Question

某學(xué)生為了測(cè)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）。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)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫出完整的電路圖。
（2）簡(jiǎn)要說(shuō)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）請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的一些問(wèn)題。

Answer 1

（1）

（2）m=m₀（3）力電轉(zhuǎn)換器作為一種測(cè)量裝置就有量程和零誤差問(wèn)題，所以實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題有：①待測(cè)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

試題分析：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(cè)出的電壓值可間接地測(cè)量物體的質(zhì)量。
（1）由于測(cè)量時(shí)要求輸入電壓的可調(diào)范圍盡可能大，所以測(cè)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(cè)量輸出電壓，測(cè)量電路如圖3-3-11所示。

（2）測(cè)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= ；
③將待測(cè)物體放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U，測(cè)得U=kmg
代入k值得m=m₀。
（3）力電轉(zhuǎn)換器作為一種測(cè)量裝置就有量程和零誤差問(wèn)題，所以實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題有：①待測(cè)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
點(diǎn)評(píng)：本題難度中等，關(guān)鍵是理解壓力大小是如何影響電路中電流或電阻的，利用壓力與電壓的關(guān)系列公式求解，本題可歸結(jié)為信息題或傳感器問(wèn)題，也是高考常考的知識(shí)點(diǎn)