解读物理天平使用中的几个要点

张广平

（陇东学院 电气工程学院，甘肃 庆阳745000）

在物理实验中物理天平的重要性是不言而喻的.使用中，操作者了解天平的安装、调整、衡量和记录几个方面的要点，能保证测量结果的准确性并延长天平的使用寿命.

1 安 装

物理天平的正确安装是确保正常测量的前提，也是天平使用中的一个要点.在天平安装中，具体要注意以下几个要点.

1）按号安装.天平在出厂时经过检验是合格的，每个天平的横梁、吊耳、盘梁、秤盘都有左右编号，一般是左1右2.安装时编号1应在左边，编号2应在右边.否则，将导致天平出现调不平的现象.

2）横梁安装.横梁安装将有刻度线的一侧面向操作者，即横梁编号1在操作者左边，使操作者方便读取游标数值和横梁调平.

3）吊耳安装.天平使用中，有时操作者将吊耳挂错位置.如吊耳挂在支点刀的内侧、外侧或内外侧，破坏天平的等臂性，导致天平调不平.

4）游码错位.天平游码的使用是不可缺少的.天平安装时如果操作者不慎，没有把游码放置零刻度线上，将导致游码读数出错.也会导致天平调不平.

5）调换零件.几台天平使用时，操作者调换不同天平的挂件（如吊耳、盘梁或秤盘）后，也会出现天平调不平.厂家为防这种现象出现，对天平、盘梁或秤盘进行统一编号.

2 调 整

物理天平除安装外，调整也很关键.安装好的天平调整达标才能使用.天平底板不水平时，支点刀呈倾斜，致使支点刀在摆动中两侧摩擦力不同，天平会出现向一侧“溜”的现象［1］，调整中具体要注意以下几个要点：

图1 水准泡特殊位置

1）底板调整.天平在底板上装有水准器，调整低板上的水平螺丝，使水准器的水准泡处在参考圆内即可.底板在调整时，水准泡始终在高处，根据水准泡的位置，选择要调节的水平螺丝.如图1所示，水准泡在水准器中心与左（右）水平螺丝连线的内侧1（2）和外侧3（4），这时要调节左（右）水平螺丝；水准泡在2个水平螺丝和水准器中心所形成的角平分线内侧5和外侧6，这时要同时同向调节2个水平螺丝.要注意一种“假象”：当底板倾斜比较明显时，即使水平螺丝旋转方向正确，水准泡也会不动.操作者误以为水平螺丝旋转方向错误，并且发现水平螺丝顺时针和逆时针方向旋转水准泡都不动，认为水准器坏了.其实，水准泡在底板接近水平时才很“敏感”.一般用于4～6级天平的水准器灵敏度为12′，用于7～10级天平的水准器灵敏度为16′［2］.因此，水平螺丝调整方向正确水准泡初开时也不一定“敏感”.注意到这一点才能很快调平底板，并要判断清楚水平螺丝怎样旋转，底板是升高还是降低.另外，在底板调整中，会出现水准泡沿参考圆外侧“转圈”的情况，这时在水准泡特殊位置1～6时再判断该怎样调节较好.

2）横梁调整.在天平横梁调整时，首先要确保左右挂件位置正确，吊耳悬挂在支点刀上，横梁方位正确，游码位置准确.其次再调整横梁上的2个调节螺母位置使横梁平衡.一般天平正确安装都可以调整横梁使其平衡.如遇到天平安装正确而调不平横梁可以采取配重调平的办法来调整［3］.

3）支架调整.天平横梁中间有1个支点刀在刀承上支起横梁，横梁在摆动中会磨损支点刀造成天平灵敏度下降.设计中考虑到了这一点，用支架来保护中间支点刀，支架上的支点高低可通过本身的螺丝来调整，使天平关闭时横梁刚好落在2个支点位置上，限制横梁的摆动而起到保护支点刀的作用.

4）感量砣调整.感量砣在天平横梁的指针上，当感量砣位置改变时，天平的感量也会改变.灵敏度指的是天平对负载变化反应的灵敏程度，用指针的角位移或其尖端的线位移与负载变化之比表示.灵敏度除了与天平本身的一些因素有关外，还与负载的质量及感量砣的位置有关.灵敏度与感量成倒数关系，感量又决定了游标刻度的最小分度.测量中，可以通过改变感量砣的位置调灵敏度，原则是指针偏离中间刻度线1格所示质量数与天平分度值及横梁刻线的分度值代表的质量数一致.如感量是100mg的物理天平，在右盘中加上100mg的微小砝码，则指针应偏离读数标牌中间线1格.当天平加一定质量的砝码时，指针的偏角是一定的，这个偏角与感量砣的位置有关.一般感量砣位置在距它的上止点2～8cm处可满足灵敏度要求［4］.

3 衡 量

物理天平通过正确安装与调整才能进行衡量.衡量中为防超量程和为快速衡量，使用前除需要了解天平铭牌中的量程和感量外.还需要注意以下几个具体的要点.

1）开关旋钮.天平立柱下端有1个开关旋钮，用于开启和关闭天平.操作者应左手不离开关旋钮，便于快速进行衡量.衡量时不必将开关旋钮旋到底，旋转约30°即可，不要让天平横梁多次摆动，眼睛不要一直盯着横梁上的刻度尺，而要看指针下端的读数标牌，根据指针偏的方向判断怎样加减砝码.

2）镊子拿法.在使用天平时，需用右手拿镊子夹砝码.有些操作者感到镊子夹在砝码“颈”处很难夹稳，一夹砝码就向镊子开口端滑脱了，这得从镊子对砝码的作用力说起.如图2所示，镊子是1个“劈”，当镊子的两壁对砝码的作用力为F1和F2，合力为F，如果合力F大于镊子壁与砝码之间的静摩擦力时，砝码会滑脱，只有当夹砝码的作用力比较小时才不至于让砝码滑脱.可见，越想把砝码夹紧，砝码“飞”得越远.想要控制好砝码一方面夹砝码的作用力要小，另一方面镊子开口端要稍高于镊子闭合端.

图2 镊子对砝码作用力示意图

3）加减砝码.天平衡量质量时需多次加减砝码，加减砝码次数越少，衡量速度越快.只有按“由大到小，确定范围”的原则，才能避免乱加砝码.衡量中发现有操作者先把小砝码用光又替换为等量大砝码.现行砝码组合为“5，2，2，1”形式的倍率.如果衡量估计质量在100～50g之间的物体质量，先加100g，偏重后退100g再加50g，发现偏轻后说明质量范围在100～50g之间；再在50g的基础上加20g，偏轻说明质量范围在100～70g之间，偏重说明质量范围在70～50g之间.如果在70～50g之间显示偏重（有50g和20g），只能退20g加10g再判断轻重.如此类推，加减砝码是由100g，50g，20g，10g，…这样由大到小，并且每步知道待测物质量范围.

对1g以下可借助于游码进行衡量，对游码按“中值法”原则.即添加砝码的质量在0～1g之间时取中值500mg，偏重说明添加砝码的质量在0～500mg之间，再取中值250mg，偏轻说明添加砝码的质量在250～500mg之间，再取中值375mg，如此类推，将添加砝码的范围由500mg，250mg，125mg依次减小.125mg以后可用读数标牌中指计偏转的格数读取数值，天平最后的读数是砝码读数加游码读数再加标牌读数之和.

4）取放物品.天平衡量物体质量时，都要从左秤盘取放待测物，从右秤盘取放砝码.在取放物品时，需要注意左右秤盘放的待测物和砝码应在秤盘中间，以减少测量误差.另外，在右秤盘加减砝码时应在天平关闭的状态下操作，这样有利于保护天平.

4 记 录

物理天平衡量出待测物体质量，需正确记录待测物的质量数据.采用物理天平重复测量读数值往往相同，一般进行单次测量即可.单次测量的读数即为近似真实值.记录时“示值误差”取感量的一半，作为仪器误差来处理.如感量为0.1g的物理天平，仪器误差可取0.05g，测量结果中有效数字应保留到g的百分位即可［5］.

5 结束语

通过解读物理天平在使用中的几个要点，引起操作者重视在装、调、量和记中的细节问题，有意加强训练，才能快速操作天平，正确衡量质量，规范记录数据，对快速熟练撑握天平使用技巧具有普遍适用性.

［1］湖南省计量标准管理局《天平与砝码》编写组.天平与砝码［M］.北京：技术标准出版社，1979：232.

［2］机械工业部仪器仪表工业局.天平与砝码装校工艺学［M］.北京：机械工业出版社，1987：47.

［3］李德地.关于天平配重调平的相关问题［J］.中国科教创新导刊，2010（10）：166.

［4］刘爱国.物理天平的灵敏度与感量砣［J］.物理教师，1995（3）：27-28.

［5］李高清，张广平，李本印.物理实验［M］.兰州：甘肃科学技术出版社，2003：14.