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天平的基本原理“天平的使用方法”天平專賣
天平的基本原理：
天平是實(shí)驗(yàn)室中常用的儀器。天平是一種衡器,，是衡量物體質(zhì)量的儀器,。它依據(jù)杠桿原理制成，在杠桿的兩端各有一小盤,，一端放砝碼,，另一端放要稱的物體，杠桿中央裝有指針,，兩端平衡時(shí),，兩端的質(zhì)量（重量）相等。這些道理對學(xué)過物理學(xué)的人來說已經(jīng)是老生常談了?，F(xiàn)代的天平,，越來越精密，越來越靈敏,，種類也越來越多,。我們都知道，有普通天平,、分析天平,，有常量分析天平、微量分析天平,、半微量分析天平,，等等。須知，天平不是一下子就發(fā)展成今天這個(gè)樣子的,，它還有一段發(fā)展史呢,！ 天平原理示意圖
天平的發(fā)明很早。在埃及尼羅河三角洲盛產(chǎn)一種水生植物,，很像我國多水地區(qū)生長的蘆葦,，將其莖逐層剝離撕成薄片，可以寫字,，這種東西叫做紙草,。許多歐洲國家的文字中的紙就是從紙草的拉丁文演變而來的。用紙草寫成的書是紙草書,，它成為古代埃及重要的歷史文獻(xiàn),。我們現(xiàn)在所知道的古埃及的情況，特別是科學(xué)技術(shù)的歷史發(fā)展情況,，很多都是來源于紙草書上的記載,。當(dāng)然，紙草書上的文字不是現(xiàn)代文字,，而是一種象形文字,，經(jīng)過很多專家的研究才讀懂了那種文字。據(jù)紙草書的記載,，早在公元前1500多年,，埃及人就已經(jīng)使用天平了，還有人說,，埃及人使用天平的時(shí)間還要早,，大約在公元前5000年以前。古埃及的天平雖然做的很粗糙,，但是已經(jīng)有了現(xiàn)代天平的輪廓,，成為現(xiàn)代天平的雛型。下圖畫的就是古代埃及人使用的天平,。 從圖可見,，這種天平是用一根豎棍中間鉆個(gè)孔，橫穿一根棍兒,，在棍的兩端各用繩子掛上一個(gè)盤子,。這種天平使用了很長時(shí)間，直到大約公元前500年,，羅馬的“桿稱”才出現(xiàn),，桿稱靠移動稱砣的位置來保持與被稱物品重量的平衡，實(shí)際上是將天平的一端（放砝碼端）由固定式變成活動式,，其好處是只要配上一個(gè)稱砣就可以了,，而天平的砝碼要好幾個(gè)。桿稱也是用繩子吊一個(gè)盤子，再用繩子吊一個(gè)稱砣,，除一端可活動外,，基本形式與天平相同。 人們在使用天平和桿稱過程中,，感到用繩子吊一個(gè)盤子是一件很麻煩的事,，使用起來很不方便。于是,，有人想去掉這討厭的繩子,，17世紀(jì)中葉，法國數(shù)學(xué)家洛貝爾巴爾發(fā)明了擺動托盤天平,，托盤天平的發(fā)明被認(rèn)為是對古老的吊式天平的重大改進(jìn),，今，托盤天平仍在被廣泛使用,。下圖畫的是現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中常見的一種托盤天平，比17世紀(jì)的托盤天平有了很大改進(jìn),。圖中1是天平橫梁,，兩端各支撐一個(gè)稱盤2。這兩部分構(gòu)成了托盤天平的骨架,，體現(xiàn)了托盤天平的基本設(shè)計(jì)原理,，見下面的示意圖：當(dāng)橫梁1平衡時(shí)，力矩相等,，F(xiàn)1L1=F2L2,，F(xiàn)1＝m1g， F2=m2g,，L1=L2,，∴m1gL1＝m2gL2，m1=m2,，這就是說,，由已知砝碼的質(zhì)量可知被稱量物的質(zhì)量。下圖中3為指針,，4是刻度盤,，指針正對準(zhǔn)刻度盤中心表示兩端達(dá)到平衡，5為游碼標(biāo)尺,，6是游碼,，7是調(diào)零螺母。與天平配套的還有砝碼,。 應(yīng)當(dāng)指出,，托盤天平的發(fā)明并沒有使吊式天平退出歷史舞臺，相反，吊式天平不僅為人們繼續(xù)使用,，特別是科學(xué)家們?nèi)岳^續(xù)使用著,，而且在使用中不斷改進(jìn)，現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的精密天平大都是吊式的,，而托盤天平在日常生產(chǎn)和生活中用的較多,，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中大多在性要求不太高的稱量中使用。
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天平的發(fā)展史：
在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中較早使用天平的有英國化學(xué)家布萊克,，他生活和工作于18世紀(jì),，那個(gè)時(shí)候，正是化學(xué)中不斷發(fā)現(xiàn)氣體,、并開始建立理論的時(shí)期,。布萊克在化學(xué)研究中非常重視實(shí)驗(yàn)，而且是*個(gè)應(yīng)用定量的方法研究氣體的人,。1755年,，他寫了一篇論文，內(nèi)容是對石灰石等堿性物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究,。論文中提到,，他發(fā)現(xiàn)將石灰石煅燒會產(chǎn)生氣體。于是,，他在煅燒前稱量了石灰石的重量,，煅燒后再次稱量重量，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，石灰石經(jīng)過煅燒重量減少了44％,，他認(rèn)為這個(gè)重量正是從中釋放出的氣體的重量。在此基礎(chǔ)上,，他又進(jìn)行了多方面的研究,，比如，他將石灰石與酸作用,，發(fā)現(xiàn)也有氣體產(chǎn)生,，用石灰水吸收這種氣體，并進(jìn)行了定量研究,，他發(fā)現(xiàn)這種氣體的重量與煅燒石灰石產(chǎn)生的氣體的重量相等,，由此他認(rèn)識到，石灰石中固定著一種氣體,，他稱之為“固定空氣”（即現(xiàn)在我們熟知的二氧化碳）,。從布萊克的實(shí)驗(yàn)研究中可以了解到，他進(jìn)行了定量研究,，定量研究需要稱量,，而稱量離不開天平,。歷史資料表明，布萊克確實(shí)使用了天平,，他用過的天平今仍保存在愛丁堡*博物館中,，下圖即是布萊克用過的天平。 用繩子掛著稱盤,，橫梁又掛在另一個(gè)稱鉤上,。布萊克正是用這個(gè)天平進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，而且做出了發(fā)現(xiàn)的,，這個(gè)天平的使用,，不僅在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中建立了定量方法，而且對天平的進(jìn)一步發(fā)展,、改良,，也是重要的。 布萊克之后,，英國化學(xué)家亨利·卡文迪許也進(jìn)行過精密的定量實(shí)驗(yàn),，據(jù)說還曾設(shè)計(jì)制造過天平，由于卡文迪許本人的生平資料不詳,，現(xiàn)在很難確切知道他是何時(shí)和如何設(shè)計(jì),、制造天平的。后來,，卡文迪許用過的天平曾在*科學(xué)院展覽。這架天平放在柜內(nèi),，天平的式樣從外面看不太清楚,，見下圖： 獅子天平
我們知道，法國著名化學(xué)家拉瓦錫,，是一位非常重視定量研究的人,，他經(jīng)常使用天平，而且注意稱量的性,。正是在的定量研究中,，拉瓦錫確定了氧氣的存在，并且建立了科學(xué)的氧化燃燒理論,。應(yīng)用定量方法研究化學(xué)變化,，必須假定化學(xué)變化前后物質(zhì)質(zhì)量守恒，由此拉瓦錫確立了質(zhì)量守恒定律,。拉瓦錫的研究工作得到天平的幫助,，可是拉瓦錫本人卻很少設(shè)計(jì)和制造儀器，也沒有設(shè)計(jì)和制造過天平,，不過,，18世紀(jì)的法國,，天平比較普及，有許多小店鋪就出售天平,，拉瓦錫可能得益于這種良好的條件,。我們在下圖看到的是18世紀(jì)的法國天平的式樣，或許是當(dāng)時(shí)天平中的一種式樣,。 18世紀(jì)末英國也已經(jīng)制造出了一種天平,，橫梁中央嵌上一個(gè)鋼質(zhì)的刀口。把它放在瑪瑙盤中,，大大提高了精密度和靈敏度,。當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了一些天平設(shè)計(jì)家和制造家，不過,，據(jù)說天平的價(jià)格比較貴,，而且要先預(yù)定，不像法國,，天平雖不那么精密,，但比較容易買到。下圖展示的是一個(gè)費(fèi)德勒的人為*學(xué)會制造的一架天平,，曾在倫敦科學(xué)博物館展出,。 在英國，使用天平的不限于化學(xué)家和科學(xué)家,，普通醫(yī)藥商店也常用天平,，化學(xué)原子論的提出者道爾頓，在科學(xué)研究中經(jīng)常使用天平,，由于道爾頓在化學(xué)*的重要地位和他在英國科學(xué)界的影響,，使他成了著名人物，成了著名化學(xué)家,，他使用過的天平據(jù)說也成了不凡之物,，后來為英國曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)會所有，并為該會收藏,。道爾頓曾經(jīng)是這個(gè)學(xué)會的會員,。 19世紀(jì)20年代，倫敦有一位儀器設(shè)計(jì)家叫羅賓遜,，他開始設(shè)計(jì)和制造分析天平,，不僅英國，就連美國在一個(gè)時(shí)期里都使用這種天平,。羅賓遜用空心材料做橫梁,，把梁做成三角形，豎梁中部有指針,。 有刻度橫梁和游碼的天平,，大約也是在19世紀(jì)誕生的（前面介紹托盤天平時(shí),，在圖中橫梁上標(biāo)有刻度和游碼），究竟誰是這種天平的發(fā)明人有不同說法,，也存在爭議,。可是1851年在倫敦召開了一次博覽會,，英國和歐洲大陸國家的一些主要天平制造商都參加了,，經(jīng)博覽會審查團(tuán)審議，后把高獎獎給了奧耶領(lǐng),，以表彰他在有刻度橫梁和滑動裝置（即游碼）天平的制造上所做的貢獻(xiàn),，由此看來，奧耶領(lǐng)的發(fā)明權(quán)得到了上的確認(rèn),。 在很長時(shí)期里,，天平制造業(yè)中流行一種理論，認(rèn)為天平的橫梁越長天平越靈敏,。但是有一個(gè)叫波爾·邦格的人卻不受這種理論的限制,，1866年，他設(shè)計(jì),、制造了一架短橫梁分析天平,。后來，在平天設(shè)計(jì)理論方面,，他也有建樹,。下圖所示的就是1866年邦格制造的早的一臺短梁天平。 羅馬時(shí)代晚期的錢幣天平
天平的改進(jìn),，除了橫梁,、接觸點(diǎn)、游碼,、刻度等方面以外，還表現(xiàn)在其它方面,，例如,，19世紀(jì)前半期，已經(jīng)出現(xiàn)了旋鈕天平,。旋鈕天平有什么優(yōu)點(diǎn)呢,？原來，早期的天平,，橫梁架在豎直的柱上,，用時(shí)和不用時(shí)都是一樣的。后來分析天平出現(xiàn)了,，分析天平的刀口用瑪瑙制成,，為了減少刀口的損傷,，不用平天時(shí)，將天平橫梁架在一個(gè)架子上,，讓刀口不再受力,，用時(shí)再將刀口架在支撐碗上。這些都是通過旋紐裝置控制的?，F(xiàn)代分析天平都有旋紐裝置,。下圖是1833年制造的一臺旋紐天平。 隨著科學(xué)的發(fā)展,、技術(shù)的進(jìn)步,，天平的設(shè)計(jì)和制造不斷取得長足的進(jìn)展。正是經(jīng)過一代一代人的不懈努力,，經(jīng)過技術(shù)的積累和提高,，才有了今天的各式各樣的現(xiàn)代天平。如今,，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中,，常用的天平有：托盤天平，正如前面講過的,，用于度要求不高或測定物料的大致質(zhì)量,，可稱量100克、200克,、500克乃1000克,；分析天平（常量分析天平、微量分析天平和半微量分析天平）,；電光天平,，設(shè)有空氣阻尼裝置或電磁阻尼裝置，使天平既具有高靈敏度又能迅速阻止橫梁的搖動,，電光天平從外觀上看不見砝碼,，能看到放置要測物的稱盤，砝碼的加減用旋轉(zhuǎn)刻度盤操作,，稱量的數(shù)值可通過投影刻度標(biāo)尺直接讀出,。
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天平的使用方法：
1.要放置在水平的地方。游碼要?dú)w零,。 2.調(diào)節(jié)平衡螺母（天平兩端的螺母）調(diào)節(jié)零點(diǎn)直指針對準(zhǔn)中央刻度線,。 3.左托盤放稱量物，右托盤放砝碼（左物右碼）,。根據(jù)稱量物的性狀應(yīng)放在玻璃器皿或潔凈的紙上,，事先應(yīng)在同平上稱得玻璃器皿或紙片的質(zhì)量，然后稱量待稱物質(zhì),。 4.添加砝碼從估計(jì)稱量物的大值加起,，逐步減小,。托盤天平只能稱準(zhǔn)到0.1克。加減砝碼并移動標(biāo)尺上的游碼,，直指針再次對準(zhǔn)中央刻度線,。 5.過冷過熱的物體不可放在天平上稱量。應(yīng)先在干燥器內(nèi)放置室溫后再稱,。 6.物體的質(zhì)量 =砝碼+游碼 7.取用砝碼必須用鑷子,，取下的砝碼應(yīng)放在砝碼盒中，稱量完畢,，應(yīng)把游碼移回零點(diǎn),。 8.稱量干燥的固體藥品時(shí)，應(yīng)在兩個(gè)托盤上各放一張相同質(zhì)量的紙,，然后把藥品放在紙上稱量,。 9.易潮解的藥品，必須放在玻璃器皿上（如：小燒杯,、表面皿）里稱量,。 10.砝碼若生銹，測量結(jié)果偏??；砝碼若磨損，測量結(jié)果偏大,。使用注意： 1.事先把游碼移0刻度線,并調(diào)節(jié)平衡螺母,，使天平左右平衡。 2.右放砝碼,，左放物體,。 3.砝碼不能用手拿，要用鑷子夾取,。在使用天平時(shí)游碼也不能用手移動,。 4.過冷過熱的物體不可放在天平上稱量。應(yīng)先在干燥器內(nèi)放置室溫后再稱,。 5.加砝碼應(yīng)該從大到小,，可以節(jié)省時(shí)間。 6.在稱量過程中,，不可再碰平衡螺母,。
天平的基本原理“天平的使用方法”天平專賣