Question

某同学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1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：1个力电转换器，1个质量为m₀的砝码，1只电压表，1个滑动变阻器，1节干电池，一个开关及导线若干，1个待测物体（可置于力电转换器的受压面上）.
请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，在图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 ，并测出待测物体的质量 .
（3）请设想实验中可能会出现的一个问题.

Answer 1

见解析
【试题分析】
这是一道设计型实验题，属开放型试题中重要的一种.力电转换器是同学们没有用过的新仪器，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，对同学们的处理信息、电路设计和实验创新能力提出了较高要求.
（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2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=，所以m=
（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.