Question

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m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．
（l）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图．
（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．

Answer

（1）根据题意确定输入端电路，在输出端接测量输出电压的电压表．
（2）先调节输入电压，使输出电压为零，然后测量物体质量；根据测量数据求出系数k．
（3）从电源电压与量程等角度分析可能出现的问题．
【解析】
（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将砝码放在转换器上，记下输出电压U；
③将待测物放在转换器上，记下输出电压U1；
由 U=kmg，得k=
测得 U=kmg，所以m=．
（3）①因电源电压不够而输出电压调不到零；
②待测物体质量超出转换器量程．
答：（1）电路图如图所示；（2）实验步骤如上所述；待测物体的质量m=．（3）实验中可能会出现的问题有：①因电源电压不够而输出电压调不到零；
②待测物体质量超出转换器量程．