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物理教学中一物多用之电子秤篇

　电子秤由于读数方便,在生活中为人们带来了较大便利,很多教师也将电子秤运用于物理教学之中.笔者也曾利用电子秤巧妙地设计了几个有趣的低成本创新实验,取得很好的实验效果.

１　利用玻璃盆研究分子间引力

１．１　实验器材

电子秤、玻璃盆２个(一大一小)、支架、细线、定滑轮.实验装置如图１所示.

１．２　实验过程

如图１所示,先用电子秤称出小玻璃盆的质量.将大玻璃盆中盛入约２cm 深的水,放到电子秤上,用支架使小玻璃盆挂在大玻璃盆上方,轻放细线将小玻璃盆漂在水面上.再将电子秤去皮归零,缓慢地提升小玻璃盆,发现当小玻璃盆恰好要离开水面时,电子秤的读数为负,且读数的大小比小玻璃盆的质量要大.

１．３　实验结论

小玻璃盆要离开水面时,电子秤减小的示数比小玻璃盆的质量大是因为小玻璃盆与水面之间有分子引力.

该实验还可以用弹簧测力计来验证:先用弹簧测力计称出小玻璃盆的重力,将小玻璃盆放到水面上后,再用弹簧测力计拉小玻璃盆,当小玻璃盆恰好要离开水面时弹簧测力计的读数比小玻璃盆的重力大,是因为小玻璃盆与水面之间有分子引力.

２　研究胡克定律

２．１　实验器材

电子秤、弹簧、刻度尺、热熔胶和热熔胶.实验装置如图２所示.

２．２　实验过程

如图２所示,用热熔胶将弹簧固定在电子秤上,刻度尺靠在弹簧旁,将电子秤去皮归零,读出弹簧的原长.将弹簧压缩一定量后,分别读出弹簧的长度和电子秤的读数(将读数换算成以牛顿为单位),再拉长弹簧后分别读出弹簧的长度和电子秤的读数,并记录到表１中(某次实验数据),描点作图后得到如图３所示图像.

２．３　实验结论

从图３中可以看出弹簧的形变量越大,弹力越大,即弹力与形变量成正比,图像的斜率绝对值就是弹簧的劲度系数k.本次实验中得到弹簧的劲度系数k＝５００N/m.

３　研究静电现象

３．１　实验器材

电子秤、木块、发电机、两块圆形金属板、导线.实验装置如图４所示.

３．２　实验过程

如图４所示,将木块和其中一块金属板放到电子秤上,用导线将金属板与起电机的两极相连,将电子秤去皮归零.摇动起电机使金属板带异种电荷,可以看到电子秤的示数为负值.减小(增大)金属板间的距离时电子秤读数变大(变小),减小金属板的正对面积时电子秤读数变小.若将两金属板与起电机的同一级相连,即两金属板带同种电荷,此时电子秤的读数为正.减小(增大)金属板间的距离时电子秤读数变大(变小),减小金属板的正对面积时电子秤读数变小.

３．３　实验结论

去皮归零后电子秤的读数就等于金属板间的作用力大小(即库仑力的大小).金属板带异种电荷时,相互吸引(库仑力引力),使电子秤的金属板对电子秤的压力变小,读数为负,金属板间的距离越小,两者之间的库仑力越大,减小正对面积时库仑力减小,电子秤读数减小.两金属板带同种电荷后,相互排斥(库仑力斥力),使电子秤的金属板对电子秤的压力变大,读数为正,金属板间的距离越小,两者之间的库仑力越大,减小正对面积时库仑力减小,电子秤读数减小.

４　研究摩擦力

４．１　实验器材

电子秤、长木板、木块２块(一大一小)、支架、细绳、毛巾、砝码、热熔胶和热熔胶.实验装置如图５所示.

４．２　实验过程

如图５所示,用热熔胶将电子秤固定在支架上,将细线两端分别粘在电子秤和小木块上,再将小木块放到木板上,电子秤去皮归零.

(１)研究静摩擦力

用手拉着细绳,木板上的逐渐增加拉力,可以看到电子秤的示数逐渐增大,当木板即将运动时电子秤的读数比木板运动后的读数大.将毛巾固定在长木板上,再拉木板可以得到相同的结论.

(２)研究滑动摩擦力的影响因素

在小木块上增加砝码,发现砝码越多(小木块和木板间的压力越大),拉动木板时电子秤读数越大.

保持小木块质量不变,将毛巾固定在长木板上,拉动木板时电子秤的读数比放在长木板上的读数大;将玻璃片固定在长木板上,拉动木板时电子秤的读数比放在长木板上的读数小(实验过程中探究压力和接触面对摩擦力的影响时,由于电子秤反应太灵敏,发现实验效果不是很好).

４．３　实验结论

(１)研究静摩擦力

在木块静止时,木块所受的静摩擦力在一个范围值之间,静摩擦力有一个最大值,就是最大静摩擦力,滑动摩擦力小于最大静摩擦力.

(２)研究滑动摩擦力的影响因素

发现滑动摩擦力与木块、长木板间压力和接触面的粗糙程度有关:压力越大摩擦力越大,接触面越粗糙摩擦力越大.

５　研究超重

５．１　实验器材

电子秤、铁球、弹簧、细线、打火机.实验装置如图６所示.

５．２　实验过程

如图６所示,将弹簧下端固定在电子秤上,用细线将小球拴在弹簧上并压紧弹簧,将电子秤去皮归零.用打火机烧断细线后,在很短时间内,发现电子秤的示数为正(弹力大于重力),之后电子秤的示数为负(弹力小于重力).

５．３　实验结论

烧断细绳后小球有竖直向上的加速度,使木块和小球整体对电子秤的压力变大,则电子秤的示数变大,读数显示为正(超重).之后小球有向下的加速度,使木块和小球整体对电子秤的压力变小,则电子秤的示数变小,读数显示为负(失重).

６　研究驻波(波的干涉、波的叠加)

６．１　实验器材

电磁打点计时器、有定滑轮的长木板、学生电源、１m 左右的红线、电子秤、热熔和热熔胶.实验装置如图７所示.

６．２　实验过程

如图７所示,将电磁打点计时器固定在长木板的一端,将细线一端连接到电磁打点计时器的振片上,另一端固定在电子秤上.将电磁打点计时器连接到学生电源上(６V 交流电),打开电源使电磁打点计时器正常工作,移动打点计时器拉直红绳,使电子秤上有适当读数.当读数较小(９．７N)时可以得到５个稳定的波形;适当增大拉力(１６．２N)可以得到４个稳定的波形;再增大拉力(２７．４N)可以得到到３个稳定的波形;继续增大拉力(６５．５N)可以得到２个稳定的波形;继续增大拉力(２８６N)可以得到１个稳定的波形.将实验数据记入表２中,图８是５次实验获得的波形图.

６．３　实验结论

电磁打点计时器振动时会在细线上产生波,波沿细线向前传播,遇到电子秤时反弹回来,与后面电磁打点计时器振动时产生的波叠加形成驻波.在细绳长度不变时,细绳受到相的拉力越大产生稳定的波形就越少,反之拉力越小产生的稳定波形就越多.所以,在实验中增加拉力,发现波形越来越少.

７　小结

利用电子秤可以做出许多有趣的物理实验,实验效果也非常显著,激发学生学习物理的兴趣的同时,也有利于学生对相关物理概念的理解.当然,物理教师可以利用其他的器材做出更多有趣的创新实验,更好地为课堂教学服务.

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