Question

某學(xué)生為了測(cè)量一個(gè)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（比例系數(shù)為k），如圖18-7-4所示，測(cè)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(cè)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(cè)物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）.

圖18-7-4

請(qǐng)完成對(duì)該物體質(zhì)量的測(cè)量：

（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)，并且使調(diào)節(jié)范圍盡可能大.畫出這一完整的電路（包括力電轉(zhuǎn)換器在內(nèi)）.

（2）簡(jiǎn)要說明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù)k，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量m.

（3）設(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的問題.

Answer 1

見解析.

解析:

(1)設(shè)計(jì)的電路圖如下圖所示.

（2）測(cè)量步驟與結(jié)果如下：

①閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)變阻器的滑片P，使力電轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零.

②將質(zhì)量為m₀的砝碼放在力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下此時(shí)的輸出電壓U₀.

③取下砝碼，將待測(cè)物體放在力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下此時(shí)的輸出電壓U.

由以上測(cè)量可求出比例系數(shù)k及待測(cè)物體的質(zhì)量m

因?yàn)閁₀=km₀g  所以有：k=U₀/(m₀g)

又由于U=kmg  所以待測(cè)物體的質(zhì)量為：m=.

(3)實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的問題有：

①因電源電壓太小而輸出電壓調(diào)不到零.

②待測(cè)物體的質(zhì)量超過此力電轉(zhuǎn)換器的量程.