淺析物理教學(xué)中一物多用之電子秤篇

于 淼

江蘇省高郵第一中學(xué)(225600)

電子秤由于讀數(shù)方便，在生活中為人們帶來了較大便利，很多教師也將電子秤運用于物理教學(xué)之中。筆者也曾利用電子秤巧妙地設(shè)計了幾個有趣的低成本創(chuàng)新實驗，取得很好的實驗效果。

1 利用玻璃盆研究分子間引力

1.1 實驗器材

電子秤、玻璃盆2個(一大一小)、支架、細(xì)線、定滑輪。實驗裝置如圖1所示。

圖1 研究分子間引力實驗裝置圖

1.2 實驗過程

如圖1所示， 先用電子秤稱出小玻璃盆的質(zhì)量。將大玻璃盆中盛入約2 cm深的水，放到電子秤上，用支架使小玻璃盆掛在大玻璃盆上方，輕放細(xì)線將小玻璃盆漂在水面上。再將電子秤去皮歸零，緩慢地提升小玻璃盆，發(fā)現(xiàn)當(dāng)小玻璃盆恰好要離開水面時，電子秤的讀數(shù)為負(fù)，且讀數(shù)的大小比小玻璃盆的質(zhì)量要大。

1.3 實驗結(jié)論

小玻璃盆要離開水面時，電子秤減小的示數(shù)比小玻璃盆的質(zhì)量大是因為小玻璃盆與水面之間有分子引力。

該實驗還可以用彈簧測力計來驗證：先用彈簧測力計稱出小玻璃盆的重力，將小玻璃盆放到水面上后，再用彈簧測力計拉小玻璃盆，當(dāng)小玻璃盆恰好要離開水面時彈簧測力計的讀數(shù)比小玻璃盆的重力大，是因為小玻璃盆與水面之間有分子引力。

2 研究胡克定律

2.1 實驗器材

電子秤、彈簧、刻度尺、熱熔膠槍和熱熔膠。實驗裝置如圖2所示。

圖2 研究胡克定律實驗裝置圖

2.2 實驗過程

如圖2所示，用熱熔膠槍將彈簧固定在電子秤上，刻度尺靠在彈簧旁，將電子秤去皮歸零，讀出彈簧的原長。將彈簧壓縮一定量后，分別讀出彈簧的長度和電子秤的讀數(shù)(將讀數(shù)換算成以牛頓為單位)，再拉長彈簧后分別讀出彈簧的長度和電子秤的讀數(shù)，并記錄到表1中(某次實驗數(shù)據(jù))，描點作圖后得到如圖3所示圖像。

表1 實驗數(shù)據(jù)

圖3 F-L圖像

2.3 實驗結(jié)論

從圖3中可以看出彈簧的形變量越大，彈力越大，即彈力與形變量成正比，圖像的斜率絕對值就是彈簧的勁度系數(shù)k。本次實驗中得到彈簧的勁度系數(shù)k=500 N/m。

3 研究靜電現(xiàn)象

3.1 實驗器材

電子秤、木塊、發(fā)電機、兩塊圓形金屬板、導(dǎo)線。實驗裝置如圖4所示。

圖4 研究靜電現(xiàn)象實驗裝置圖

3.2 實驗過程

如圖4所示，將木塊和其中一塊金屬板放到電子秤上，用導(dǎo)線將金屬板與起電機的兩極相連，將電子秤去皮歸零。搖動起電機使金屬板帶異種電荷，可以看到電子秤的示數(shù)為負(fù)值。減小(增大)金屬板間的距離時電子秤讀數(shù)變大(變小)，減小金屬板的正對面積時電子秤讀數(shù)變小。若將兩金屬板與起電機的同一級相連，即兩金屬板帶同種電荷，此時電子秤的讀數(shù)為正。減小(增大)金屬板間的距離時電子秤讀數(shù)變大(變小)，減小金屬板的正對面積時電子秤讀數(shù)變小。

3.3 實驗結(jié)論

去皮歸零后電子秤的讀數(shù)就等于金屬板間的作用力大小(即庫侖力的大小)。金屬板帶異種電荷時，相互吸引(庫侖力引力)，使電子秤的金屬板對電子秤的壓力變小，讀數(shù)為負(fù)，金屬板間的距離越小，兩者之間的庫侖力越大，減小正對面積時庫侖力減小，電子秤讀數(shù)減小。兩金屬板帶同種電荷后，相互排斥(庫侖力斥力)，使電子秤的金屬板對電子秤的壓力變大，讀數(shù)為正，金屬板間的距離越小，兩者之間的庫侖力越大，減小正對面積時庫侖力減小，電子秤讀數(shù)減小。

4 研究摩擦力

4.1 實驗器材

電子秤、長木板、木塊2塊(一大一小)、支架、細(xì)繩、毛巾、砝碼、熱熔膠槍和熱熔膠。實驗裝置如圖5所示。

圖5 研究摩擦力實驗裝置圖

4.2 實驗過程

如圖5所示，用熱熔膠將電子秤固定在支架上，將細(xì)線兩端分別粘在電子秤和小木塊上，再將小木塊放到木板上，電子秤去皮歸零。

(1)研究靜摩擦力

用手拉著細(xì)繩，木板上的逐漸增加拉力，可以看到電子秤的示數(shù)逐漸增大，當(dāng)木板即將運動時電子秤的讀數(shù)比木板運動后的讀數(shù)大。將毛巾固定在長木板上，再拉木板可以得到相同的結(jié)論。

(2)研究滑動摩擦力的影響因素

在小木塊上增加砝碼，發(fā)現(xiàn)砝碼越多(小木塊和木板間的壓力越大)，拉動木板時電子秤讀數(shù)越大。

保持小木塊質(zhì)量不變，將毛巾固定在長木板上，拉動木板時電子秤的讀數(shù)比放在長木板上的讀數(shù)大；將玻璃片固定在長木板上，拉動木板時電子秤的讀數(shù)比放在長木板上的讀數(shù)小(實驗過程中探究壓力和接觸面對摩擦力的影響時，由于電子秤反應(yīng)太靈敏，發(fā)現(xiàn)實驗效果不是很好)。

4.3 實驗結(jié)論

(1)研究靜摩擦力

在木塊靜止時，木塊所受的靜摩擦力在一個范圍值之間，靜摩擦力有一個最大值，就是最大靜摩擦力，滑動摩擦力小于最大靜摩擦力。

(2)研究滑動摩擦力的影響因素

發(fā)現(xiàn)滑動摩擦力與木塊、長木板間壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān)：壓力越大摩擦力越大，接觸面越粗糙摩擦力越大。

5 研究超重

5.1 實驗器材

電子秤、鐵球、彈簧、細(xì)線、打火機。實驗裝置如圖6所示。

圖6 研究超重實驗裝置圖

5.2 實驗過程

如圖6所示，將彈簧下端固定在電子秤上，用細(xì)線將小球拴在彈簧上并壓緊彈簧，將電子秤去皮歸零。用打火機燒斷細(xì)線后，在很短時間內(nèi)，發(fā)現(xiàn)電子秤的示數(shù)為正(彈力大于重力)，之后電子秤的示數(shù)為負(fù)(彈力小于重力)。

5.3 實驗結(jié)論

燒斷細(xì)繩后小球有豎直向上的加速度，使木塊和小球整體對電子秤的壓力變大，則電子秤的示數(shù)變大，讀數(shù)顯示為正(超重)。之后小球有向下的加速度，使木塊和小球整體對電子秤的壓力變小，則電子秤的示數(shù)變小，讀數(shù)顯示為負(fù)(失重)。

6 研究駐波(波的干涉、波的疊加)

6.1 實驗器材

電磁打點計時器、有定滑輪的長木板、學(xué)生電源、1 m左右的紅線、電子秤、熱熔槍和熱熔膠。實驗裝置如圖7所示。

圖7 研究駐波實驗裝置圖

6.2 實驗過程

如圖7所示，將電磁打點計時器固定在長木板的一端，將細(xì)線一端連接到電磁打點計時器的振片上，另一端固定在電子秤上。將電磁打點計時器連接到學(xué)生電源上(6 V交流電)，打開電源使電磁打點計時器正常工作，移動打點計時器拉直紅繩，使電子秤上有適當(dāng)讀數(shù)。當(dāng)讀數(shù)較小(9.7 N)時可以得到5個穩(wěn)定的波形；適當(dāng)增大拉力(16.2 N)可以得到4個穩(wěn)定的波形；再增大拉力(27.4 N)可以得到到3個穩(wěn)定的波形；繼續(xù)增大拉力(65.5 N)可以得到2個穩(wěn)定的波形；繼續(xù)增大拉力(286 N)可以得到1個穩(wěn)定的波形。將實驗數(shù)據(jù)記入表2中，圖8是5次實驗獲得的波形圖。

表2 實驗數(shù)據(jù)

圖8 波形圖

6.3 實驗結(jié)論

電磁打點計時器振動時會在細(xì)線上產(chǎn)生波，波沿細(xì)線向前傳播，遇到電子秤時反彈回來，與后面電磁打點計時器振動時產(chǎn)生的波疊加形成駐波。在細(xì)繩長度不變時，細(xì)繩受到相的拉力越大產(chǎn)生穩(wěn)定的波形就越少，反之拉力越小產(chǎn)生的穩(wěn)定波形就越多。所以，在實驗中增加拉力，發(fā)現(xiàn)波形越來越少。

7 小結(jié)

利用電子秤可以做出許多有趣的物理實驗，實驗效果也非常顯著，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣的同時，也有利于學(xué)生對相關(guān)物理概念的理解。當(dāng)然，物理教師可以利用其他的器材做出更多有趣的創(chuàng)新實驗，更好地為課堂教學(xué)服務(wù)。