低碳質量儀萬眾

奶奶非常重視早餐質量，她按照營養專家的建議，用桿秤測量套餐配料的質量。每當看到奶奶這樣稱量時，我都覺得不太方便。我們在學校少年科學院舉辦的小碩士研修班上，學習了浮力原理及其應用，萌發了利用浮力原理：F浮=G來制作廚房配料質量測量工具的想法。因為測量時不消耗能量，我們將作品取名為低碳質量儀。

設被測物體的質量為m，圓柱形食品桶的直徑為d，把食品桶放入水中，它便漂浮在水上，如圖1所示。

將被測物體放入食品桶內后，漂浮時浸入水中的深度增加值為h，增大的浮力等于圓柱形食品桶內所增大的重力：△F浮=△G。被測物體的質量m與圓柱形桶浸入水中的深度h成正比，如圖2，所以本低碳質量儀的刻度是均勻的。

我們選擇一個廢舊食品桶，用刻度尺測量它的直徑d=8.6cm，如圖3所示。計算食品桶的橫截面積S=πd2/4=3.14×(8.6cm)2/4=57.06cm²。再計算圓柱體的高度h=V/S，若體積V=500cm3，則h=500cm3÷57.06cm²=8.7cm。即高度差為8.7cm時，二條刻度線之間的圓柱體的體積為500cm3。

在電腦上制作均勻分布的刻度線，利用放大或縮小功能，使0與500這二條刻度線之間的距離為8.7cm，根據測量原理m=ρ水V排，將體積的刻度線轉化為質量的刻度線，即500刻度線的單位是克(g)，制得的刻度線如圖4所示。

我們在食品桶的底部粘貼廢舊的圓形金屬壓塊，如圖5所示。再安上底座，降低食品桶的重心，增大食品桶的穩度，如圖6所示。開始沒有金屬壓塊，整套裝置的重心高于浮力的作用點，在浮力和重力的作用下，低碳質量儀出現歪倒現象。金屬壓塊受到的重力遠大于空食品桶受到的重力，使得低碳質量儀的重心較低，并低于浮力的作用點，使穩度增大。當浮力等于重力時，低碳質量儀就始終豎直漂浮在水中。

測量時，將圖6所示的食品桶漂浮在水中，記下桶壁上的水面線，作為零刻度如圖7所示。再將圖4所示的刻度紙用雙面膠粘貼在食品桶的外壁上如圖8所示。將“使用說明”用雙面膠粘貼在食品桶的外壁上，如圖9所示，并用透明膠將“刻度紙”和“使用說明”封牢固。

用200g標準砝碼放入低碳質量儀的桶中，讓其漂浮在水中，讀出示數仍為200g，如圖10，說明本低碳質量儀可以比較精確地測量物體的質量。我們這個低碳質量儀的量程為0～500g，分度值為2g。

我們把要測量的水果放入低碳質量儀的桶內，如圖11所示，并輕輕晃動，讓水果重心落在桶的中心位置，并將桶輕輕地放入水中，處于漂浮狀態，如圖12所示。我們告訴奶奶從刻度線上直接讀出的示數就是被測水果的質量，奶奶連連說：“這么方便，太好了！”

萬眾同學在2010年11月被評為中國少年科學院“小院士”。在2011年3月江蘇省基礎教育工作會議樹人學校科技教育成果現場展示活動中，萬眾和王培成二位同學的操作展示得到與會領導的稱贊。

（作者：江蘇省揚州中學教育集團樹人學校學生；指導教師： 崔偉）