Question

19．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）．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m，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)、開(kāi)關(guān)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．

（1）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)，在方框中畫(huà)出完整的測(cè)量電路圖．
（2）簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù)k 和待測(cè)物體的質(zhì)量m的表達(dá)式：
測(cè)量步驟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U
比例系數(shù)k=$\frac{{U}_{0}}{{m}_{0}g}$
待測(cè)物體的質(zhì)量m=$\frac{U}{{U}_{0}}$•m₀．

Answer 1

分析 （1）使用滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)輸入端電壓，要用電壓表測(cè)量輸出端電壓；
（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．

解答 解：
（1）要使輸入端電壓可調(diào)，可以用滑動(dòng)變阻器在輸入端組成分壓電路；因?yàn)榭蓽y(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U，所以在輸出端要用電壓表測(cè)輸出電壓，如圖所示：
；
（2）測(cè)量步驟：
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U；
由①有：U₀=kF=km₀g，得k=$\frac{{U}_{0}}{{m}_{0}g}$，
由②有：U=kmg，所以m=$\frac{U}{kg}$=$\frac{U}{\frac{{U}_{0}}{{m}_{0}g}g}$=$\frac{U}{{U}_{0}}$•m₀．
答：（1）見(jiàn)上圖；
（2）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U．
$\frac{{U}_{0}}{{m}_{0}g}$；$\frac{U}{{U}_{0}}$•m₀．

點(diǎn)評(píng) 力電轉(zhuǎn)換器是學(xué)生沒(méi)有用過(guò)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．