Question

某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为k），如图所示．测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为零；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U．现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个，开关及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）． 请在如图所示的方框内完成对该物体质量的测量．
（1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图．
（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m．
（3）请设想实验中可能会出现的一个问题．

Answer 1

分析：（1）根据题意确定输入端电路，在输出端接测量输出电压的电压表．
（2）先调节输入电压，使输出电压为零，然后测量物体质量；根据测量数据求出系数k．
（3）从电源电压与量程等角度分析可能出现的问题．

解答：解：（1）根据“可测得与物体的质量成正比的输出电压U”可知：输出端应接电压表．又根据“为了使输入电路的电压调节范围尽可能大”可知：必须用滑动变阻器在输入端组成分压电路．设计的电路如图所示．

（2）测量步骤与结果：
①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零；
②将质量为m₀的砝码放在转换器上，记下输出电压U₀；
③将待测物放在转换器上，记下输出电压U，则
U₀=km₀g，U=kmg
得 k=

U0

m0g

，所以m=

U

U0

?m₀
（3）该实验中可能会出现的问题有：①因电源电压小而输出电压调不到零；②待测物体的质量超出转换器量程．
故答案为：（1）电路图如图所示；（2）实验步骤如上所述；（3）如上所述．

点评：这是一道设计型实验题，属开放型试题中重要的一种．力电转换器是学生没有用过的新仪器，能不能在试题所提供的各种信息中抓住最关键的有用信息，对学生的处理信息、电路设计和实验创新能力提出了较高要求．