Question

某物理興趣小組為了自制一臺電子秤，進(jìn)行了下列探究活動：
①研究彈簧的特性．他們做了如圖1的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)彈簧伸長的長度χ與拉力F的關(guān)系圖象如圖2所示．
②設(shè)計(jì)方案．設(shè)計(jì)的原理圖如圖3，利用量程為3V的電壓表的示數(shù)來指示物體的質(zhì)量（電壓表刻度盤如圖4），彈簧（圖3中使用的彈簧）的上端與變阻器的滑片和托盤連接（托盤與彈簧的質(zhì)量均不計(jì)），0、A間有可收縮的導(dǎo)線，當(dāng)盤內(nèi)沒有放物體時(shí)，電壓表示數(shù)為零．
③分析與計(jì)算．已知滑動變阻器總電阻R=12Ω．總長度12cm，電源電壓恒為6V，定值電阻R₀=10Ω（不計(jì)摩擦，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，g=10N/kg）．

問：
（1）由圖1、2你能得到什么結(jié)論？
（2）當(dāng)物體的質(zhì)量為100g時(shí)，電壓表的示數(shù)是多少？
（3）該電子秤能測量的最大質(zhì)量是多大？
（4）改裝好的電子秤刻度與原來的電壓表表盤的刻度有何不同．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)圖象信息分析彈簧伸長與所受拉力的關(guān)系，得出結(jié)論，注意這是在彈性限度內(nèi)做的實(shí)驗(yàn)．
（2）根據(jù)滑片移動的長度判斷滑動變阻器的接入電路的阻值；即可利用歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn)求解．
（3）電壓表示數(shù)最大時(shí)，所測質(zhì)量最大．
（4）從刻度是否均勻方面對比．

解答：解：
（1）分析圖象，彈簧受到的拉力與彈簧伸長的關(guān)系是正比例函數(shù)．
故結(jié)論為：在彈性限度內(nèi)，彈簧伸長的長度與所受拉力成正比．
（2）當(dāng)物體的質(zhì)量為100克時(shí)，物體重力G=mg=0.1kg×10N/kg=1N；
由圖象知：當(dāng)物體對彈簧的拉力為1N時(shí)彈簧伸長2cm；即當(dāng)彈簧受壓力為1N時(shí)彈簧會縮短2cm；
又已知滑動變阻器總電阻R=12Ω，總長度12cm可得：長1cm的變阻器的電阻為1Ω．
則此時(shí)交阻器接入電路電阻為2Ω，滑動變阻器與定值電阻串聯(lián)．
電壓表示數(shù)是U₁=

UR

R0 +R

=

6V

10Ω+2Ω

×2Ω=1V．
答：電壓表示數(shù)為1V．
（3）由電壓表的量程可知：當(dāng)電壓表的示數(shù)為3V，電子秤所測量的物體質(zhì)量最大；
此時(shí)，電路中的電流為I₂=I″=

U-U2

R

=

6V-3V

10Ω

=0.3A；
變阻器接入電路的阻值R=

U

I2

=

3V

0.3A

=10Ω；
所以彈簧壓縮量為10cm；
由圖象分析可知物體重5N，故能測量的最大質(zhì)量為500g．
答：能測量的最大質(zhì)量為500g．
（4）1V刻度為100g，3V刻度上為500g；所以電子秤刻度與原來電壓表表盤的刻度相比，電子秤刻度不均勻．
答：電子秤刻度不均勻．

點(diǎn)評：通過此探究實(shí)驗(yàn)知道，彈簧測力計(jì)是測力的工具，電壓表是測電壓的，但它們相結(jié)合，可從電壓表上測量；提高了的學(xué)習(xí)的興趣，增加了研究發(fā)明的動力．