Question

某學(xué)生為了測(cè)量一物體的質(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．
（l）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測(cè)量電路圖．
（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）請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)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(cè)量輸出電壓的電壓表．
（2）先調(diào)節(jié)輸入電壓，使輸出電壓為零，然后測(cè)量物體質(zhì)量；根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)求出系數(shù)k．
（3）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(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U”可知：輸出端應(yīng)接電壓表．又根據(jù)“為了使輸入電路的電壓調(diào)節(jié)范圍盡可能大”可知：必須用滑動(dòng)變阻器在輸入端組成分壓電路．設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示．
（2）測(cè)量步驟與結(jié)果：
①調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零；
②將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U₀；
③將待測(cè)物放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U₁；
由 U₀=km₀g，得k=

U0

m0g

測(cè)得 U=kmg，所以m=

m0U

U0

．
（3）①因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零；
②待測(cè)物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程．
答：（1）電路圖如圖所示；（2）實(shí)驗(yàn)步驟如上所述；待測(cè)物體的質(zhì)量m=

m0U

U0

．（3）實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的問題有：①因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零；
②待測(cè)物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程．

點(diǎn)評(píng)：這是一道設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題，屬開放型試題中重要的一種．力電轉(zhuǎn)換器是學(xué)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(guān)鍵的有用信息，對(duì)學(xué)生的處理信息、電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力提出了較高要求．