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摘要:利用電子天平能迅速感知微小質(zhì)量(或力)變化的優(yōu)點設(shè)計了多個實驗，提高了物理課堂教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)生的多種能力。

關(guān)鍵詞:電子天平;實驗;物理教學(xué)

電子天平是實驗室測量質(zhì)量的精密儀器，但基本不用。筆者利用電子天平(100g，0.001g)能迅速感知微小質(zhì)量(或力)變化的優(yōu)點設(shè)計了多個實驗。實驗所需的輔助器材易得，制作容易，操作簡便，實驗時間短，數(shù)字的變化有說服力。在課堂教學(xué)中，指導(dǎo)學(xué)生動手操作，用與電腦連接的高拍儀把變化的數(shù)字顯示在電子白板上，讓學(xué)生描述天平示數(shù)的變化，分析示數(shù)變化的原因，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、思維、語言表達(dá)等能力，取得良好的教學(xué)效果。

一、演示蒸發(fā)現(xiàn)象

取一個干燥潔凈的飲料瓶蓋，倒入適量的酒精，放在已調(diào)平、預(yù)熱、置零的電子天平上，記下示數(shù)。過一會兒，示數(shù)變小。這是因為酒精由液態(tài)變成氣態(tài)，逸散到空氣中去了。用電子天平還可以讓學(xué)生“探究液體蒸發(fā)的快慢與液體種類、溫度、表面積的關(guān)系”。通過實驗把看不見的蒸發(fā)現(xiàn)象可視化(數(shù)字化)，與傳統(tǒng)實驗方案相比還具有實驗時間短的優(yōu)點。

二、演示斜面上的物體對斜面的壓力

小于物重物體放在斜面上時對斜面的壓力小于物體受到的重力(物重)。一些學(xué)生難以理解這種現(xiàn)象。到了高中階段，用力的分解知識容易解釋這個問題。在初中階段，用電子天平變化的讀數(shù)可以直觀地顯示斜面上物體對斜面的壓力小于物重。電子天平在使用前要調(diào)平，將秤盤受到的壓力轉(zhuǎn)換為質(zhì)量顯示出來。天平的示數(shù)變化，表明秤盤受到的壓力變化。物體放在秤盤上，當(dāng)秤盤水平時，物體對秤盤的壓力等于物重，天平能精確地測出物體的質(zhì)量。當(dāng)秤盤傾斜時，天平的示數(shù)變小，表明物體對秤盤的壓力小于物重;當(dāng)秤盤的傾斜程度變大時，天平的示數(shù)變得更小。實驗表明，斜面上的物體對斜面的壓力小于物體受到的重力，斜面的傾斜程度越大，物體對斜面的壓力越小。

三、演示空氣的浮力

在阿基米德原理的教學(xué)中，會強(qiáng)調(diào)阿基米德原理也適用于氣體。通常通過列舉熱氣球、氫氣球升空的實例和計算熱氣球受到的浮力來加深認(rèn)識。用電子天平等演示空氣的浮力，引導(dǎo)學(xué)生分析天平示數(shù)變小的原因并得出結(jié)論。這樣，學(xué)生既獲得了感性認(rèn)識，又對阿基米德原理也適用于氣體印象深，教學(xué)效果更好。在薄壁氣球里裝入一片捏碎的VC泡騰片(含小蘇打和檸檬酸)，然后緊套(以免漏氣)在開口較大、裝有大半瓶水的藥瓶里。把瓶放在已調(diào)平、預(yù)熱、置零的電子天平上，記下示數(shù)(見圖1a)。再把氣球里的VC泡騰片倒入水中，會看到水中產(chǎn)生大量氣泡，氣球鼓起，天平示數(shù)變小。放在天平上的整個裝置的質(zhì)量不變，天平示數(shù)變小的原因是鼓起的氣球受到空氣的浮力，整個裝置對秤盤的壓力變小。

四、演示浮力及浮力的反作用力

在一個一次性塑料杯中裝約80mL的水，然后放在已調(diào)平、預(yù)熱、置零的電子天平上，記下示數(shù)。手提細(xì)線將鋁塊慢慢浸入水中，天平的示數(shù)逐漸變大;當(dāng)鋁塊浸沒后，繼續(xù)下降(鋁塊不接觸杯壁和杯底)，天平示數(shù)不變。在鋁塊浸沒前，浸入越深，浸入水中的體積，即排開水的體積越大，受到的浮力越大，鋁塊對水向下的反作用力越大，所以天平的示數(shù)逐漸變大。在鋁塊浸沒后，繼續(xù)下降，受到的浮力不變，鋁塊對水向下的反作用力不變，所以天平的示數(shù)不再變化。

五、演示磁鐵的吸引力

把一小鐵塊放在已調(diào)平、預(yù)熱、置零的電子天平上，天平顯示鐵塊的質(zhì)量。拿一塊磁鐵從正上方慢慢靠近小鐵塊，天平的示數(shù)越來越小。當(dāng)磁鐵距鐵塊一定距離時，鐵塊被磁鐵吸上。天平示數(shù)的變化表明，磁鐵距鐵塊的距離越小，磁鐵對鐵塊(包括秤盤等)的吸引力越大。用電子天平還可以演示磁鐵與磁鐵之間的引力或斥力與它們之間距離的關(guān)系。

六、探究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱與哪些因素有關(guān)

利用自制電磁鐵(在長鐵釘或螺釘上繞帶絕緣皮的粗銅絲)“探究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱與哪些因素有關(guān)”時，電磁鐵的構(gòu)造一目了然，學(xué)生更有探究興趣。但由于條件所限，自制電磁鐵的磁性太弱，不能或只能吸起很少的大頭針(曲別針)。利用電子天平很容易比較電磁鐵磁性的強(qiáng)弱。在濾紙上倒上少量鐵粉，把濾紙放在已調(diào)平、預(yù)熱、置零的電子天平上，再將天平清零，把通電的電磁鐵的一端放在鐵粉上，然后移開，天平的示數(shù)減小為負(fù)值。電磁鐵的磁性越強(qiáng)，吸起的鐵粉越多，天平示數(shù)減小得越多。根據(jù)天平示數(shù)減小的多少可以比較電磁鐵磁性的強(qiáng)弱。利用電子天平可以方便迅速地“探究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱與電流大小、線圈匝數(shù)的關(guān)系”。

七、演示超重失重現(xiàn)象

超重是物體對支持物的壓力或懸掛物的拉力大于自身重力的現(xiàn)象，失重反之。演示超重、失重的傳統(tǒng)方法是用演示測力計提著物體加速或減速運動，由于物體運動過快，不容易看清示數(shù)的變化。用電子天平和自制簡易裝置可以方便地演示超重、失重現(xiàn)象。通過引導(dǎo)學(xué)生分析示數(shù)變化的原因，可以使學(xué)生對超重、失重現(xiàn)象有個完整的、正確的認(rèn)識。用壁較厚的飲料瓶做一個三腳支架，在瓶底中心扎一個小孔，把長短合適的軟彈簧的一端穿過孔固定。把支架(帶彈簧)放在已調(diào)平、預(yù)熱的天平上，然后清零，再把質(zhì)量為50g的鉤碼掛在彈簧上。鉤碼靜止時，天平顯示鉤碼的質(zhì)量m。用手向下輕拉鉤碼，松手后，鉤碼上下振動，天平的示數(shù)時而大于m，時而小于m。天平示數(shù)的變化表明，鉤碼對彈簧的拉力(也就是對秤盤的壓力)有時大于自重(超重)，有時小于自重(失重)。當(dāng)鉤碼加速上升時，T＞G(a向上)，根據(jù)牛頓第三定律可知，鉤碼對彈簧的拉力(對秤盤的壓力)大于自重，超重。同理，當(dāng)減速上升時，T＜G(a向下)，失重;當(dāng)加速下降時，T＜G(a向下)，失重;當(dāng)減速下降時，T＞G(a向上)，超重。式中T是彈簧對鉤碼的拉力，G是鉤碼受到的重力。通過分析可以得出，超重現(xiàn)象的共同特征是a向上;失重現(xiàn)象的共同特征是a向下。

作者：熊建新