Question

18．某學生為了測量一物體的質量，找到一個力電轉換器，該轉換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數(shù)為k），如圖所示．測量時先調節(jié)輸入端的電壓，使轉換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體質量成正比的輸出電壓U．現(xiàn)有下列器材：力電轉換器、質量為m的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個、電鍵及導線若干、待測物體（可置于力電轉換器的受壓面上）．請完成對該物體質量的測量．
請設想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題．

Answer 1

分析 ①根據(jù)題意確定輸入端電路，在輸出端接測量輸出電壓的電壓表．
②從電源電壓與量程等角度分析可能出現(xiàn)的問題．

解答 解：①根據(jù)“可測得與物體的質量成正比的輸出電壓U”可知：輸出端應接電壓表．又根據(jù)“為了使輸入電路的電壓調節(jié)范圍盡可能大”可知：必須用滑動變阻器在輸入端組成分壓電路．設計的電路如圖所示．

（2）測量步驟與結果：
①調節(jié)滑動變阻器，使轉換器的輸出電壓為零；
②將質量為m的砝碼放在轉換器上，記下輸出電壓U₀；
③將待測物放在轉換器上，記下輸出電壓U，設待測物體的質量為M，則
 U₀=kmg，U=kMg
得 k=$\frac{{U}_{0}}{mg}$，所以M=$\frac{Um}{{U}_{0}}$
②該實驗中可能會出現(xiàn)的問題有：①因電源電壓不夠而輸出電壓調不到零；②待測物體的質量超出轉換器量程．
答：①測量的步驟見上．
②該實驗中可能會出現(xiàn)的問題有：①因電源電壓不夠而輸出電壓調不到零；②待測物體的質量超出轉換器量程．

點評 這是一道設計型實驗題，屬開放型試題中重要的一種．力電轉換器是學生沒有用過的新儀器，能不能在試題所提供的各種信息中抓住最關鍵的有用信息，對學生的處理信息、電路設計和實驗創(chuàng)新能力提出了較高要求．