光器件发出的红外光照射在答题卡的信息位上,如该信息位被涂黑则部分光被吸收,反射光变弱,否则,反射光较强,由对应的接收管(简称光敏管)将强弱不同的光信号转换成电信号,电信号经过处理后,由电位高低就完成了对答题卡上未填涂和填涂信息位的检测。

所以机器真正关心的只有两条硬指标:碳浓度和面积。画圈、打钩、只涂一半、涂得虚浮——都可能让有效面积或局部的反射率低于设定阈值,从而翻车。H系列铅笔以及B、HB、F铅笔可能会因为碳含量不够而造成检测失败。而大于2B系列铅笔,石墨浓度又过高,想更改答案就很难擦干净;而且,石墨含量高,还容易附着到其他考生的答题卡上面,可能会影响到其他人的成绩。

说到底,答题卡里没有什么神秘机关——就是一个 红外→反射率→阈值 的光电通道在干活。把选项老老实实涂满、涂黑、擦干净,很多时候比什么技巧都管用。

中考即将到来,祝各位考生涂卡神速,选的都对!

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本文经授权转自中科院物理所(ID:cas-iop),如有转载需求请联系原公众号。

作者:二分 & Chocobo

编辑:公子欣