Question

圖41甲是某同學(xué)自制的電子秤原理圖，利用理想電壓表的示數(shù)來指示物體的質(zhì)量．托盤與電阻可忽略的金屬彈簧相連，托盤與彈簧的質(zhì)量均不計．滑動變阻器的滑動端與彈簧上端連接，當(dāng)托盤中沒有放物體時，滑動觸頭恰好指在變阻器R的最上端，此時電壓表示數(shù)為零．設(shè)變阻器總電阻為R，總長度為L，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，限流電阻阻值為R₀，彈簧勁度系數(shù)為k，若不計一切摩擦和其它阻力．

（1）求出電壓表示數(shù)U_x用所稱物體的質(zhì)量m表示的關(guān)系式；

（2）由⑴的計算結(jié)果可知，電壓表示數(shù)與待測物體質(zhì)量不成正比，不便于進行刻度，為使電壓表示數(shù)與待測物體質(zhì)量成正比，請利用原有器材進行改進，在圖41（乙）的基礎(chǔ)上完成改進后的電路原理圖，并求出電壓表示數(shù)U_x用所稱物體的質(zhì)量m表示的關(guān)系式．

Answer 1

（1）

（2）

解析:

（1）根據(jù)歐姆定律得：  

又因    而  ，     

 運算得到：              

(2) 在圖41（乙）的基礎(chǔ)上完成改進后的電路原理圖如圖42所示。同理可求得：