Question

某學生為了測量一物體的質(zhì)量，找到了一個力電子轉(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5-3-17所示，測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)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(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(zhuǎn)換器的受壓面上).請完成對該物體質(zhì)量的測量.

圖5-3-17

(1)設計一個電路.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)簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m.

(3)請設想實驗中可能出現(xiàn)的一個問題.

Answer 1

解：物體的重力G與質(zhì)量的關系是G=mg，重力在數(shù)值上等于靜止物體對水平支持物的壓力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.因此利用電壓表測出的電壓值可間接地測量物體的質(zhì)量.

圖5-3-19

(1)由于測量時要求輸入電壓的可調(diào)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5-3-19所示.

(2)測量步驟為：

①調(diào)節(jié)滑動變阻器，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將待測物體放在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)的問題有：①待測物體質(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.