题目内容

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0;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,电键及导线若干,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,在方框中画出完整的测量电路;

(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.

解析:题中所说的“力电转换器”即为压力传感器,尽管我们并不清楚压力传感器的内部结构和工作机理,但我们从课本上“传感器的简单应用”这一实验中,已经知道压力传感器即是将压力转化为电信号的装置.

    题中所给的滑动变阻器即是用来调节输入电压的,滑动变阻器有两种接法——分压式接法和限流式接法,现要求输入电压的调节范围尽可能大,根据我们已有的知识可以知道,该电路应该采用分压式接法.

(1)设计的电路图如图所示.

(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将砝码放在转换器的受压面上,记下输出电压U0.

③将待测物体放在转换器的受压面上,记下输出电压U.

则有:U0=km0g                                                                ①

U=kmg                                                                       ②

由①②两式得:m=m0.

(3)可能出现的问题有:①因电源电压不够而使输出电压调不到零.②待测物体的质量超出转换器的量程.等等.


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