Question

某同學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（比例系數為k），如圖1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零，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：1個力電轉換器，1個質量為m₀的砝碼，1只電壓表，1個滑動變阻器，1節干電池，一個開關及導線若干，1個待測物體（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.
（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，在圖中畫出完整的測量電路圖.
（2）簡要說明測量步驟，求出比例系數 ，并測出待測物體的質量 .
（3）請設想實驗中可能會出現的一個問題.

Answer 1

見解析
【試題分析】
這是一道設計型實驗題，屬開放型試題中重要的一種.力電轉換器是同學們沒有用過的新儀器，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，對同學們的處理信息、電路設計和實驗創新能力提出了較高要求.
（1）根據“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“為了使輸入電路的電壓調節范圍盡可能大”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2所示.

（2）測量步驟與結果：
①調節滑動變阻器，使轉換器的輸出電壓為零；
②將質量為m₀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，則
U₀=km₀g，U=kmg
得 k=，所以m=
（3）該實驗中可能會出現的問題有：①因電源電壓小而輸出電壓調不到零；②待測物體的質量超出轉換器量程.