Question

某學生為了測量一物體的質量，找到了一個力電轉換器，該轉換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數為k），如圖6-2-9所示.測量時先調節輸入端的電壓，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，即可測得與物體的質量成正比的輸出電壓U.現有下列器材：力電轉換器、質量為m₀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.

圖6-2-9

(1)設計一個電路，要求力電轉換器的輸入電壓可調，并且使電壓的調節范圍盡可能大，畫出完整的電路圖.

(2)簡要說明測量步驟，求出比例系數k，并測出待測物體的質量m.

(3)請設想實驗中可能出現的一個問題.

Answer 1

思路解析:物體的重力G與質量的關系是G=mg，重力在數值上等于靜止物體對水平支持物的壓力F.又因題目所給的力電轉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量.

(1)由于測量時要求輸入電壓的可調范圍盡可能大，所以測量電路的輸入端應連成滑動變阻器的分壓電路，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調節滑動變阻器，使轉換器的輸出電壓為零.

②將砝碼m₀放在轉換器上，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)力電轉換器作為一種測量裝置就有量程和零誤差問題，所以實驗中可能會出現的問題有:①待測物體質量超出轉換器量程;②因電源電壓不夠而輸出電壓調不到零.