Question

某學生為了測量一物體的質量，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），如圖所示．測量時先調節(jié)輸入端的電壓，使轉換器空載時的輸出電壓為零；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，開關及導線若干、待測物體（可置于力電轉換器的受壓面上）． 請在如圖所示的方框內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，并且使電壓的調節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫出完整的測量電路圖．
（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）請設想實驗中可能會出現的一個問題．

Answer 1

分析：（1）根據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）先調節(jié)輸入電壓，使輸出電壓為零，然后測量物體質量；根據測量數據求出系數k．
（3）從電源電壓與量程等角度分析可能出現的問題．

解答：解：（1）根據“可測得與物體的質量成正比的輸出電壓U”可知：輸出端應接電壓表．又根據“為了使輸入電路的電壓調節(jié)范圍盡可能大”可知：必須用滑動變阻器在輸入端組成分壓電路．設計的電路如圖所示．

（2）測量步驟與結果：
①調節(jié)滑動變阻器，使轉換器的輸出電壓為零；
②將質量為m₀的砝碼放在轉換器上，記下輸出電壓U₀；
③將待測物放在轉換器上，記下輸出電壓U，則
U₀=km₀g，U=kmg
得 k=

U0

m0g

，所以m=

U

U0

?m₀
（3）該實驗中可能會出現的問題有：①因電源電壓小而輸出電壓調不到零；②待測物體的質量超出轉換器量程．
故答案為：（1）電路圖如圖所示；（2）實驗步驟如上所述；（3）如上所述．

點評：這是一道設計型實驗題，屬開放型試題中重要的一種．力電轉換器是學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鍵的有用信息，對學生的處理信息、電路設計和實驗創(chuàng)新能力提出了較高要求．