Question

15．某學(xué)生為了測量一物體的質(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，即可測得與物體質(zhì)量成正比的輸出電壓U₀．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．
（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量電路圖．
（2）以下為簡要的測量步驟，請將不完整處補(bǔ)充完整：
A．調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零；
B．將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U₀；
C．將待測物放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U₁；
（3）根據(jù)以上測量，可求出：比例系數(shù)k=$\frac{{U}_{0}}{{m}_{0}g}$，待測物體的質(zhì)量m=$\frac{{m}_{0}{U}_{1}}{{U}_{0}}$．
（4）請?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問題：因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題意確定輸入端電路，在輸出端接測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，然后測量物體質(zhì)量；
（3）根據(jù)測量數(shù)據(jù)求出系數(shù)k．
（4）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)的電路如圖所示．

（2）測量步驟與結(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將質(zhì)量為m₀的砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U₀；
③將待測物放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U₁，則
 U₀=km₀g，U=kmg
（3）根據(jù)以上測量，可得：k=$\frac{{U}_{0}}{{m}_{0}g}$，所以m=$\frac{{m}_{0}{U}_{1}}{{U}_{0}}$
（4）該實(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待測物體的質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程．
故答案為：（1）設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示；
（2）砝碼；
（3）$\frac{{U}_{0}}{{m}_{0}g}$，$\frac{{m}_{0}{U}_{1}}{{U}_{0}}$
（4）①因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零；②待測物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程．（兩個(gè)選一個(gè)就可以）

點(diǎn)評 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．