Question

某學(xué)生為了測量一物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（ 設(shè)比例系數(shù)為 k ），如圖所示，測量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U．
現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m₀的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻、干電池各一個(gè)、開關(guān)及導(dǎo)線若干、待測物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）．
請(qǐng)完成對(duì)待測物體質(zhì)量的測量．
（1）為使力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示電路．若去掉ab導(dǎo)線，能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求？說明理由．
（2）簡要說明按圖電路進(jìn)行測量的實(shí)驗(yàn)步驟，求出比例系數(shù)k，井寫出待測物體的質(zhì)量m與已知量、可測量之間的關(guān)系式．

Answer 1

分析：（1）由圖可知，現(xiàn)在的接法是先將滑動(dòng)變阻器全部接入，再將滑動(dòng)變阻器的左側(cè)電阻與力電轉(zhuǎn)換器及電壓表關(guān)聯(lián)；而如果將ab撤去后，電路成了滑動(dòng)變阻器與力電轉(zhuǎn)換器串聯(lián)；分析前后的變化可知能否滿足要求；
（2）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)首先使受壓面壓力為零時(shí)，電壓表輸出為零；則將已知質(zhì)量的砝碼放在轉(zhuǎn)換器上方，則可得出電壓示數(shù)；換用待測物體則同樣可讀出示數(shù)，利用示數(shù)的比值可求得物體的質(zhì)量．

解答：解：（1）ab接入電路時(shí)，滑動(dòng)變阻器的左側(cè)與轉(zhuǎn)換器并聯(lián)，則力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓最小可以為零；最大可以為電源電壓；測量范圍較大；
而將ab撤去后，力電轉(zhuǎn)換器與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，則根據(jù)串聯(lián)的分壓原理，轉(zhuǎn)換器上的電壓不會(huì)達(dá)到零；當(dāng)滑動(dòng)變阻器全部接入時(shí)電壓最小；故使電壓的范圍變�。豢赡軣o法使轉(zhuǎn)換器的輸出為零，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求；
（2）測量步驟：
①調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使輸出電壓為0；
②將砝碼放在力電轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U₀；
③將待測物體放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U₁；
④根據(jù)根據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理：因U₀=Km₀g，則k=

U0

m0g

；
同理U₁=kmg；
則m=

U1

kg

=

U1m0

U0

；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了滑動(dòng)變阻器的兩種接法，要求學(xué)生能根據(jù)連線判斷出滑動(dòng)變阻器的作用，同時(shí)理解兩種接法的不同之處及各自的優(yōu)點(diǎn)．