自制提纽天平

张军

实验室天平的种类有很多，如物理天平、微量天平、比重天平等。初中物理课中，我们学习使用的是托盘天平。在理解托盘天平工作原理的基础上，我们可以自己动手，利用身边常见的器材做一个提纽天平。

托盘天平的工作原理

托盘天平的本质是等臂杠杆，它的精确度与刀口密切相关（图1）。我们可以做个简单的小实验来理解这个问题。

将一根质量分布均匀的直尺平放在稳固的小木块上，由于支持面比较大，即使直尺伸出木块外的两端质量不等，只要直尺的重心还在木块的正上方，直尺就能在水平位置保持平衡。但是，当直尺放在刀口上，支持面就非常小，直尺在刀口两侧的质量稍有不同，直尺就会倾斜（图2）。所以，保护天平的刀口非常重要，所测物体的质量不能超过最大称量，添加物体和砝码时要轻拿轻放，要防止天平剧烈震动，防潮、防锈、防腐蚀，而且不用时要用橡胶垫圈或橡皮垫圈将横梁托起来，让刀口脱离支架。

使用前，需要先调节天平平衡。先是调节底板水平，然后调节横梁平衡。调节横梁平衡时，先将游码归零，拨到标尺左端的零刻度线处，然后调节平衡螺母，让天平在水平位置保持平衡，这时横梁系统的重心与刀口在同一条竖直线上，横梁系统的自重对横梁转动的影响就可以排除了。测量物体质量时，如果只是在右盘增、减砝码来调节天平平衡，不会造成原有横梁系统重心的转移。但是，如果移动游码，重心就发生偏移了，将对横梁的转动产生影响，会导致测量结果有偏差。

不妨做个实验来直观感受一下。在调节好的天平左盘放一个50 克的砝码，右盘放两个20 克、一个10 克的砝码，天平保持平衡。现在，用镊子取下10 克的砝码，放回砝码盒，把游码的位置调到10 克的刻度线上，按道理天平还应该平衡，但实际情况是指针会偏向分度盘中央刻度线的右侧（图3）；如果调节游码让指针对准分度盘中央刻度线，则读数就偏小了。

自制提纽天平

找根小竹棒，在小竹棒的中心钻出一个小孔，将尼龙线穿过去做成提纽。找两个大一点儿的塑料瓶盖，在瓶盖四周均匀地钻3 个孔，穿过尼龙线做成悬吊的秤盘。在竹棒两端与提纽等距的地方各钻一个小孔，用于悬吊秤盘。一个简单的提纽天平就做好了。

提起提纽，如果竹棒不能在水平位置保持平衡，则用双面胶在抬高的那一端粘贴纸条，调节纸条的长度，直到竹棒在水平位置平衡，就可以测量物体质量了（图4）。物体和砝码各放一个盘，若竹棒在水平位置保持平衡，则物体的质量等于砝码质量之和。砝码可以用托盘天平的现成砝码，也可以自制砝码。下面介绍一种制作小质量砝码的方法。

将手工折纸裁成等宽、等长的纸条，并在一面粘上双面胶备用。从规格相同的吸管上截取10 段等长的吸管，在它们的一端缠绕纸条，做成纸砝码。通过修剪吸管的长度、调节纸条的长度，让10 个纸砝码的总质量为5 克，我们就得到质量为0.5克的纸砝码了（图5）。

还可以进一步得到0.1 克的小“砝码”。取5 段规格相同的吸管，放在调好的天平的左盘，右盘放入0.5 克的纸砝码。用剪刀修剪5 段吸管，让它们逐渐变短且长度始终相等，直到天平保持平衡。此时，每一段吸管的质量都是0.1 克（图6）。类似的，还可以寻找一些规格相同的轻小物体，比如回形针、图钉、纽扣，测出它们的质量，把它们作为小砝码使用。有一种带孔的塑料珠， 50 顆的总质量刚好为5 克，这样每一颗塑料珠都可以当作0.1 克的小砝码使用（图7）。

那么，天平的灵敏度和精确度到底如何呢？我们不妨测试一下。在提纽天平一端的秤盘内放入吸管砝码或塑料珠砝码，这一端立刻沉了下去（图8）。可见，提纽天平的感量是可以低于0.1 克的，在测量要求不是很精密的情况下，是可以代替托盘天平使用的。

当然，我们也可以找带盖子的小瓶子，用滴管调节瓶子里的水量，用托盘天平校准，让小瓶子的质量分别为5 克、10 克、20 克等，做出一组砝码来。

（责任编辑：白玉磊）