低成本迷你电子秤在物理实验中的应用
基 于 高 精 度的 廉 价 家 用 迷你 电 子 秤 而 设计 了 几 个 创 新实 验 装 置 ， 不 仅 简 单直 观 ， 还 有高 精度 数字化 测量 的 特 点 。 几 个 实 验装 置 分别为 “ 用 迷你 电 子秤 显示 热胀 冷 缩 和 微 小 形 变 ” “ 用 迷你 电 子秤 探 究电荷 间 的 作 用 力 ” “ 用 迷你 电 子 秤 演 示 超重 与 失重 现 象” 。
科学 发展 日 新 月 异 ， 很 多 物美价 廉 的 新 型 电 子 测量设备不 断涌现 ， 给我们 日 常 生活 带来 了 极大 便利 ，也给物 理 实验 改进 提供 了 新 思 路 和新手段。迷你电子秤就是其中很有代表性的一款产品。
小编近年来 积极 应用迷 你电 子秤来创新改 进物 理实验 ， 取 得 了 一定的成果。现把几个应用迷你电子秤的改进实验介绍如下，以期和各位物理同仁共同努力，创新改进中学物理实验教学。
一、迷你 电 子 枰及 拆解 分离 传感器
如图 １ 所示 为目 前 淘宝 网 售 的 两款迷你电子秤及其拆解图式， 其 大小 和 常 见 的4寸屏智能手机差不多，相当迷你。其中 量程 ５ ００ g精度0.1g的销价约16元，量程10g，精度0.001g的售价约60元。不仅发现这种电 子 秤价格 低廉 ， 而且精 度较 高 ，特别是精度度０ ． ０ ０ １ ｇ 的迷你电子秤，完全可以应用于要求精度较高的物理实验中。
观察迷你电子秤拆解后的内部结构，可以欣喜地发现“ 力 传感器 ” 和 “ 电 路板及显 示 部分 ” 是可 以 分 离的， 它们 之间仅 仅通过 ４ 根 软导 线 相 连接 。 只 要 换 用 4根足够长 的 软导线 ， 就 能把“ 力 传感 器 ” 从迷 你 电 子秤分离出来。
为什 么 要 把传感 器 单独分离 出 来 呢？因为很多物理实 验 中 传感器需要和 研 究一 起 运 动 ， 而力的大 小必 须通 过静止的显示器才能看得清楚。
可能有的 老师会担心换 用较 长的 软导线 后，其电阻阻会不会对测量结 果产生影响 ？较长软导线更 易 受到夕卜 界 电磁 干扰而会不会影响精度？小编经过实际测量对比，发现以上担忧完全没有必要。一个原因是该迷你电子秤有去皮置零功能，第二个原因是软导线中传输的是较强的直流信号，受外界杂散电磁场的影响极小。
二、实验改进案例
1.用迷你电子秤显示热胀冷缩和微小形变
电子秤中的力传感器工作原理是受到压力使得传感器发生微小形变，从而引起电阻明显变化，该电阻变化可以精准地被电路检测出来，该传感器非常灵敏，微米数量级的形变就能引起读数显著变化，其灵敏度明显比传统的指针式放大微小量以及光放大微小量更高。
如图2所示为用迷你电子秤演示热胀冷缩装置。如图 ２ 所 示为 “ 用 迷 你 电子 秤 演 示
热 胀 冷 缩 ” 装置。 做 一个较 坚 固 的 木底 座 ， 用 固 定 夹 把 迷你 电 子秤竖立 固定在左端 。底座右侧钻一个 孔 可 以 让金属 杆通 过 ， 调节金 属 杆使得 其 左 端 刚好轻轻碰触到电子秤的秤盘，用旋 紧 杆 把金属杆牢牢 固 定 。 首先按 “ 去皮清 零” 键使得读数为 零， 然 后用蜡 烛烧烤金 属 杆。不一会儿，可 以 看到 电 子秤读数快速变大甚 至 超 出 量 程， 撤去蜡烛， 又会看 到 读数慢慢变小。
小编实验中发现，甚至冬天仅仅用 手握 紧 金 属 杆 ， 就能使 得电 子秤读数明显变大，
太灵敏了。
如图3所示为用迷你 电 子 秤演示 微 小形变，装置。该裝 置 可 以 把一块较短较厚 的 高密 度纤维板的形变放大得非常清晰，而进 行 对 比 实验的激光微小形变演示仪侧不能明显显示出来。
要注意高密度纤维板不能直接和0.001g的电子秤秤盘接触，否则系统稍有震动，就会使得电子秤超量程。解决 的 办法 是在二 者 之 间 垫一 层 泡沫板， 就足够把 微小形变产生 的 压力 传递 给电 子 秤。同样在 用力 按压纤维板前 需要 对 电 子秤进行去皮清零 。
2.用迷你电子秤探究 点 电 荷 间的作用力
通常 两个带电小球的 作 用力 非常微小，难以用实验用测力计去测量，故一些相关改进实验都采用了杠杆或扭秤等灵敏装置去间接测量。其实，采用精度为0.001g的迷你电子秤，完全可以直接测量库仑力并直接显示。
滑动锁定装 置 上 下 移动 。 将精度 〇． ００ １ ｇ 的 电 子 秤放在底座 上 ，金属 球 Ａ 通 过绝 缘杆 用万能胶固定在秤盘上。这样， 整个装 置 就做好 了 。
特别注意的是，两个金属球要完全一样，并尽量选择质量小的，否 则 电 子砰 会因 超量程 而 报 错，因为清零后量程只有10g,此外两个小球，笔者采用直径3cm空心塑料小球表面贴上锡箔做成。绝缘杆采用图书馆装订机用的5mm粗细的热熔管，整体质量在6g左右。
首先让电 子秤去 皮清零 ， 然 后用范 氏 起电 机使两小球带电，迷 你 电子秤样 立 即 就 显示 读数 了 。让金属小球B靠近A,可观察到读数越来越大，并 可 发现距离变为一半时，读数约变为4倍，用分电球把小球A的电量分去一半，又可发现读数也约变为一半。
本装置 可 以 简单快 速 直 观 地 定 性探究库仑力大小，但定量 探究较为 粗略 ，误差在10%-20%之间，笔者多次改进装置和实验均不能使误差明 显减小。笔者认为误差来源主要 为两球 间 距 较小时互 相 影响 使得 电荷重新分布，不能再视 为电荷了。但如距离很大或小球太小又会引起库仑力太小而无法测量，且距离太大受外界杂散电场和电荷的影响也将不可忽视。
3.用迷你电子秤演示超重与失重现象
在电 梯底 部 即 可 。
两块缓 冲海绵 的 作 用是确保万一电梯来不及减速与 装置底座或 木 盒起缓 冲 作用 。先让 电 梯静止悬空 在最低点 ， 此 时观察 显示器读 数并记 录 ， 可发现读数 N=mg。然后 把 调速旋钮快速固 定在 某一较小位 置 ， 电 梯 短 暂加速后 做匀 速 运动， 提醒 学生 观 察 匀速时的 显 示器读 数 ， 可发 现 仍 有N=mg.在最低点时缓慢调速旋钮，电 梯即 向上加速，可发现读数N?mg，加速运动到中间高度附近再缓慢反向转动调速旋转，电机即向上减速，此时，读数N
需要注意的是，如条件允许，竖直支架越高越好，这样演示过程时间较长，便于观察研究。另外，当电梯接近最高点或最低点时要 快速反 转调速旋钮 至 零 ，让电梯较快停 止 以 避免猛 烈撞击 。
