刘武青称量沙漏实验与物理世界杯IYPT等称量沙漏实验对比

刘武青

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摘要   沙漏是计时用，沙漏中的沙子静止时与流动时，用天平或传感器等仪器测量。在沙漏上下端有沙子，沙子稳定流动时，刘武青实验结果，与沙漏沙子静止比较，数据减小。物理世界杯IYPT实验结果，与沙漏沙子静止比较，数据增大。其他人实验结果，与沙漏沙子静止比较，数据不变。称量沙漏出现三种不同的实验结果。但是，刘武青实验同时有三个特点，一、测量仪器灵敏度、精度高，万分之一克。二、沙漏密封，沙漏倒180度又可以进行反复实验。三、沙漏流沙孔小，沙子流量小。因此，刘武青实验结果是正确的。

关键词  称量  沙漏 物理世界杯 IYPT

一、前言

沙漏是计时用，用天平或传感器等仪器测量，在沙漏上下端有沙子，沙子稳定流动时的数据，与沙漏的沙子静止时的数据比较，数据有变化吗？

                           二、刘武青的称量沙漏实验

机械天平称量（1）

万分之一克机械天平、沙漏密封。

以下是实验照片，沙漏放在机械天平中，沙子静止时的照片。

以下是实验照片，在沙漏上下端有沙子，沙子稳定流动时。沙漏放在机械天平中，沙子流动时的照片。

密封的沙漏，沙漏中间孔小，沙子流量小。

在沙漏上下端有沙子，沙子稳定流动时，与沙漏沙子静止时比较，实验结果是数据减小。

电子天平称量（2）

电子天平，规格，JJ324BF，最大称量320克，灵敏度万分之一克，显示数字包括小数点后4位数。

密封沙漏，中间沙子流动孔小。

其中一次实验照片

电子天平内部也是用称重传感器，灵敏度、精度高。

密封的沙漏，沙漏中间孔小，沙子流量小。

在沙漏上下端有沙子，沙子稳定流动时，与沙漏沙子静止时比较，实验结果是数据减小。

其中一次实验数据

三个沙漏中的沙子静止时，共同放在天平上秤量，以下单位，克

秤量三次

146.9248

146.9247

146.9245

平均值

146.9247

三个沙漏中的沙子流动时，不流完，共同放在天平上秤量。

秤量三次

146.9238

146.9235

146.9234

平均值

146.9236

减小值

0.0011

多次实验录像已上传互联网，全网可查。

三、   物理世界杯IYPT称量沙漏实验

(网上简介：被誉为“物理世界杯”的—-国际青年物理学家竞赛(简称IYPT)，国际青年物理学家竞赛简称IYPT(international youth physical tournament)的国际青年物理学家竞赛由前苏联在1988年发起，每年举办一届。它和国际物理奥林匹克竞赛、国际青年学生科学论文竞赛并称为三大顶级国际中学生物理竞赛。 IYPT由大学或中学组织实施、中学生参与，是一项以团队对抗为形式的物理竞赛。它以培养参赛者的创新意识、创新能力、协作精神和实践能力为根本理念。)

IYPT沙漏实验，（3）

在沙漏上下端有沙子，沙子稳定流动时，与沙漏沙子静止时比较，实验结果是数据增大。

IYPT的沙漏重量实验（称量沙漏，沙漏的重量会随时间变化），沙子稳定流下时重量比沙子静止时略高。

如图，中间部分（也就是沙子已经接触沙漏底部，但上部还没有漏完的时候）会略高于沙子静止时的重量。

文中写到沙子稳定流动时，（沙漏上下部均有沙子时流动）仪器显示的数据增高。

他们没有用密封沙漏。没有用天平，用的称重传感器。

江苏省南京市金陵中学称量沙漏实验

以上照片，江苏省南京市金陵中学称量时间的金中少年，他们实验用的天平，百分之一克。天平精度低，所以得不到正确的实验结果。（4）

他们另外用传感器测量做了实验。

“在研学课程所点燃的实验热情的驱使下，余承霖又参加了学校里传感器物化课程基地的IYPT社团。在那里，他接触到了IYPT竞赛（国际青少年物理学家竞赛），这是一项以物理实验探究为重心的竞赛。巧的是在IYPT竞赛那一年所给出的众多赛题中，有一个“称量时间”的赛题：“众所周知，沙漏在流沙时，它（用秤称出来的）的重量会发生变化，请探究这一现象。”题目看似简单，却与他在参观紫金山天文台时看到的秤漏有许多相通之处。他第一时间做了实验。”

他们的实验结果是：“沙漏内形成稳定沙柱时示重恒大于静止示重”。与IYPT的沙漏实验结果相同。

四、其他人称量沙漏实验

方华基、范俊明，沙漏超重和失重的数字化实验研究，物理通报，2013年第7期。（5）

在沙漏上下端有沙子，沙子稳定流动时，与沙子静止时比较，实验结果是数据不变。

他们没有用密封沙漏，没有用天平。用的力传感器。

他们在文中写到：“由于超重与失重数值相等，沙漏整体对力传感器的拉力保持不变G，即不超重，也不失重”。

                                              四、总结

用天平或传感器等仪器测量。称量沙漏实验分析，在沙漏上下端有沙子，沙子稳定流动时,与沙漏的沙子静止时比较

刘武青的实验结果是：数据减小。

IYPT的实验结果是：数据增大。

其他人实验结果是：数据不变。

刘武青用的密封沙漏，测量仪器灵敏度高，万分之一克天平，沙漏中间流沙孔小，仪器可以显示微量数据。

IYPT的实验，沙漏没有密封，沙漏中间流沙孔大，用的称重传感器测量，精度不高。

其他人实验，沙漏中间流沙孔大，用的测量仪器精度不高。

测量仪器精度的提高，测量范围的扩大，可以发现新的效应。天平或传感器等做称量沙漏实验，用的天平精度或传感器精度很重要，用的沙漏是否密封也很重要，沙漏中间流沙孔大小也有关系。

电子天平内部是高精度的称重传感器，与砝码比较是质量，电子天平开机后，首先与砝码校准。

万分之一克电子分析天平用的称重传感器精度高。

刘武青实验同时有三个特点，一、测量仪器灵敏度、精度高，万分之一克。二、沙漏密封，沙漏倒180度又可以进行反复实验。三、沙漏流沙孔小，沙子流量小。

因此，刘武青实验结果是正确的。

五、参考文献

（1）刘武青，称量自由落体装置及方法，国家科技图书文献中心、国家科技数字图书馆、中国预印本服务系统。【发布时间】: 2009-11-02

（2）刘武青，秤量沙漏，国家科技图书文献中心、国家科技数字图书馆、中国预印本服务系统。【发布时间】: 2018-08-14

（3）IYPT的沙漏重量实验（称量沙漏，沙漏的重量会随时间变化）。

2018年IYPT竞赛题目

13．称量时间

众所周知，沙漏在流沙时，它（用秤称出来的）重量会发生变化．研究这个现象．

（4）江苏省南京市金陵中学称量时间的金中少年

称量沙漏实验网址：

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/s?id=1667720065365868060

 (5)方华基、范俊明，沙漏超重和失重的数字化实验研究，物理通报，2013年第7期。

方华基，杭州师范大学。范俊明，宁波市鄞州实验中学。