Question

图41甲是某同学自制的电子秤原理图，利用理想电压表的示数来指示物体的质量．托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计．滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，滑动触头恰好指在变阻器R的最上端，此时电压表示数为零．设变阻器总电阻为R，总长度为L，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻阻值为R₀，弹簧劲度系数为k，若不计一切摩擦和其它阻力．

（1）求出电压表示数U_x用所称物体的质量m表示的关系式；

（2）由⑴的计算结果可知，电压表示数与待测物体质量不成正比，不便于进行刻度，为使电压表示数与待测物体质量成正比，请利用原有器材进行改进，在图41（乙）的基础上完成改进后的电路原理图，并求出电压表示数U_x用所称物体的质量m表示的关系式．

Answer 1

（1）

（2）

解析:

（1）根据欧姆定律得：  

又因    而  ，     

 运算得到：              

(2) 在图41（乙）的基础上完成改进后的电路原理图如图42所示。同理可求得：