托盤天平常見錯誤操作的誤差分析

曹良惠

摘 要： 在學習使用托盤天平時，學生不熟悉托盤天平的工作原理、托盤天平的使用較復雜、托盤天平錯誤操作種類繁多使得這部分內容是絕大多數學生的學習難點。加之初一學生學習心理還不成熟、認知水平有限使得解決這個問題更困難。基于學生的學習特點，采用直觀形象、易于操作的方法較好。先采用實驗法讓學生知道結果，再用慢鏡頭分析法（畫圖法）、特例法這些形象生動、易于理解的方法，能幫學生很好地突破此難點。

關鍵詞： 天平 指針 平衡

天平是測量質量的工具。托盤天平是初中物理實驗和化學實驗中稱量物體的主要儀器，也是初中階段的基本測量工具之一，因此學生應會嚴格按照操作規范使用托盤天平 [1-3]。在學習使用托盤天平時，學生不熟悉托盤天平的工作原理[4]，加之托盤天平的使用較復雜[5]，托盤天平錯誤操作種類繁多，使得托盤天平常見錯誤操作的誤差分析成為絕大多數學生的學習難點。近年來在中、高考中也多次出現以分析天平誤差為內容的考題[6]，造成較多數學生失分。而一線教師最常用的突破方法，多為舉例法、假設法等一些常規分析方法。這些方法大多煩冗復雜、容易忘記，學生很大程度上依賴老師講解，自己很難靈活應用。而且近年來沒有很多文獻對此問題做出清晰、簡明的解釋[7，8]。因此筆者結合天平使用的教學經驗，對托盤天平常出現的幾種誤差做分析總結。提煉出慢鏡頭分析法（畫圖法）、特例法兩種針對托盤天平常見錯誤操作的誤差分析方法，應用于教學中后發現教學效果顯著增強。對于此法，學生不僅能快速理解，而且能靈活使用。

天平常見的錯誤操作種類繁雜，這些操作按照測量的順序，分為測量前、測量時，將它們歸類。可分為：

測量前：（1）天平未調平：指針偏左，指針偏右；（2）天平調平：天平調平前砝碼未歸零。

測量時：砝碼質量改變，天平不平衡，物體砝碼放顛倒。

對于以上提出的問題，我們一一予以解答。

1.測量前——指針偏左

例：一架天平，測量前左盤低右盤高，未經調節，稱得一蘋果的質量是160克，那么蘋果的實際質量應比160克？搖？搖 ？搖？搖。（填“大”或“小”）

分析：由于問題較抽象，分析起來比較困難，因此先用實驗的方法證明測量值是偏大還是偏小。知道偏大還是偏小后，接下來就進行原因分析。原因分析的過程比較抽象，為了便于理解，采用直觀的慢鏡頭分析法、特例法。

實驗法：首先在天平未調平（先后為指針偏向左、右）前提下稱量物體的質量，然后將天平調平，再次稱量物體質量，比較前后兩次的測量值。

慢鏡頭分析法（畫圖）分析

將測量前后的狀態通過畫圖的方式畫出：

稱量前 稱量時

中間必然有一個平衡的狀態，假設右盤放入10g砝碼時天平平衡，整個過程可以理解為：

測量值為：160g

真實值為：150g

所以測量值偏大。

特例法分析：

測量前左盤低右盤高，假設當在右盤中加入5g砝碼天平平衡時，此時左盤中待測物的質量為0g，此時測量值為：5g，真實值為：0g，所以測量值大于真實值。

2.測量前——指針偏右

與指針偏左的分析方法相同。測量值偏小。

3.測量前——天平調平前砝碼未歸零

如果把游碼歸零，那么左盤低右盤高，則與上例相同。測量值偏大。

4.測量時——砝碼質量改變

例：一臺天平的砝碼由于使用不當，粘上了許多灰塵并且受潮生銹了，利用它測量物體質量比良好的天平測量的結果（ ）

Ⅰ.偏大 Ⅱ.偏小 Ⅲ.相同 Ⅳ.通過正確的讀數，結果會相同

分析：當砝碼粘上了許多灰塵并且受潮生銹，砝碼本身的質量增大，假設砝碼原來質量為5g，生銹后質量為6g。稱量物體時，右盤中放入此砝碼剛好平衡。此時稱量值為5g，真實值為6g，故測量值比真實值小。

砝碼相當于測量質量時的標準，砝碼質量變化也就是標準變化，砝碼質量變小（破損、磨損），則標準變小時測量值偏大；反之，砝碼質量變大（沾有油污、生銹），則標準變大時測量值偏小。

5.測量時——天平不平衡

（1）指針左偏

物體的質量大于右盤砝碼質量加上游碼指示值，即測量值偏小。

（2）指針右偏

物體的質量大于右盤砝碼質量加上游碼指示值，即測量值偏小。

6.測量時——物體砝碼放顛倒

天平設計為左盤放物體右盤放砝碼，這樣在讀數時物體的質量為：右盤砝碼的質量加上游碼指示值。即：

左盤中物體的質量=右盤中物體的質量+游碼指示值

當物體砝碼放顛倒時：左盤中為砝碼，右盤中為物體，所以有：

砝碼的質量=物體的質量+游碼指示值

所以：物體的質量=砝碼的質量-游碼指示值；此時測量值偏大。

綜上所述：

天平錯誤操作測量前天平未調平指針偏左 測量值偏大指針偏右 測量值偏小？搖天平調平前砝碼未歸零 測量值偏大？搖測量時砝碼質量改變 砝碼破損，測量值偏大；砝碼沾油污或生銹，測量值偏小天平不平衡 指針左偏，測量值偏小；反之，偏大物體砝碼放顛倒 測量值偏大？搖

托盤天平常見錯誤操作的誤差分析，表面看復雜，其實多種錯誤操作可以歸為一類。只要掌握了一種情況的分析，其他情況可以巧妙地轉化為熟悉的那種。初中生已經具備一定的解決問題的能力，老師應該利用學生想象力豐富、思維活躍這一特點多使用類似畫圖法、極端假設法等形象、生動的方法，如此學生既能輕松地完成學習任務，事半功倍，又能牢固地記住解題要領，更能激發學生學習熱情。

參考文獻：

[1]李學利.天平使用面面觀[J].中學生數理化（初中版）（中考版），2011（Z1）.

[2]曹寶龍，等.質量的測量[M].科學教學參考書（七年級上冊）.杭州：浙江教育出版社，2012：118-119.

[3]錢志強.淺談初三物理總復習的策略[J].中學物理，2013（05）.

[4]張春華.托盤天平的使用與磅碼放置問題[J].渤海學刊，1992（S1）.

[5]王寧偉.天平的使用及讀數[J].中學生數理化（初中版），2004（12）.

[6]江中根.近年高考會考化學托盤天平題導析及解法[J].中學理科參考資料，1996（Z2）.

[7]緱文華.托盤天平幾種誤差的分析[J].甘肅教育，2007.7（B）.

[8]王海昭.解讀天平[J].初中生世界（八年級物理），2012（Z1）.