低成本微型电子秤在物理实验中的应用

基于高精度廉价的家用微型电子秤设计了几种创新的实验设备，它们不仅简单直观，而且具有高精度数字测量的特点。几个实验装置是“用迷你电子秤显示热膨胀和收缩以及轻微变形”，“用迷你电子秤探索电荷之间的力”和“用迷你电子秤显示超重和失重”。随着科学的飞速发展，许多廉价的新型电子测量设备不断涌现，给我们的日常生活带来了极大的便利，也为改善物理实验提供了新的思路和新方法。迷你电子秤是最具代表性的产品之一。近年来，小编积极运用迷你电子秤创新性地改进了物理实验，取得了一定的成果。以下介绍了使用迷你电子秤进行的一些改进的实验，以期与物理领域的所有同事一起创新和改进中学物理实验教学。 I.迷你电子秤和拆卸与分离传感器如图1所示，淘宝上目前出售两种迷你电子秤及其拆卸方式。它们的尺寸类似于普通的4英寸屏幕智能手机，而且体积很小。其中，范围500g和精度0.1g的销售价格在16元左右，范围10g和精度0.001g的销售价格在60元左右。不仅发现这种电子秤便宜，而且具有很高的精度，尤其是精度为0.01g的微型电子秤，可以完全用于需要高精度的物理实验中。观察拆卸后的微型电子秤的内部结构，我们很高兴地发现“力传感器”与“电路板和显示部件”可以分开，并且它们仅用4条软线连接。您只需简单地使用4条足够长的软线，就可以将“力传感器”与微型秤分开。为什么要分别分离传感器？因为在许多物理实验中传感器都需要随研究而移动，所以必须通过固定的显示器清楚地看到力。一些老师可能会担心，改用更长的软线后，电阻是否会影响测量结果？较长的软线在世界范围内更容易受到电磁干扰，会影响精度吗？小编经过实际测量和比较，发现以上担心完全没有必要。原因之一是迷你电子秤具有剥离和归零功能。第二个原因是强大的DC信号通过柔性导线传输，受外部杂散电磁场的影响最小。二，实验改进案例1.使用微型电子秤显示热膨胀，收缩和微变形。电子秤中的力传感器在压力下工作，以引起传感器的小变形，从而引起电阻的明显变化。被检测到的传感器非常灵敏，微米级的变形会引起读数的显着变化，其灵敏度明显高于传统的指针式放大倍率和光放大倍数。如图2所示，迷你电子秤用于演示热膨胀和收缩装置。图2中显示的是一种用迷你电子秤演示热膨胀和收缩的设备。制作更坚固的木质底座，然后使用夹子将微型秤直立固定在左端。在底座的右侧钻了一个孔，以使金属棒穿过。调整金属棒，使其左端刚好碰到电子秤的秤盘。用螺钉牢固地固定金属棒。首先按“去皮并清除”键使读数为零，然后用蜡烛烧烤金属棒。一段时间后，您会看到电子秤的读数迅速增加甚至超过了范围。如果卸下蜡烛，您会看到读数逐渐降低。小编的实验发现，即使在冬天，仅用手握住金属棒也可以使电子秤的读数明显变大且过于敏感。如图所示在图3中的n中，使用微型电子秤来演示小变形和装置。该装置可以非常清楚地放大短而厚的高密度纤维板的变形，但是用于比较实验的激光微变形演示器的侧面无法清楚地显示出来。应该注意的是，高密度纤维板不能直接接触0.001g电子秤的秤，否则系统会轻微振动并且电子秤会超出其范围。解决方案是在两者之间垫一块泡沫板，这足以将轻微变形引起的压力传递到电子秤上。牢固按压纤维板之前，还必须去皮和清除电子秤。 2.使用小型电子秤研究点电荷之间的力。两个带电球的力通常很小，这很难用测力计测量。因此，一些相关的改进实验已经使用了敏感的装置，例如杠杆或刻度尺。进行间接测量。实际上，使用精度为0.001g的微型电子秤，可直接测量并直接显示库仑力。滑动锁上下移动。放准确性。将2001g电子秤放在底座上，金属球A用万能胶通过绝缘棒固定在秤盘上。这样就完成了安装。特别要注意的是，两个金属球应完全相同，并尝试选择较小的质量，否则电子爆炸会因超量程而报告错误，因为清除后量程仅为10g。另外，两个小球，作者使用了直径为3cm的空心塑料。球的表面由锡箔制成。绝缘棒使用5mm厚的热熔管装图书馆装订机，总质量约为6g。首先，将电子秤去皮至零，然后使用Fan的电动机为两个球充电。迷你电子秤的样品将立即显示读数。使金属球B靠近A。您可以观察到读数越来越大。您会发现，当距离变为一半时，读数变为大约4倍。使用电球将球A的功率减半，您会发现读数也变为一半。该装置可以定性快速定性地探索库仑力，但定量查询相对较粗糙，误差在10％至20％之间。作者已经反复改进了该装置，并且实验无法显着减少错误。作者认为，误差的来源主要是由于两个球之间的距离较小时的相互影响，所以电荷被重新分配，因此不能再视为电荷。但是，如果距离太大或球太小，则库仑力太小而无法测量，并且距离太大而不受外部杂散电场和电荷的影响。 3.使用迷你电子秤在电梯底部显示超重和失重。两个缓冲海绵的功能是确保如果电梯没有时间减速，设备底座或木箱将充当缓冲。首先，让电梯静止不动并悬停在最低点。这时，观察显示读数并记录，可以找到读数N = mg。然后将速度调节旋钮快速固定到较小的位置。电梯短暂加速后，执行匀速运动。提醒学生以均匀的速度观察显示读数，发现仍有N = mg。在最低点，缓慢调节速度调节旋钮。向上加速，您可以找到读数N？ Mg，加速到中间高度，然后缓慢反转速度旋转，电动机将向上减速，这时的读数Nlt，mg。在减速过程中，将减速电机切换到反向模式也可能会显示超重或失重。需要说明的是，在条件允许的情况下，竖向支架越高越好，因此演示过程需要较长时间，便于观察和研究。另外，当电梯在最高点或最低点附近时，有必要将速度控制旋钮快速调零，以使电梯停止。迅速避免剧烈的冲击。