基 于 高 精 度的 廉 價(jià) 家 用 迷你 電 子 秤 而 設(shè)計(jì) 了 幾 個(gè) 創(chuàng) 新實(shí) 驗(yàn) 裝 置 ，   不 僅 簡 單直 觀 ，   還 有高 精度 數(shù)字化 測量 的 特 點(diǎn) 。    幾 個(gè) 實(shí) 驗(yàn)裝 置 分別為 “ 用 迷你 電 子秤 顯示 熱脹 冷 縮 和 微 小 形 變 ” “ 用 迷你 電 子秤 探 究電荷 間 的 作 用 力 ” “ 用 迷你 電 子 秤 演 示 超重 與 失重 現(xiàn) 象” 。

科學(xué) 發(fā)展 日 新 月 異 ，  很 多 物美價(jià) 廉 的 新 型 電 子 測量設(shè)備不 斷涌現(xiàn) ，  給我們 日 常 生活 帶來 了 極大 便利 ，也給物 理 實(shí)驗(yàn) 改進(jìn) 提供 了 新 思 路 和新手段。迷你電子秤就是其中很有代表性的一款產(chǎn)品。

小編近年來 積極 應(yīng)用迷 你電 子秤來創(chuàng)新改 進(jìn)物 理實(shí)驗(yàn) ，  取 得 了 一定的成果?，F(xiàn)把幾個(gè)應(yīng)用迷你電子秤的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)介紹如下，以期和各位物理同仁共同努力，創(chuàng)新改進(jìn)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

一、迷你 電 子 枰及 拆解 分離 傳感器

如圖 １  所示 為目 前 淘寶 網(wǎng) 售 的 兩款迷你電子秤及其拆解圖式， 其 大小 和 常 見 的4寸屏智能手機(jī)差不多，相當(dāng)迷你。其中 量程 ５ ００  g精度0.1g的銷價(jià)約16元，量程10g，精度0.001g的售價(jià)約60元。不僅發(fā)現(xiàn)這種電 子 秤價(jià)格 低廉 ，  而且精 度較 高 ，特別是精度度０ ．   ０ ０ １  ｇ 的迷你電子秤，完全可以應(yīng)用于要求精度較高的物理實(shí)驗(yàn)中。

觀察迷你電子秤拆解后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以欣喜地發(fā)現(xiàn)“ 力 傳感器 ” 和 “ 電 路板及顯 示 部分 ” 是可 以 分 離的，  它們 之間僅 僅通過 ４ 根 軟導(dǎo) 線 相 連接 。    只 要 換 用 4根足夠長 的 軟導(dǎo)線 ，   就 能把“ 力 傳感 器 ” 從迷 你 電 子秤分離出來。

為什 么 要 把傳感 器 單獨(dú)分離 出 來 呢？因?yàn)楹芏?/span>物理實(shí) 驗(yàn) 中 傳感器需要和 研 究一 起 運(yùn) 動 ， 而力的大 小必 須通 過靜止的顯示器才能看得清楚。

可能有的 老師會擔(dān)心換 用較 長的 軟導(dǎo)線 后，其電阻阻會不會對測量結(jié) 果產(chǎn)生影響 ？較長軟導(dǎo)線更 易 受到夕卜 界 電磁 干擾而會不會影響精度？小編經(jīng)過實(shí)際測量對比，發(fā)現(xiàn)以上擔(dān)憂完全沒有必要。一個(gè)原因是該迷你電子秤有去皮置零功能，第二個(gè)原因是軟導(dǎo)線中傳輸?shù)氖禽^強(qiáng)的直流信號，受外界雜散電磁場的影響極小。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)案例

1.用迷你電子秤顯示熱脹冷縮和微小形變

電子秤中的力傳感器工作原理是受到壓力使得傳感器發(fā)生微小形變，從而引起電阻明顯變化，該電阻變化可以精準(zhǔn)地被電路檢測出來，該傳感器非常靈敏，微米數(shù)量級的形變就能引起讀數(shù)顯著變化，其靈敏度明顯比傳統(tǒng)的指針式放大微小量以及光放大微小量更高。

如圖2所示為用迷你電子秤演示熱脹冷縮裝置。如圖 ２ 所 示為 “ 用 迷 你 電子 秤 演 示

熱 脹 冷 縮 ” 裝置。    做 一個(gè)較 堅(jiān) 固 的 木底 座 ，  用 固 定 夾 把 迷你 電 子秤豎立 固定在左端 。底座右側(cè)鉆一個(gè) 孔 可 以 讓金屬 桿通 過 ， 調(diào)節(jié)金 屬 桿使得 其 左 端 剛好輕輕碰觸到電子秤的秤盤，用旋 緊 桿 把金屬桿牢牢 固 定 。    首先按 “ 去皮清 零” 鍵使得讀數(shù)為 零，   然 后用蠟 燭燒烤金 屬 桿。不一會兒，可 以 看到 電 子秤讀數(shù)快速變大甚 至 超 出 量 程，  撤去蠟燭，   又會看 到 讀數(shù)慢慢變小。

小編實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，甚至冬天僅僅用 手握 緊 金 屬 桿 ，  就能使 得電 子秤讀數(shù)明顯變大，

太靈敏了。

如圖3所示為用迷你 電 子 秤演示 微 小形變，裝置。該裝 置 可 以 把一塊較短較厚 的 高密 度纖維板的形變放大得非常清晰，而進(jìn) 行 對 比 實(shí)驗(yàn)的激光微小形變演示儀側(cè)不能明顯顯示出來。

要注意高密度纖維板不能直接和0.001g的電子秤秤盤接觸，否則系統(tǒng)稍有震動，就會使得電子秤超量程。解決 的 辦法 是在二 者 之 間 墊一 層 泡沫板，   就足夠把 微小形變產(chǎn)生 的 壓力 傳遞 給電 子 秤。同樣在 用力 按壓纖維板前 需要 對 電 子秤進(jìn)行去皮清零 。

2.用迷你電子秤探究 點(diǎn) 電 荷 間的作用力

通常 兩個(gè)帶電小球的 作 用力 非常微小，難以用實(shí)驗(yàn)用測力計(jì)去測量，故一些相關(guān)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)都采用了杠桿或扭秤等靈敏裝置去間接測量。其實(shí)，采用精度為0.001g的迷你電子秤，完全可以直接測量庫侖力并直接顯示。

滑動鎖定裝 置 上 下 移動 。    將精度 〇．   ００ １  ｇ 的 電 子 秤放在底座 上 ，金屬 球 Ａ 通 過絕 緣桿 用萬能膠固定在秤盤上。這樣，  整個(gè)裝 置 就做好 了 。

特別注意的是，兩個(gè)金屬球要完全一樣，并盡量選擇質(zhì)量小的，否 則 電 子砰 會因 超量程 而 報(bào) 錯，因?yàn)榍辶愫罅砍讨挥?/span>10g,此外兩個(gè)小球，筆者采用直徑3cm空心塑料小球表面貼上錫箔做成。絕緣桿采用圖書館裝訂機(jī)用的5mm粗細(xì)的熱熔管，整體質(zhì)量在6g左右。

首先讓電 子秤去 皮清零 ，  然 后用范 氏 起電 機(jī)使兩小球帶電，迷 你 電子秤樣 立 即 就 顯示 讀數(shù) 了 。讓金屬小球B靠近A,可觀察到讀數(shù)越來越大，并 可 發(fā)現(xiàn)距離變?yōu)橐话霑r(shí)，讀數(shù)約變?yōu)?/span>4倍，用分電球把小球A的電量分去一半，又可發(fā)現(xiàn)讀數(shù)也約變?yōu)橐话搿?/span>

本裝置 可 以 簡單快 速 直 觀 地 定 性探究庫侖力大小，但定量 探究較為 粗略 ，誤差在10%-20%之間，筆者多次改進(jìn)裝置和實(shí)驗(yàn)均不能使誤差明 顯減小。筆者認(rèn)為誤差來源主要 為兩球 間 距 較小時(shí)互 相 影響 使得 電荷重新分布，不能再視 為電荷了。但如距離很大或小球太小又會引起庫侖力太小而無法測量，且距離太大受外界雜散電場和電荷的影響也將不可忽視。

3.用迷你電子秤演示超重與失重現(xiàn)象

在電 梯底 部 即 可 。

兩塊緩 沖海綿 的 作 用是確保萬一電梯來不及減速與 裝置底座或 木 盒起緩 沖 作用 。先讓 電 梯靜止懸空 在最低點(diǎn) ， 此 時(shí)觀察 顯示器讀 數(shù)并記 錄 ， 可發(fā)現(xiàn)讀數(shù) N=mg。然后 把 調(diào)速旋鈕快速固 定在 某一較小位 置 ， 電 梯 短 暫加速后 做勻 速 運(yùn)動，  提醒 學(xué)生 觀 察 勻速時(shí)的 顯 示器讀 數(shù) ，   可發(fā) 現(xiàn) 仍 有N=mg.在最低點(diǎn)時(shí)緩慢調(diào)速旋鈕，電 梯即 向上加速，可發(fā)現(xiàn)讀數(shù)N?mg，加速運(yùn)動到中間高度附近再緩慢反向轉(zhuǎn)動調(diào)速旋轉(zhuǎn)，電機(jī)即向上減速，此時(shí)，讀數(shù)N。把減速電機(jī)切換到反轉(zhuǎn)模式，同樣可以演示向下運(yùn)動過程中的超重或失重現(xiàn)象。

需要注意的是，如條件允許，豎直支架越高越好，這樣演示過程時(shí)間較長，便于觀察研究。另外，當(dāng)電梯接近最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)要 快速反 轉(zhuǎn)調(diào)速旋鈕 至 零 ，讓電梯較快停 止 以 避免猛 烈撞擊 。