物理天平實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法及技巧

【摘要】本文針對(duì)學(xué)生在物理天平使用中經(jīng)常犯的錯(cuò)誤，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一些教學(xué)中的方法及技巧。

【關(guān)鍵詞】物理天平 教學(xué)方法

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）12-0155-01

一、引言

物理天平[1]是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中最基本、最常用的儀器，它是利用杠桿原理稱量物體質(zhì)量的。學(xué)生在使用物理天平時(shí)經(jīng)常會(huì)碰到一些問(wèn)題，如天平有時(shí)無(wú)法調(diào)平衡，稱量物體時(shí)砝碼的選擇沒(méi)有目的，游碼調(diào)節(jié)的方向和幅度不確定等等，本文針對(duì)這些問(wèn)題作了詳細(xì)的闡述。

二、物理天平使用中的問(wèn)題

物理天平的使用一向是教學(xué)的難點(diǎn)，并不是實(shí)驗(yàn)自身難，而是講解完后讓學(xué)生操作無(wú)誤或者盡量少犯錯(cuò)誤很難。很多時(shí)候都是講解完后，每個(gè)學(xué)生還要單獨(dú)輔導(dǎo)一次甚至兩次。操作過(guò)程中明顯的錯(cuò)誤有：水平調(diào)節(jié)不調(diào)；零點(diǎn)調(diào)節(jié)不調(diào)就稱量物體或零點(diǎn)調(diào)節(jié)調(diào)不平衡；稱量物體時(shí)砝碼隨機(jī)加或者先用小的，用完再用大的替換，沒(méi)法一一遍歷，導(dǎo)致測(cè)出的數(shù)據(jù)誤差很大；操作中橫梁?jiǎn)?dòng)狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行加減砝碼、移動(dòng)游碼、調(diào)節(jié)平衡螺絲等操作；游碼的平衡點(diǎn)盲目亂找。

三、正確操作及技巧

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：實(shí)驗(yàn)前先檢查儀器，在學(xué)生使用過(guò)程中有時(shí)托盤(pán)、吊耳、盤(pán)梁有可能會(huì)掉，再放上去就是亂放的。所以實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生先檢查托盤(pán)、吊耳、盤(pán)梁左右是否放反了，上面都有編號(hào)。如若放反，直接會(huì)影響到零點(diǎn)調(diào)節(jié)調(diào)不平衡。同時(shí)檢查橫梁是否支在下面的三個(gè)螺絲上，三點(diǎn)剛好確定一平面，把橫梁架穩(wěn)，這一步是檢查之前同學(xué)有沒(méi)有把橫梁制動(dòng)或者雖制動(dòng)但沒(méi)架在三個(gè)螺絲上。

（2）水平調(diào)節(jié)。經(jīng)常有同學(xué)不調(diào)，掌握規(guī)則水往低處流，高處是水泡。

（3）零點(diǎn)調(diào)節(jié)。注意先要游碼歸零，有同學(xué)不歸零直接調(diào)零點(diǎn)調(diào)節(jié)，等調(diào)平衡再發(fā)現(xiàn)，就要重新調(diào)，浪費(fèi)了時(shí)間。同時(shí)，吊耳要支在三角形刀口上，否則，天平就是不等臂杠桿，調(diào)平衡就失去了意義。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備后，大部分天平是可以通過(guò)調(diào)節(jié)平衡螺絲來(lái)調(diào)節(jié)平衡的。教學(xué)中先是針對(duì)普遍現(xiàn)象講授傳統(tǒng)的零點(diǎn)調(diào)節(jié)方法。具體操作中可能會(huì)有個(gè)別學(xué)生通過(guò)調(diào)節(jié)平衡螺絲沒(méi)法調(diào)到平衡，可以激發(fā)學(xué)生思考和解決問(wèn)題的能力，在學(xué)生先思考的基礎(chǔ)上再進(jìn)行分析問(wèn)題并講解方案，由于天平在長(zhǎng)時(shí)間使用中出現(xiàn)磨損等原因?qū)е聼o(wú)法調(diào)平衡。此時(shí)，可以在天平高的那端放一些輕而薄的金屬片，然后再調(diào)平衡螺絲使之平衡。調(diào)節(jié)過(guò)程中注意最好只調(diào)一個(gè)平衡螺絲，當(dāng)這個(gè)調(diào)到極限還是無(wú)法平衡時(shí)再調(diào)另一個(gè)平衡螺絲。另外，針對(duì)學(xué)生經(jīng)常在橫梁?jiǎn)?dòng)時(shí)操作儀器這一問(wèn)題（基本每個(gè)同學(xué)都這么操作），歸納為一句話強(qiáng)化：?jiǎn)?dòng)橫梁，動(dòng)腦不動(dòng)手；制動(dòng)橫梁，動(dòng)腦也動(dòng)手。意思是啟動(dòng)時(shí)，手不動(dòng)，觀察并判斷將要怎么調(diào)，制動(dòng)時(shí)，才動(dòng)手去調(diào)節(jié)并知道往哪個(gè)方向調(diào)而不是盲目亂試。

（4）稱量物體。首先，基本每個(gè)學(xué)生都會(huì)在橫梁?jiǎn)?dòng)時(shí)加物體、加減砝碼、移動(dòng)游標(biāo)。實(shí)踐證明，錯(cuò)誤演示法的效果比較好[2]，錯(cuò)誤演示法的基礎(chǔ)是認(rèn)知沖突理論，皮亞杰認(rèn)為認(rèn)知沖突是個(gè)體已有觀點(diǎn)與新問(wèn)題情境相互矛盾而產(chǎn)生的一種心理不平衡，是學(xué)習(xí)者已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)與當(dāng)前情境之間暫時(shí)的矛盾和沖突，是已有知識(shí)和新知識(shí)之間存在某種差距而導(dǎo)致心理失衡的一種狀態(tài)。教學(xué)中利用學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知矛盾，引起學(xué)生的有意注意，調(diào)動(dòng)學(xué)生的認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力，以促進(jìn)學(xué)生積極、高效的知識(shí)建構(gòu)。教師演示錯(cuò)誤操作，讓學(xué)生糾正，這樣又強(qiáng)化了一次，大大減少了學(xué)生在這個(gè)環(huán)節(jié)犯錯(cuò)的幾率。其次，加減砝碼的規(guī)則是由大到小，逐個(gè)遍歷，先估測(cè)被測(cè)量物質(zhì)量，明顯要重很多的砝碼就可以不試了。比如20g左右的物體，那500g、200g、100g的可以不試了，直接從50g的開(kāi)始，偏重?fù)Q成20g，便輕再加20g的，偏重退20g加10g的，偏重退10g的加5g的，如此一直試到最后1g的。最后，調(diào)游碼，避免同學(xué)沒(méi)有目的盲目亂調(diào)，采用一種快而準(zhǔn)的方法，即二分法[3]。每次把游碼放中間判斷輕重，比如，天平游碼最大尺度1g，分成50小格，第一次游碼置中間，即1/2=0.5g位置，指針右偏則游碼右移置（0.5+0.5/2）g位置，指針左便則游碼左移置0.5/2g位置，以此多次使用二分法直至找到平衡點(diǎn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

物理天平的使用是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，本文結(jié)合一些學(xué)生易犯的錯(cuò)誤，給出了一些教學(xué)方法以及操作技巧，使學(xué)生能更好的操作實(shí)驗(yàn)，與之前相比，教學(xué)效果顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]張平.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].南京： 南京大學(xué)出版社，2006.

[2]李澤欽.錯(cuò)誤演示法在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用初探[J].物理通報(bào)，2015，2：68-72

[3]張廣平.解讀物理天平使用中的幾個(gè)要點(diǎn)[J].物理實(shí)驗(yàn)，2014，34（7）：42-44.

作者簡(jiǎn)介：

楊秋英（1981— ），女，江蘇常熟人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和研究工作。