低成本微型电子秤在物理实验中的应用

基于高精度的廉价家用微型电子秤设计了几种创新的实验设备，这些设备不仅简单直观，而且还具有高精度数字测量功能。有几个实验装置是“使用微型电子秤显示热膨胀和收缩以及小变形”，“使用微型电子秤探索电荷之间的力”和“使用微型电子秤显示超重和失重现象”。科学的发展日新月异，许多新型廉价的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，也为改进物理实验提供了新的思路和新方法。迷你电子秤是代表产品之一。近年来，编辑积极使用迷你电子秤来创新和改进物理实验，并取得了一定的成果。以下介绍了一些使用微型电子秤的改进实验，目的是与物理学界的同事一起创新和改进中学物理实验的教学。 1.迷你电子秤和拆装分离传感器。如图1所示，目前在淘宝上有两种迷你电子秤及其拆卸图。尺寸类似于普通的4英寸屏幕智能手机，尺寸非常小。范围为500g且精度为0.1g的售价约为16元人民币，范围为10g且精度为0.001g的售价约为60元人民币。不仅发现这种电子秤价格低廉，而且具有很高的精度，尤其是精度为0.001g的微型电子秤，可以用于要求高精度的物理实验中。观察拆卸的微型电子秤的内部结构，您会发现“力传感器”与“电路板和显示部件”可以分开，并且它们仅通过4条软线连接。只要使用四根足够长的软线，“力传感器”就可以与小型电子秤分离。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，并且必须通过固定的显示器清楚地看到力的大小。一些老师可能担心更换为更长的软线后，电阻是否会影响测量结果？较长的软线更容易受到外部电磁干扰，会影响精度吗？经过实际测量和比较，我发现上述担心完全没有必要。原因之一是迷你电子秤具有剥离和归零功能。第二个原因是强直流信号在软线中传输，受外部杂散电磁场的影响最小。 2.实验改进案例1.使用迷你电子秤显示热膨胀，收缩和小变形。电子秤中力传感器的工作原理是，压力使传感器承受很小的变形，从而引起电阻的显着变化，可以通过电路准确测量出该变化。检测到传感器非常灵敏，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和少量的光放大。图2显示了带有迷你电子秤的热膨胀和收缩装置的演示。如图2所示，它是“用微型电子秤演示热膨胀和收缩”的设备。制作坚固的木制底座，然后用固定夹将迷你电子秤垂直固定在左端。在底座的右侧钻一个孔，以使金属棒穿过。调整金属杆，使其左端轻轻接触电子秤的秤盘。使用螺杆将金属杆牢牢固定。首先按“去皮重”按钮使读数为零，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，甚至超出了范围。取下蜡烛，您将看到读数slo减少。在我的实验中，我发现即使在冬天，用手握住金属棒也可以使电子秤的读数明显变大，这太敏感了。如图3所示，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较短和较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仪器侧无法清晰显示。需要注意的是，高密度纤维板不能直接接触0.001g电子秤盘，否则系统会轻微振动，导致电子秤超出范围。解决方案是在两者之间放置一层泡沫板，该泡沫板足以将小变形所产生的压力传递到电子秤。同样，在用力按压纤维板之前，需要对电子秤进行去皮和复位。 2.使用迷你电子秤探索点电荷之间的力。通常，两个带电球的力很小，很难用实验测力计测量。因此，一些相关的改进实验使用了敏感的装置，例如杠杆或扭力秤。进行间接测量。实际上，使用精度为0.001g的微型电子秤可以直接测量库仑力并直接显示。滑动锁定装置上下移动。精度为〇。将001g电子秤放在底座上，金属球A通过万能胶通过绝缘棒固定在秤盘上。这样，整个设备就完成了。特别要注意的是，两个金属球应该完全相同，并尝试选择最小的质量，否则电子爆炸会因超量程而报告错误，因为复位后量程仅为10g。另外，两个小球，作者使用了直径3cm的中空塑料。球的表面是锡纸制成的。绝缘棒采用图书馆装订机中使用的5mm厚的热熔管，总质量约为6g。首先，将电子秤去皮并重置，然后使用Fan的马达为两个小球充电，然后迷你电子秤会立即显示读数。将金属球B靠近A，可以观察到读数越来越大，并且发现当距离变为一半时，读数变成大约4倍。使用配电球将球A的电量分成两半，您会发现读数也约为一半。该装置可以简单，快速，直观地定性地探究库仑力，但定量探查相对较粗糙，误差在10％-20％之间。作者对设备和实验进行了多次改进，但无法显着降低误差。作者认为，错误的主要根源是，当两个球之间的距离较小时，相互影响会导致电荷重新分布，因此不能再将其视为电荷。然而，如果距离太大或球太小，则库仑力将太小而无法测量，并且距离太大，并且外部杂散电场和电荷的影响也不能忽略。 3.使用迷你电子秤在电梯底部演示超重和失重现象。两个缓冲海绵的功能是确保在电梯太慢而无法减速时，设备的底部或木箱用作缓冲。让电梯静止不动并悬停在最低点。此时，观察显示读数并将其记录下来，可以发现读数N = mg。然后将速度控制旋钮快速固定在较小的位置，电梯在短暂加速后将匀速运动。提醒学生以恒定的速度观察显示读数，发现仍有N = mg。慢慢将速度旋钮调节到最低点，然后电梯加速，您可以找到读数N？mg，将运动加速到中间高度附近，然后慢慢反转转速调节旋转，电动机将向上减速。这次，读数为Nlt，毫克。将减速电机切换到反向模式也可以表现出向下运动时超重或失重的现象。应当指出的是，如果条件允许，垂直支撑越高越好，因此演示过程将花费更长的时间并便于观察和研究。此外，当电梯接近最高点或最低点时，请迅速将速度控制旋钮调至零，以使电梯迅速停止以避免剧烈的冲击。