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.測量時先調節輸入端的電壓，使轉換器空載時的輸出電壓為0;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，電鍵及導線若干，待測物體(可置于力電轉換器的受壓面上).請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，并且使電壓的調節范圍盡可能大，在方框中畫出完整的測量電路;

(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

解析：題中所說的“力電轉換器”即為壓力傳感器，盡管我們并不清楚壓力傳感器的內部結構和工作機理，但我們從課本上“傳感器的簡單應用”這一實驗中，已經知道壓力傳感器即是將壓力轉化為電信號的裝置.

    題中所給的滑動變阻器即是用來調節輸入電壓的，滑動變阻器有兩種接法——分壓式接法和限流式接法，現要求輸入電壓的調節范圍盡可能大，根據我們已有的知識可以知道，該電路應該采用分壓式接法.

(1)設計的電路圖如圖所示.

(2)測量步驟與結果：

①調節滑動變阻器，使轉換器的輸出電壓為零.

②將砝碼放在轉換器的受壓面上，記下輸出電壓U₀.

③將待測物體放在轉換器的受壓面上，記下輸出電壓U.

則有：U₀=km₀g                                                                ①

U=kmg                                                                       ②

由①②兩式得：m=m₀.

(3)可能出現的問題有:①因電源電壓不夠而使輸出電壓調不到零.②待測物體的質量超出轉換器的量程.等等.