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电子天平在物理教学中的运用

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摘要:利用电子天平能迅速感知微小质量(或力)变化的优点设计了多个实验,提高了物理课堂教学效果,培养了学生的多种能力。

关键词:电子天平;实验;物理教学

电子天平是实验室测量质量的精密仪器,但基本不用。笔者利用电子天平(100g,0.001g)能迅速感知微小质量(或力)变化的优点设计了多个实验。实验所需的辅助器材易得,制作容易,操作简便,实验时间短,数字的变化有说服力。在课堂教学中,指导学生动手操作,用与电脑连接的高拍仪把变化的数字显示在电子白板上,让学生描述天平示数的变化,分析示数变化的原因,引导学生得出结论,培养学生的观察、思维、语言表达等能力,取得良好的教学效果。

一、演示蒸发现象

取一个干燥洁净的饮料瓶盖,倒入适量的酒精,放在已调平、预热、置零的电子天平上,记下示数。过一会儿,示数变小。这是因为酒精由液态变成气态,逸散到空气中去了。用电子天平还可以让学生“探究液体蒸发的快慢与液体种类、温度、表面积的关系”。通过实验把看不见的蒸发现象可视化(数字化),与传统实验方案相比还具有实验时间短的优点。

二、演示斜面上的物体对斜面的压力

小于物重物体放在斜面上时对斜面的压力小于物体受到的重力(物重)。一些学生难以理解这种现象。到了高中阶段,用力的分解知识容易解释这个问题。在初中阶段,用电子天平变化的读数可以直观地显示斜面上物体对斜面的压力小于物重。电子天平在使用前要调平,将秤盘受到的压力转换为质量显示出来。天平的示数变化,表明秤盘受到的压力变化。物体放在秤盘上,当秤盘水平时,物体对秤盘的压力等于物重,天平能精确地测出物体的质量。当秤盘倾斜时,天平的示数变小,表明物体对秤盘的压力小于物重;当秤盘的倾斜程度变大时,天平的示数变得更小。实验表明,斜面上的物体对斜面的压力小于物体受到的重力,斜面的倾斜程度越大,物体对斜面的压力越小。

三、演示空气的浮力

在阿基米德原理的教学中,会强调阿基米德原理也适用于气体。通常通过列举热气球、氢气球升空的实例和计算热气球受到的浮力来加深认识。用电子天平等演示空气的浮力,引导学生分析天平示数变小的原因并得出结论。这样,学生既获得了感性认识,又对阿基米德原理也适用于气体印象深,教学效果更好。在薄壁气球里装入一片捏碎的VC泡腾片(含小苏打和柠檬酸),然后紧套(以免漏气)在开口较大、装有大半瓶水的药瓶里。把瓶放在已调平、预热、置零的电子天平上,记下示数(见图1a)。再把气球里的VC泡腾片倒入水中,会看到水中产生大量气泡,气球鼓起,天平示数变小。放在天平上的整个装置的质量不变,天平示数变小的原因是鼓起的气球受到空气的浮力,整个装置对秤盘的压力变小。

四、演示浮力及浮力的反作用力

在一个一次性塑料杯中装约80mL的水,然后放在已调平、预热、置零的电子天平上,记下示数。手提细线将铝块慢慢浸入水中,天平的示数逐渐变大;当铝块浸没后,继续下降(铝块不接触杯壁和杯底),天平示数不变。在铝块浸没前,浸入越深,浸入水中的体积,即排开水的体积越大,受到的浮力越大,铝块对水向下的反作用力越大,所以天平的示数逐渐变大。在铝块浸没后,继续下降,受到的浮力不变,铝块对水向下的反作用力不变,所以天平的示数不再变化。

五、演示磁铁的吸引力

把一小铁块放在已调平、预热、置零的电子天平上,天平显示铁块的质量。拿一块磁铁从正上方慢慢靠近小铁块,天平的示数越来越小。当磁铁距铁块一定距离时,铁块被磁铁吸上。天平示数的变化表明,磁铁距铁块的距离越小,磁铁对铁块(包括秤盘等)的吸引力越大。用电子天平还可以演示磁铁与磁铁之间的引力或斥力与它们之间距离的关系。

六、探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关

利用自制电磁铁(在长铁钉或螺钉上绕带绝缘皮的粗铜丝)“探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关”时,电磁铁的构造一目了然,学生更有探究兴趣。但由于条件所限,自制电磁铁的磁性太弱,不能或只能吸起很少的大头针(曲别针)。利用电子天平很容易比较电磁铁磁性的强弱。在滤纸上倒上少量铁粉,把滤纸放在已调平、预热、置零的电子天平上,再将天平清零,把通电的电磁铁的一端放在铁粉上,然后移开,天平的示数减小为负值。电磁铁的磁性越强,吸起的铁粉越多,天平示数减小得越多。根据天平示数减小的多少可以比较电磁铁磁性的强弱。利用电子天平可以方便迅速地“探究电磁铁的磁性强弱与电流大小、线圈匝数的关系”。

七、演示超重失重现象

超重是物体对支持物的压力或悬挂物的拉力大于自身重力的现象,失重反之。演示超重、失重的传统方法是用演示测力计提着物体加速或减速运动,由于物体运动过快,不容易看清示数的变化。用电子天平和自制简易装置可以方便地演示超重、失重现象。通过引导学生分析示数变化的原因,可以使学生对超重、失重现象有个完整的、正确的认识。用壁较厚的饮料瓶做一个三脚支架,在瓶底中心扎一个小孔,把长短合适的软弹簧的一端穿过孔固定。把支架(带弹簧)放在已调平、预热的天平上,然后清零,再把质量为50g的钩码挂在弹簧上。钩码静止时,天平显示钩码的质量m。用手向下轻拉钩码,松手后,钩码上下振动,天平的示数时而大于m,时而小于m。天平示数的变化表明,钩码对弹簧的拉力(也就是对秤盘的压力)有时大于自重(超重),有时小于自重(失重)。当钩码加速上升时,T>G(a向上),根据牛顿第三定律可知,钩码对弹簧的拉力(对秤盘的压力)大于自重,超重。同理,当减速上升时,T<G(a向下),失重;当加速下降时,T<G(a向下),失重;当减速下降时,T>G(a向上),超重。式中T是弹簧对钩码的拉力,G是钩码受到的重力。通过分析可以得出,超重现象的共同特征是a向上;失重现象的共同特征是a向下。

作者:熊建新

电子天平在物理教学中的运用责任编辑:张雨    阅读:人次