Question

某學生為了測量一個物體的質量，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18-7-4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）.

圖18-7-4

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，并且使調節范圍盡可能大.畫出這一完整的電路（包括力電轉換器在內）.

（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）設想實驗中可能會出現的問題.

Answer 1

見解析.

解析:

(1)設計的電路圖如下圖所示.

（2）測量步驟與結果如下：

①閉合開關S，調節變阻器的滑片P，使力電轉換器的輸出電壓為零.

②將質量為m₀的砝碼放在力電轉換器的受壓面上，記下此時的輸出電壓U₀.

③取下砝碼，將待測物體放在力電轉換器的受壓面上，記下此時的輸出電壓U.

由以上測量可求出比例系數k及待測物體的質量m

因為U₀=km₀g  所以有：k=U₀/(m₀g)

又由于U=kmg  所以待測物體的質量為：m=.

(3)實驗中可能會出現的問題有：

①因電源電壓太小而輸出電壓調不到零.

②待測物體的質量超過此力電轉換器的量程.