Question

某同學(xué)為了測量一物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(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1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零，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：1個力電轉(zhuǎn)換器，1個質(zhì)量為m₀的砝碼，1只電壓表，1個滑動變阻器，1節(jié)干電池，一個開關(guān)及導(dǎo)線若干，1個待測物體（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.
（1）設(shè)計(jì)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，在圖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(shù) ，并測出待測物體的質(zhì)量 .
（3）請?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會出現(xiàn)的一個問題.

Answer 1

見解析
【試題分析】
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)換器是同學(xué)們沒有用過的新儀器，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，對同學(xué)們的處理信息、電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力提出了較高要求.
（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：必須用滑動變阻器在輸入端組成分壓電路.設(shè)計(jì)的電路如圖2所示.

（2）測量步驟與結(jié)果：
①調(diào)節(jié)滑動變阻器，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U，則
U₀=km₀g，U=kmg
得 k=，所以m=
（3）該實(shí)驗(yàn)中可能會出現(xiàn)的問題有：①因電源電壓小而輸出電壓調(diào)不到零；②待測物體的質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程.