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简易电子天平的制作
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摘要：在人教版教材《选修3-2》第六章第二节中介绍了一些常见传感器，其中就有电子秤.但是这里提到的主要原理是压力使得应变片发生形变，从而引起一个电压差，由于应变片的形变量与压
在人教版教材《选修3-2》第六章第二节中介绍了一些常见传感器，其中就有电子秤.但是这里提到的主要原理是压力使得应变片发生形变，从而引起一个电压差，由于应变片的形变量与压力是一个比较复杂的对应关系，学生只能定性地分析其传感原理.笔者一直在思考能不能制作一个传感器，能够定量地研究其传感原理，从而凸显知识的应用性.于是想到了传统的电磁力平衡原理的电子天平，它用到的大多数原理都属于中学物理的内容.本文通过让学生体会简易电子天平的制作过程，加深其对杠杆、电路、安培力、辐向磁场、线性对应关系等知识的理解与应用，实现理论与实践的对接.
1 制作所需材料
废旧铁盒1个(用作载物盘)，用天平准确测出其质量m1.废弃喇叭中的“山”字形磁铁1个，它能产生如图1所示的匀强辐向磁场.塑料管1根，在其上绕制一定的线圈并使总质量为m2(m1=m2).电源，导线，滑动变阻器，电流表，硬质塑料条等.
图1
2 制作过程
制作原理图如图2所示，A为机械调平螺母，E为托盘.制作时使由于m1=m2，所以在空载且线圈不通电时，天平应平衡.实际操作时，轻微调节A便能实现.
图2
3 测量原理及过程
该天平的基本原理在于利用安培力与电流的线性对应关系，以及安培力与待测重物重力的平衡，从而利用电流表读数来表示重物质量，电路图如图2.
操作步骤：(1)将R1的滑动触头滑至最左端，闭合开关S1,S2;利用机械调平螺母A调节天平平衡,即红绿灯皆熄灭的状态.
(2)定标.将质量为M1的标准砝码放入托盘内，此时红灯亮起.向右缓慢滑动R1的滑动触头直至红绿灯皆熄灭(如果绿灯亮起，表明右移幅度过大，此时应适当左移滑片直至红绿灯皆熄灭).记录电流表示数I1.由杠杆平衡原理G=aF安(a为常数)，且F安=nBIL(n为匝数)=bI(b为常数).因此F安=bI，G=abI.又G=mg,即mg=abI， 令m=KI；此时有M1=K1I1.更换质量为M2,M3的标准砝码重复上述过程测量电流I2和I3.M2=K2I2,M3=K3I3.取K1，K2，K3的平均值
(3)测量.放入一个质量为M的待测物；重复定标时的调平过程；测得电流I，有从而测得待测物质量M.
在课程改革的今天，物理教学越来越重视实用性和生活化.特别是传感器的内容进入中学物理之后，各种情境式实验题在高考中更是层出不穷.其目的正是考查学生理论与实践的结合能力、动手能力，真正体现物理的实用性.这样的制作过程旨在提高学生的实践探究能力，加强知识的应用，提升学习兴趣，使得传感器的教学“有血有肉”.同时，也可将本实验与电表改装等知识相结合，让学生自制表盘从而直接读取质量.另外，还可以达到强化对物理仪器上常用到的线性对应和转化思想的理解的目的，在此笔者不赘述.
文章来源：《中学物理》 网址: http://www.zxwlzzs.cn/qikandaodu/2021/0709/943.html
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