托盤天平常見錯(cuò)誤操作的誤差分析

曹良惠

摘 要： 在學(xué)習(xí)使用托盤天平時(shí)，學(xué)生不熟悉托盤天平的工作原理、托盤天平的使用較復(fù)雜、托盤天平錯(cuò)誤操作種類繁多使得這部分內(nèi)容是絕大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)。加之初一學(xué)生學(xué)習(xí)心理還不成熟、認(rèn)知水平有限使得解決這個(gè)問(wèn)題更困難?；趯W(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，采用直觀形象、易于操作的方法較好。先采用實(shí)驗(yàn)法讓學(xué)生知道結(jié)果，再用慢鏡頭分析法（畫圖法）、特例法這些形象生動(dòng)、易于理解的方法，能幫學(xué)生很好地突破此難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 天平 指針 平衡

天平是測(cè)量質(zhì)量的工具。托盤天平是初中物理實(shí)驗(yàn)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)中稱量物體的主要儀器，也是初中階段的基本測(cè)量工具之一，因此學(xué)生應(yīng)會(huì)嚴(yán)格按照操作規(guī)范使用托盤天平 [1-3]。在學(xué)習(xí)使用托盤天平時(shí)，學(xué)生不熟悉托盤天平的工作原理[4]，加之托盤天平的使用較復(fù)雜[5]，托盤天平錯(cuò)誤操作種類繁多，使得托盤天平常見錯(cuò)誤操作的誤差分析成為絕大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)。近年來(lái)在中、高考中也多次出現(xiàn)以分析天平誤差為內(nèi)容的考題[6]，造成較多數(shù)學(xué)生失分。而一線教師最常用的突破方法，多為舉例法、假設(shè)法等一些常規(guī)分析方法。這些方法大多煩冗復(fù)雜、容易忘記，學(xué)生很大程度上依賴?yán)蠋熤v解，自己很難靈活應(yīng)用。而且近年來(lái)沒有很多文獻(xiàn)對(duì)此問(wèn)題做出清晰、簡(jiǎn)明的解釋[7，8]。因此筆者結(jié)合天平使用的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)托盤天平常出現(xiàn)的幾種誤差做分析總結(jié)。提煉出慢鏡頭分析法（畫圖法）、特例法兩種針對(duì)托盤天平常見錯(cuò)誤操作的誤差分析方法，應(yīng)用于教學(xué)中后發(fā)現(xiàn)教學(xué)效果顯著增強(qiáng)。對(duì)于此法，學(xué)生不僅能快速理解，而且能靈活使用。

天平常見的錯(cuò)誤操作種類繁雜，這些操作按照測(cè)量的順序，分為測(cè)量前、測(cè)量時(shí)，將它們歸類?？煞譃椋?/p>

測(cè)量前：（1）天平未調(diào)平：指針偏左，指針偏右；（2）天平調(diào)平：天平調(diào)平前砝碼未歸零。

測(cè)量時(shí)：砝碼質(zhì)量改變，天平不平衡，物體砝碼放顛倒。

對(duì)于以上提出的問(wèn)題，我們一一予以解答。

1.測(cè)量前——指針偏左

例：一架天平，測(cè)量前左盤低右盤高，未經(jīng)調(diào)節(jié)，稱得一蘋果的質(zhì)量是160克，那么蘋果的實(shí)際質(zhì)量應(yīng)比160克？搖？搖 ？搖？搖。（填“大”或“小”）

分析：由于問(wèn)題較抽象，分析起來(lái)比較困難，因此先用實(shí)驗(yàn)的方法證明測(cè)量值是偏大還是偏小。知道偏大還是偏小后，接下來(lái)就進(jìn)行原因分析。原因分析的過(guò)程比較抽象，為了便于理解，采用直觀的慢鏡頭分析法、特例法。

實(shí)驗(yàn)法：首先在天平未調(diào)平（先后為指針偏向左、右）前提下稱量物體的質(zhì)量，然后將天平調(diào)平，再次稱量物體質(zhì)量，比較前后兩次的測(cè)量值。

慢鏡頭分析法（畫圖）分析

將測(cè)量前后的狀態(tài)通過(guò)畫圖的方式畫出：

稱量前 稱量時(shí)

中間必然有一個(gè)平衡的狀態(tài)，假設(shè)右盤放入10g砝碼時(shí)天平平衡，整個(gè)過(guò)程可以理解為：

測(cè)量值為：160g

真實(shí)值為：150g

所以測(cè)量值偏大。

特例法分析：

測(cè)量前左盤低右盤高，假設(shè)當(dāng)在右盤中加入5g砝碼天平平衡時(shí)，此時(shí)左盤中待測(cè)物的質(zhì)量為0g，此時(shí)測(cè)量值為：5g，真實(shí)值為：0g，所以測(cè)量值大于真實(shí)值。

2.測(cè)量前——指針偏右

與指針偏左的分析方法相同。測(cè)量值偏小。

3.測(cè)量前——天平調(diào)平前砝碼未歸零

如果把游碼歸零，那么左盤低右盤高，則與上例相同。測(cè)量值偏大。

4.測(cè)量時(shí)——砝碼質(zhì)量改變

例：一臺(tái)天平的砝碼由于使用不當(dāng)，粘上了許多灰塵并且受潮生銹了，利用它測(cè)量物體質(zhì)量比良好的天平測(cè)量的結(jié)果（ ）

Ⅰ.偏大 Ⅱ.偏小 Ⅲ.相同 Ⅳ.通過(guò)正確的讀數(shù)，結(jié)果會(huì)相同

分析：當(dāng)砝碼粘上了許多灰塵并且受潮生銹，砝碼本身的質(zhì)量增大，假設(shè)砝碼原來(lái)質(zhì)量為5g，生銹后質(zhì)量為6g。稱量物體時(shí)，右盤中放入此砝碼剛好平衡。此時(shí)稱量值為5g，真實(shí)值為6g，故測(cè)量值比真實(shí)值小。

砝碼相當(dāng)于測(cè)量質(zhì)量時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，砝碼質(zhì)量變化也就是標(biāo)準(zhǔn)變化，砝碼質(zhì)量變?。ㄆ茡p、磨損），則標(biāo)準(zhǔn)變小時(shí)測(cè)量值偏大；反之，砝碼質(zhì)量變大（沾有油污、生銹），則標(biāo)準(zhǔn)變大時(shí)測(cè)量值偏小。

5.測(cè)量時(shí)——天平不平衡

（1）指針左偏

物體的質(zhì)量大于右盤砝碼質(zhì)量加上游碼指示值，即測(cè)量值偏小。

（2）指針右偏

物體的質(zhì)量大于右盤砝碼質(zhì)量加上游碼指示值，即測(cè)量值偏小。

6.測(cè)量時(shí)——物體砝碼放顛倒

天平設(shè)計(jì)為左盤放物體右盤放砝碼，這樣在讀數(shù)時(shí)物體的質(zhì)量為：右盤砝碼的質(zhì)量加上游碼指示值。即：

左盤中物體的質(zhì)量=右盤中物體的質(zhì)量+游碼指示值

當(dāng)物體砝碼放顛倒時(shí)：左盤中為砝碼，右盤中為物體，所以有：

砝碼的質(zhì)量=物體的質(zhì)量+游碼指示值

所以：物體的質(zhì)量=砝碼的質(zhì)量-游碼指示值；此時(shí)測(cè)量值偏大。

綜上所述：

天平錯(cuò)誤操作測(cè)量前天平未調(diào)平指針偏左 測(cè)量值偏大指針偏右 測(cè)量值偏??？搖天平調(diào)平前砝碼未歸零 測(cè)量值偏大？搖測(cè)量時(shí)砝碼質(zhì)量改變 砝碼破損，測(cè)量值偏大；砝碼沾油污或生銹，測(cè)量值偏小天平不平衡 指針左偏，測(cè)量值偏??；反之，偏大物體砝碼放顛倒 測(cè)量值偏大？搖

托盤天平常見錯(cuò)誤操作的誤差分析，表面看復(fù)雜，其實(shí)多種錯(cuò)誤操作可以歸為一類。只要掌握了一種情況的分析，其他情況可以巧妙地轉(zhuǎn)化為熟悉的那種。初中生已經(jīng)具備一定的解決問(wèn)題的能力，老師應(yīng)該利用學(xué)生想象力豐富、思維活躍這一特點(diǎn)多使用類似畫圖法、極端假設(shè)法等形象、生動(dòng)的方法，如此學(xué)生既能輕松地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，事半功倍，又能牢固地記住解題要領(lǐng)，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

參考文獻(xiàn)：

[1]李學(xué)利.天平使用面面觀[J].中學(xué)生數(shù)理化（初中版）（中考版），2011（Z1）.

[2]曹寶龍，等.質(zhì)量的測(cè)量[M].科學(xué)教學(xué)參考書（七年級(jí)上冊(cè)）.杭州：浙江教育出版社，2012：118-119.

[3]錢志強(qiáng).淺談初三物理總復(fù)習(xí)的策略[J].中學(xué)物理，2013（05）.

[4]張春華.托盤天平的使用與磅碼放置問(wèn)題[J].渤海學(xué)刊，1992（S1）.

[5]王寧偉.天平的使用及讀數(shù)[J].中學(xué)生數(shù)理化（初中版），2004（12）.

[6]江中根.近年高考會(huì)考化學(xué)托盤天平題導(dǎo)析及解法[J].中學(xué)理科參考資料，1996（Z2）.

[7]緱文華.托盤天平幾種誤差的分析[J].甘肅教育，2007.7（B）.

[8]王海昭.解讀天平[J].初中生世界（八年級(jí)物理），2012（Z1）.