题目内容

如图6-3-10所示为某种电子秤的原理图,AB为一均匀的滑动变阻器,阻值为R,长度为L,两边分别有P1、P2两个滑动头,P1可在竖直光滑绝缘的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动,弹簧处于自由长度时,P1恰好指在A端,P1与托盘固定相连,若P1、P2间出现电压时,该电压经过放大,通过信号转换后在显示屏上将显示物体的质量,已知弹簧的劲度系数为k,托盘的自身质量为m0,电源电动势为E,内阻不计,当地的重力加速度为g,求:

(1)托盘上未放物体时,在托盘自重的作用下,P1距A的距离x1.

(2)托盘上放有质量为m的物体时,在托盘自重的作用下,P1距A的距离x2.

(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点,其方法是:调节P2,使P2离A的距离也为x1,从而使P1、P2间的电压为零.校准零点后,将物体m放在托盘上,试推导出物体质量m与P1、P2间电压的函数关系.

图6-3-10

解析:托盘移动,带动P1移动,使P1、P2间出现电势差,电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小,由于R为均匀的滑动电阻,其阻值与长度成正比.

(1)由力平衡知道:m0g=kx1,解得:x1=

(2)放上重物重新平衡后有:m0g+mg=kx2,解得:

(3)由闭合电路欧姆定律知E=IR,对部分电路有U=IR1,由于电阻是均匀线电阻,则有

,其中x为P1、P2间的距离x=x2-x1=,解得:m=.

答案:(1)x1=(2)x2=(3)m=

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