Question

某物理興趣小組為了自制一臺(tái)電子秤，進(jìn)行了下列探究活動(dòng)：
（1）研究彈簧的特性．他們做了如圖a的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了彈簧伸長；與拉力F的關(guān)系圖象如圖b所示．

（2）設(shè)計(jì)方案；設(shè)計(jì)的原理圖如圖c所示，利用量程為3V的電壓表的示數(shù)來指示物體的質(zhì)量（電壓表刻度盤如圖），彈簧（即圖a中使用的彈簧）的上端與變阻器的滑片和托盤連接（托盤與彈簧的質(zhì)量均不計(jì)），OA間有可收縮的導(dǎo)線，當(dāng)盤中沒有放物體時(shí)電壓表示數(shù)為零．
（3）分析與計(jì)算．已知滑動(dòng)變阻器總電阻R=12Ω，總長度12cm，電源電壓恒為6V，定值電阻R₀=10Ω（不計(jì)摩擦，彈簧始終在彈性限度內(nèi)；g=10N/kg）．求：
①當(dāng)物體的質(zhì)量為100克時(shí)．電壓表的示數(shù)是多少？
②該電子秤能測(cè)量的最大質(zhì)量是多大？
③改裝好的電子秤刻度與原來電壓表表頭的刻度有何不同？

Answer 1

分析：先分析圖象b得出彈簧的受到的拉力與彈簧伸長的關(guān)系；然后根據(jù)滑片移動(dòng)的長度判斷滑動(dòng)變阻器的接入電路的阻值；即可利用歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn)求解．

解答：解：（1）當(dāng)物體的質(zhì)量為100克時(shí)，物體重力G=mg=0.1kg×10N/kg=1N；
由圖象知：當(dāng)物體對(duì)彈簧的拉力為1N時(shí)彈簧伸長2cm；即當(dāng)彈簧受壓力為1N時(shí)彈簧會(huì)縮短2cm；
又已知滑動(dòng)變阻器總電阻R=12Ω，總長度12cm可得：長1cm的變阻器的電阻為1Ω．
則此時(shí)交阻器接入電路電阻為2Ω，滑動(dòng)變阻器與定值電阻串聯(lián)．
電壓表示數(shù)是U₁=

UR

R0+R

=

6V

10Ω+2Ω

×2Ω=1V；
故：電壓表示數(shù)為1V．
（2）由電壓表的量程可知：當(dāng)電壓表的示數(shù)為3V，電子秤所測(cè)量的物體質(zhì)量最大；
此時(shí)，電路中的電流為I₂=I″=

U-U2

R

=

6V-3V

10Ω

=0.3A；
變阻器接入電路的阻值R=

U

I2

=

3V

0.3A

=10Ω；
所以彈簧壓縮量為10cm；
由圖象分析可知物體重5N，故能測(cè)量的最大質(zhì)量為500g．
（3）1V刻度為100g，3V刻度上為500g；所以電子秤刻度與原來電壓表表頭的刻度相比，電子秤刻度不均勻．

點(diǎn)評(píng)：通過此探究實(shí)驗(yàn)知道，彈簧測(cè)力計(jì)是測(cè)力的工具，電壓表是測(cè)電壓的，但它們相結(jié)合，可從電壓表上測(cè)量；提高了的學(xué)習(xí)的興趣，增加了研究發(fā)明的動(dòng)力．