使用天平测定两个不同物体的质量

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引言

根据胡克定律，物体内的任何位移和变形与其所受力成正比。遵循这一原理，通过天平可以测定两个不同物体的质量。该装置中，一个横梁通过玛瑙刀口支承在垂直支柱上，位于中心位置。该装置适用于校准质量范围为10毫克到1公斤的物体。

理论

图1：用两个已知质量测定未知质量的天平

利用力矩原理，物理天平的概念可以确定物体的引力质量。这可以表示为：载荷*载荷臂=力*力臂，这意味着m₁g * a₁ = m₂g * a₂。这导致m₁a₁ = m₂a₂ (Minnick *et al.* 2018)。这进一步说明作用在托盘左侧物体上的引力等于作用在天平右侧托盘上的引力。

目标和所需器材

在本实验中，目标是利用天平测定两个不同物体的质量。本实验所需的器材包括：砝码盒、镊子、天平以及不同质量的物体 (Dion *et al.* 2019)。但是，在开始实验之前，需要确定R₀或零点，然后确定天平的灵敏度S。

图2：天平

实验步骤

进行此实验时，需要遵循以下步骤，首先调节天平横梁。天平指针应停留在零位。

当横梁处于平衡位置时，将两个给定物体中的一个放在左盘上，然后用镊子在右盘上放置一些适当的砝码 (Newtonclasses, 2022)。然后关闭玻璃门。然后，用手提起天平，注意观察天平指针的摆动。如果情况不合适，则需要对天平进行校正。对第二个物体重复这些步骤。

观察、计算和结果

在本实验中，需要正确记录使用天平称量时的观察结果，确定两个物体的重量。然后，为了计算物体的质量，需要计算灵敏度。然后以克为单位写下物体的正确质量，然后转换为千克。最后一步是计算物体的质量，如下表所示。

托盘上的载荷		转向点		平均转向点		静止点
左	右	左	右	左	右
无	无					R0=
无						R1=
给定物体	W= ……g					R=

确定给定物体的重量

注意事项

进行本实验时，需要采取一些注意事项。主要的是，使用镊子轻轻地放置砝码。在记录测量值或称重时，需要关闭前方的玻璃门 (Amrita.olabs.edu, 2022)。这是因为空气的存在可能会干扰物体的正确重量。还需要注意指针是否在零刻度附近来回摆动。

误差来源

主要有两个误差来源，会导致本实验结果不准确。主要一个是空气的存在，第二个是指针摆动过程中可能发生的干扰。

结论

本教程重点介绍了如何使用天平正确进行实验。但是，为了获得准确的值，必须采取预防措施。在实验之前，必须确定静止值R₀和灵敏度S的值。

常见问题

Q1. 弹簧秤的工作原理是什么？

A1. 弹簧秤的工作原理是基于胡克定律。根据胡克定律，固体内的应变与其所受应力成正比（在该固体的弹性限度内）。因此，弹簧秤的工作原理是：物体垂直悬挂在弹簧上，然后物体使弹簧长度发生伸长，该伸长量与物体的重量成正比。

Q2. 质量和重量有什么区别？

A2. 质量与重量是不同的概念。物体的质量在任何地方都是恒定的，而物体的重量会因地点而异。物体的质量永远不会为零，而物体的重量在地球核心处可以为零。

Q3. 真实天平和灵敏天平的定义是什么？

A3. 真实天平是指天平的两个臂长相等，且托盘重量相等的情况。另一方面，灵敏天平是指两个物体之间存在微小差异会导致指针发生相当角度偏转的情况。