Question

在科技活動中某同學利用自制的電子秤來稱量物體的重力，如圖所示，為電子秤的原理圖．托盤和彈簧的質量均不計，滑動變阻器的滑動端與彈簧上端連接，當托盤中沒有放物體時，電壓表示數(shù)為零；當托盤中的物體的質量改變時，電壓表示數(shù)發(fā)生改變，從而測出物體的質量．設變阻器的總電阻為R，總長度為l，電源電動勢為E，內(nèi)阻為0，彈簧勁度系數(shù)為k，彈簧產(chǎn)生的彈力與彈簧壓縮量x成正比，即F=k?x．不計一切摩擦和其他阻力，電壓表為理想表．
（1）根據(jù)上述原理，電壓表應接在

 

兩端．
（2）要獲得電壓表的滿量程稱重，制作上述“電子秤”時，電源、變阻器R、限流電阻R₀、電壓表等可從下列器材中選擇

 

（填器材編號）．
A、電動勢為9V、內(nèi)阻為0的電池；
B、電動勢為3V、內(nèi)阻為0的電池；
C、阻值為1KΩ定值電阻；
D、阻值為100Ω的定值電阻；
E、最大阻值為50Ω變阻器；
F、最大阻為10Ω的變阻器；
G、量程為0～3V的電壓表；
H、量程為0～15伏的電壓表．
（3）當托盤上放上某物體時，所放物體的質量m與電壓表的示數(shù)U的關系是：m=

 

．
（4）請說明這個電子秤可能存在的不足：

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)當托盤中沒有放物體時，電壓表示數(shù)為零，確定電壓表應接在pq間；
（2）先確定電源的電動勢，根據(jù)串聯(lián)電路的特點，選擇定值電阻和變阻器，并確定電壓表的量程．
（3）根據(jù)閉合電路歐姆定律、電阻定律和胡克定律結合，得到物體的質量m與電壓表的示數(shù)U的關系．
（4）隨著電池用了時間長了，電動勢減小，會影響測量的準確性．

解答：解：
（1）由題意，當托盤中沒有放物體時，電壓表示數(shù)為零，此時滑動變阻器的滑動端與彈簧上端連接，故電壓表應接在pq間；
（2）電動勢為3V的電源，經(jīng)過分壓，電壓表的示數(shù)最大為1V，偏轉角度太小，故應選電動勢為9V的電池．
定值電阻1KΩ遠大于變阻器的總電阻，變阻器分擔的電壓很小，電壓表的示數(shù)很小，故應選用阻值為100Ω的定值電阻．
最大值為10Ω的變阻器，能分擔的最大電壓為

10

110

×9V≈0.88V，電壓表的示數(shù)很小，故應選50Ω變阻器．
電壓表分擔的最大電壓為

50

100+50

×9V=3V，故應選量程為0～3V的電壓表；故選ADEG
（3）設物體的質量為m時，彈簧的壓縮量為x，電壓表示數(shù)為U．
根據(jù)歐姆定律、電阻定律和胡克定律得：
  U=

x

l

?

R

R+R0

E
  mg=kx
聯(lián)立解得：m=

kl(R+R0)

ERg

U
（4）電池用久了，電動勢減小，電壓表讀數(shù)偏小，則測量值偏�。�
故答案為：（1）pq；
（2）ADEG；
（3）

kl(R+R0)

ERg

U；
（4）電池用久了，電動勢減小，電壓表讀數(shù)偏小，則測量值偏小．

點評：本題是力電綜合題，主要考查歐姆定律、電阻定律、胡克定律的應用以及滑動變阻器使用的掌握情況．