托盘天平常见错误操作的误差分析

曹良惠

摘 要： 在学习使用托盘天平时，学生不熟悉托盘天平的工作原理、托盘天平的使用较复杂、托盘天平错误操作种类繁多使得这部分内容是绝大多数学生的学习难点。加之初一学生学习心理还不成熟、认知水平有限使得解决这个问题更困难。基于学生的学习特点，采用直观形象、易于操作的方法较好。先采用实验法让学生知道结果，再用慢镜头分析法（画图法）、特例法这些形象生动、易于理解的方法，能帮学生很好地突破此难点。

关键词： 天平 指针 平衡

天平是测量质量的工具。托盘天平是初中物理实验和化学实验中称量物体的主要仪器，也是初中阶段的基本测量工具之一，因此学生应会严格按照操作规范使用托盘天平 [1-3]。在学习使用托盘天平时，学生不熟悉托盘天平的工作原理[4]，加之托盘天平的使用较复杂[5]，托盘天平错误操作种类繁多，使得托盘天平常见错误操作的误差分析成为绝大多数学生的学习难点。近年来在中、高考中也多次出现以分析天平误差为内容的考题[6]，造成较多数学生失分。而一线教师最常用的突破方法，多为举例法、假设法等一些常规分析方法。这些方法大多烦冗复杂、容易忘记，学生很大程度上依赖老师讲解，自己很难灵活应用。而且近年来没有很多文献对此问题做出清晰、简明的解释[7，8]。因此笔者结合天平使用的教学经验，对托盘天平常出现的几种误差做分析总结。提炼出慢镜头分析法（画图法）、特例法两种针对托盘天平常见错误操作的误差分析方法，应用于教学中后发现教学效果显著增强。对于此法，学生不仅能快速理解，而且能灵活使用。

天平常见的错误操作种类繁杂，这些操作按照测量的顺序，分为测量前、测量时，将它们归类。可分为：

测量前：（1）天平未调平：指针偏左，指针偏右；（2）天平调平：天平调平前砝码未归零。

测量时：砝码质量改变，天平不平衡，物体砝码放颠倒。

对于以上提出的问题，我们一一予以解答。

1.测量前——指针偏左

例：一架天平，测量前左盘低右盘高，未经调节，称得一苹果的质量是160克，那么苹果的实际质量应比160克？摇？摇 ？摇？摇。（填“大”或“小”）

分析：由于问题较抽象，分析起来比较困难，因此先用实验的方法证明测量值是偏大还是偏小。知道偏大还是偏小后，接下来就进行原因分析。原因分析的過程比较抽象，为了便于理解，采用直观的慢镜头分析法、特例法。

实验法：首先在天平未调平（先后为指针偏向左、右）前提下称量物体的质量，然后将天平调平，再次称量物体质量，比较前后两次的测量值。

慢镜头分析法（画图）分析

将测量前后的状态通过画图的方式画出：

称量前 称量时

中间必然有一个平衡的状态，假设右盘放入10g砝码时天平平衡，整个过程可以理解为：

测量值为：160g

真实值为：150g

所以测量值偏大。

特例法分析：

测量前左盘低右盘高，假设当在右盘中加入5g砝码天平平衡时，此时左盘中待测物的质量为0g，此时测量值为：5g，真实值为：0g，所以测量值大于真实值。

2.测量前——指针偏右

与指针偏左的分析方法相同。测量值偏小。

3.测量前——天平调平前砝码未归零

如果把游码归零，那么左盘低右盘高，则与上例相同。测量值偏大。

4.测量时——砝码质量改变

例：一台天平的砝码由于使用不当，粘上了许多灰尘并且受潮生锈了，利用它测量物体质量比良好的天平测量的结果（ ）

Ⅰ.偏大 Ⅱ.偏小 Ⅲ.相同 Ⅳ.通过正确的读数，结果会相同

分析：当砝码粘上了许多灰尘并且受潮生锈，砝码本身的质量增大，假设砝码原来质量为5g，生锈后质量为6g。称量物体时，右盘中放入此砝码刚好平衡。此时称量值为5g，真实值为6g，故测量值比真实值小。

砝码相当于测量质量时的标准，砝码质量变化也就是标准变化，砝码质量变小（破损、磨损），则标准变小时测量值偏大；反之，砝码质量变大（沾有油污、生锈），则标准变大时测量值偏小。

5.测量时——天平不平衡

（1）指针左偏

物体的质量大于右盘砝码质量加上游码指示值，即测量值偏小。

（2）指针右偏

物体的质量大于右盘砝码质量加上游码指示值，即测量值偏小。

6.测量时——物体砝码放颠倒

天平设计为左盘放物体右盘放砝码，这样在读数时物体的质量为：右盘砝码的质量加上游码指示值。即：

左盘中物体的质量=右盘中物体的质量+游码指示值

当物体砝码放颠倒时：左盘中为砝码，右盘中为物体，所以有：

砝码的质量=物体的质量+游码指示值

所以：物体的质量=砝码的质量-游码指示值；此时测量值偏大。

综上所述：

天平错误操作测量前天平未调平指针偏左 测量值偏大指针偏右 测量值偏小？摇天平调平前砝码未归零 测量值偏大？摇测量时砝码质量改变 砝码破损，测量值偏大；砝码沾油污或生锈，测量值偏小天平不平衡 指针左偏，测量值偏小；反之，偏大物体砝码放颠倒 测量值偏大？摇

托盘天平常见错误操作的误差分析，表面看复杂，其实多种错误操作可以归为一类。只要掌握了一种情况的分析，其他情况可以巧妙地转化为熟悉的那种。初中生已经具备一定的解决问题的能力，老师应该利用学生想象力丰富、思维活跃这一特点多使用类似画图法、极端假设法等形象、生动的方法，如此学生既能轻松地完成学习任务，事半功倍，又能牢固地记住解题要领，更能激发学生学习热情。

参考文献：

[1]李学利.天平使用面面观[J].中学生数理化（初中版）（中考版），2011（Z1）.

[2]曹宝龙，等.质量的测量[M].科学教学参考书（七年级上册）.杭州：浙江教育出版社，2012：118-119.

[3]钱志强.浅谈初三物理总复习的策略[J].中学物理，2013（05）.

[4]张春华.托盘天平的使用与磅码放置问题[J].渤海学刊，1992（S1）.

[5]王宁伟.天平的使用及读数[J].中学生数理化（初中版），2004（12）.

[6]江中根.近年高考会考化学托盘天平题导析及解法[J].中学理科参考资料，1996（Z2）.

[7]缑文华.托盘天平几种误差的分析[J].甘肃教育，2007.7（B）.

[8]王海昭.解读天平[J].初中生世界（八年级物理），2012（Z1）.