自制提紐天平

張軍

實驗室天平的種類有很多，如物理天平、微量天平、比重天平等。初中物理課中，我們學(xué)習(xí)使用的是托盤天平。在理解托盤天平工作原理的基礎(chǔ)上，我們可以自己動手，利用身邊常見的器材做一個提紐天平。

托盤天平的工作原理

托盤天平的本質(zhì)是等臂杠桿，它的精確度與刀口密切相關(guān)（圖1）。我們可以做個簡單的小實驗來理解這個問題。

將一根質(zhì)量分布均勻的直尺平放在穩(wěn)固的小木塊上，由于支持面比較大，即使直尺伸出木塊外的兩端質(zhì)量不等，只要直尺的重心還在木塊的正上方，直尺就能在水平位置保持平衡。但是，當(dāng)直尺放在刀口上，支持面就非常小，直尺在刀口兩側(cè)的質(zhì)量稍有不同，直尺就會傾斜（圖2）。所以，保護天平的刀口非常重要，所測物體的質(zhì)量不能超過最大稱量，添加物體和砝碼時要輕拿輕放，要防止天平劇烈震動，防潮、防銹、防腐蝕，而且不用時要用橡膠墊圈或橡皮墊圈將橫梁托起來，讓刀口脫離支架。

使用前，需要先調(diào)節(jié)天平平衡。先是調(diào)節(jié)底板水平，然后調(diào)節(jié)橫梁平衡。調(diào)節(jié)橫梁平衡時，先將游碼歸零，撥到標(biāo)尺左端的零刻度線處，然后調(diào)節(jié)平衡螺母，讓天平在水平位置保持平衡，這時橫梁系統(tǒng)的重心與刀口在同一條豎直線上，橫梁系統(tǒng)的自重對橫梁轉(zhuǎn)動的影響就可以排除了。測量物體質(zhì)量時，如果只是在右盤增、減砝碼來調(diào)節(jié)天平平衡，不會造成原有橫梁系統(tǒng)重心的轉(zhuǎn)移。但是，如果移動游碼，重心就發(fā)生偏移了，將對橫梁的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生影響，會導(dǎo)致測量結(jié)果有偏差。

不妨做個實驗來直觀感受一下。在調(diào)節(jié)好的天平左盤放一個50 克的砝碼，右盤放兩個20 克、一個10 克的砝碼，天平保持平衡。現(xiàn)在，用鑷子取下10 克的砝碼，放回砝碼盒，把游碼的位置調(diào)到10 克的刻度線上，按道理天平還應(yīng)該平衡，但實際情況是指針會偏向分度盤中央刻度線的右側(cè)（圖3）；如果調(diào)節(jié)游碼讓指針對準(zhǔn)分度盤中央刻度線，則讀數(shù)就偏小了。

自制提紐天平

找根小竹棒，在小竹棒的中心鉆出一個小孔，將尼龍線穿過去做成提紐。找兩個大一點兒的塑料瓶蓋，在瓶蓋四周均勻地鉆3 個孔，穿過尼龍線做成懸吊的秤盤。在竹棒兩端與提紐等距的地方各鉆一個小孔，用于懸吊秤盤。一個簡單的提紐天平就做好了。

提起提紐，如果竹棒不能在水平位置保持平衡，則用雙面膠在抬高的那一端粘貼紙條，調(diào)節(jié)紙條的長度，直到竹棒在水平位置平衡，就可以測量物體質(zhì)量了（圖4）。物體和砝碼各放一個盤，若竹棒在水平位置保持平衡，則物體的質(zhì)量等于砝碼質(zhì)量之和。砝碼可以用托盤天平的現(xiàn)成砝碼，也可以自制砝碼。下面介紹一種制作小質(zhì)量砝碼的方法。

將手工折紙裁成等寬、等長的紙條，并在一面粘上雙面膠備用。從規(guī)格相同的吸管上截取10 段等長的吸管，在它們的一端纏繞紙條，做成紙砝碼。通過修剪吸管的長度、調(diào)節(jié)紙條的長度，讓10 個紙砝碼的總質(zhì)量為5 克，我們就得到質(zhì)量為0.5克的紙砝碼了（圖5）。

還可以進一步得到0.1 克的小“砝碼”。取5 段規(guī)格相同的吸管，放在調(diào)好的天平的左盤，右盤放入0.5 克的紙砝碼。用剪刀修剪5 段吸管，讓它們逐漸變短且長度始終相等，直到天平保持平衡。此時，每一段吸管的質(zhì)量都是0.1 克（圖6）。類似的，還可以尋找一些規(guī)格相同的輕小物體，比如回形針、圖釘、紐扣，測出它們的質(zhì)量，把它們作為小砝碼使用。有一種帶孔的塑料珠， 50 顆的總質(zhì)量剛好為5 克，這樣每一顆塑料珠都可以當(dāng)作0.1 克的小砝碼使用（圖7）。

那么，天平的靈敏度和精確度到底如何呢？我們不妨測試一下。在提紐天平一端的秤盤內(nèi)放入吸管砝碼或塑料珠砝碼，這一端立刻沉了下去（圖8）。可見，提紐天平的感量是可以低于0.1 克的，在測量要求不是很精密的情況下，是可以代替托盤天平使用的。

當(dāng)然，我們也可以找?guī)w子的小瓶子，用滴管調(diào)節(jié)瓶子里的水量，用托盤天平校準(zhǔn)，讓小瓶子的質(zhì)量分別為5 克、10 克、20 克等，做出一組砝碼來。

（責(zé)任編輯：白玉磊）