物理天平實驗教學的方法及技巧

【摘要】本文針對學生在物理天平使用中經常犯的錯誤，結合多年的教學經驗，總結了一些教學中的方法及技巧。

【關鍵詞】物理天平 教學方法

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）12-0155-01

一、引言

物理天平[1]是大學物理實驗中最基本、最常用的儀器，它是利用杠桿原理稱量物體質量的。學生在使用物理天平時經常會碰到一些問題，如天平有時無法調平衡，稱量物體時砝碼的選擇沒有目的，游碼調節的方向和幅度不確定等等，本文針對這些問題作了詳細的闡述。

二、物理天平使用中的問題

物理天平的使用一向是教學的難點，并不是實驗自身難，而是講解完后讓學生操作無誤或者盡量少犯錯誤很難。很多時候都是講解完后，每個學生還要單獨輔導一次甚至兩次。操作過程中明顯的錯誤有：水平調節不調；零點調節不調就稱量物體或零點調節調不平衡；稱量物體時砝碼隨機加或者先用小的，用完再用大的替換，沒法一一遍歷，導致測出的數據誤差很大；操作中橫梁啟動狀態時，進行加減砝碼、移動游碼、調節平衡螺絲等操作；游碼的平衡點盲目亂找。

三、正確操作及技巧

（1）實驗準備：實驗前先檢查儀器，在學生使用過程中有時托盤、吊耳、盤梁有可能會掉，再放上去就是亂放的。所以實驗前要求學生先檢查托盤、吊耳、盤梁左右是否放反了，上面都有編號。如若放反，直接會影響到零點調節調不平衡。同時檢查橫梁是否支在下面的三個螺絲上，三點剛好確定一平面，把橫梁架穩，這一步是檢查之前同學有沒有把橫梁制動或者雖制動但沒架在三個螺絲上。

（2）水平調節。經常有同學不調，掌握規則水往低處流，高處是水泡。

（3）零點調節。注意先要游碼歸零，有同學不歸零直接調零點調節，等調平衡再發現，就要重新調，浪費了時間。同時，吊耳要支在三角形刀口上，否則，天平就是不等臂杠桿，調平衡就失去了意義。經過實驗準備后，大部分天平是可以通過調節平衡螺絲來調節平衡的。教學中先是針對普遍現象講授傳統的零點調節方法。具體操作中可能會有個別學生通過調節平衡螺絲沒法調到平衡，可以激發學生思考和解決問題的能力，在學生先思考的基礎上再進行分析問題并講解方案，由于天平在長時間使用中出現磨損等原因導致無法調平衡。此時，可以在天平高的那端放一些輕而薄的金屬片，然后再調平衡螺絲使之平衡。調節過程中注意最好只調一個平衡螺絲，當這個調到極限還是無法平衡時再調另一個平衡螺絲。另外，針對學生經常在橫梁啟動時操作儀器這一問題（基本每個同學都這么操作），歸納為一句話強化：啟動橫梁，動腦不動手；制動橫梁，動腦也動手。意思是啟動時，手不動，觀察并判斷將要怎么調，制動時，才動手去調節并知道往哪個方向調而不是盲目亂試。

（4）稱量物體。首先，基本每個學生都會在橫梁啟動時加物體、加減砝碼、移動游標。實踐證明，錯誤演示法的效果比較好[2]，錯誤演示法的基礎是認知沖突理論，皮亞杰認為認知沖突是個體已有觀點與新問題情境相互矛盾而產生的一種心理不平衡，是學習者已有的知識結構與當前情境之間暫時的矛盾和沖突，是已有知識和新知識之間存在某種差距而導致心理失衡的一種狀態。教學中利用學生的認知沖突，激發學生的認知矛盾，引起學生的有意注意，調動學生的認知內驅力，以促進學生積極、高效的知識建構。教師演示錯誤操作，讓學生糾正，這樣又強化了一次，大大減少了學生在這個環節犯錯的幾率。其次，加減砝碼的規則是由大到小，逐個遍歷，先估測被測量物質量，明顯要重很多的砝碼就可以不試了。比如20g左右的物體，那500g、200g、100g的可以不試了，直接從50g的開始，偏重換成20g，便輕再加20g的，偏重退20g加10g的，偏重退10g的加5g的，如此一直試到最后1g的。最后，調游碼，避免同學沒有目的盲目亂調，采用一種快而準的方法，即二分法[3]。每次把游碼放中間判斷輕重，比如，天平游碼最大尺度1g，分成50小格，第一次游碼置中間，即1/2=0.5g位置，指針右偏則游碼右移置（0.5+0.5/2）g位置，指針左便則游碼左移置0.5/2g位置，以此多次使用二分法直至找到平衡點。

四、結束語

物理天平的使用是大學物理實驗的基礎，本文結合一些學生易犯的錯誤，給出了一些教學方法以及操作技巧，使學生能更好的操作實驗，與之前相比，教學效果顯著。

參考文獻：

[1]張平.大學物理實驗[M].南京： 南京大學出版社，2006.

[2]李澤欽.錯誤演示法在大學物理實驗教學中應用初探[J].物理通報，2015，2：68-72

[3]張廣平.解讀物理天平使用中的幾個要點[J].物理實驗，2014，34（7）：42-44.

作者簡介：

楊秋英（1981— ），女，江蘇常熟人，實驗師，碩士，主要從事大學物理實驗教學和研究工作。