Question

某學(xué)生為了測量一物體的質(zhì)量，找到了一個(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（比例系數(shù)為k），如圖6-2-9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)變阻器、干電池各一個(gè),電鍵及導(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)該物體質(zhì)量的測量.

圖6-2-9

(1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力電轉(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，畫出完整的電路圖.

(2)簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m.

(3)請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的一個(gè)問題.

Answer 1

思路解析:物體的重力G與質(zhì)量的關(guān)系是G=mg，重力在數(shù)值上等于靜止物體對(duì)水平支持物的壓力F.又因題目所給的力電轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力，即U=kF，因此利用電壓表測出的電壓值可間接地測量物體的質(zhì)量.

(1)由于測量時(shí)要求輸入電壓的可調(diào)范圍盡可能大，所以測量電路的輸入端應(yīng)連成滑動(dòng)變阻器的分壓電路，輸出端要接電壓表，用以測量輸出電壓，測量電路如圖所示.

(2)測量步驟為：

①調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零.

②將砝碼m₀放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U₀，則U₀=km₀g，得k=U₀/m₀g.

③將待測物體放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U，測得U=kmg，代入k值得m= m₀.

(3)力電轉(zhuǎn)換器作為一種測量裝置就有量程和零誤差問題，所以實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的問題有:①待測物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程;②因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零.