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某物理兴趣小组为了自制一台电子秤,进行了下列探究活动:

(一)研究弹簧的特性.

他们做了如图甲所示的实验,根据实验数据作出了弹簧伸长量x与拉力F的关系图象如图乙所示.

(二)设计实验方案.

设计原理图如图丙所示.将变阻器滑动片P和托盘固定在弹簧上端,用柔软的导线将变阻器滑动片P与电压表的一个接线柱连接,利用量程为3V的电压表(电压表刻度盘如图丁)的示数来指示物体的质量.已知弹簧压缩量与压力的关系符合图乙所示图线.托盘与弹簧的质量均不计.当盘中没有放物体时,电压表示数刚好为零.

(三)分析与计算.

已知滑动变阻器总电阻R=40Ω、总长度8cm.电源电压恒为6V,定值电阻R0=20Ω.不计摩擦,弹簧始终在弹性限度内,g=10N/kg.试求:

(1)当物体的质量为1kg时,电压表的示数是多少伏?

(2)该电子秤能测量的最大质量是多大?

答案:

(1)当物体的质量为1kg时,物体重力G=mg=1kg×10N/kg=10N;

由图象知:当物体对弹簧的拉力为10N时,弹簧伸长2cm;即当弹簧受压力为10N时弹簧会缩短2cm;

又已知滑动变阻器总电阻R=40Ω,总长度8cm可得:长1cm的变阻器的电阻为5Ω.

则此时电压表测量的电阻为10Ω,滑动变阻器与定值电阻串联.

电压表示数是U1=UR+R0R′=6V40Ω+20Ω× 10Ω=1V;

故:电压表示数为1V.

(2)由电压表的量程可知:当电压表的示数为3V,电子秤所测量的物体质量最大;

由于电路中的电流不变,即I=UR+R0=6V40Ω+20Ω=0.1A;则电压表所测量的阻值:R″=3V0.1A=30Ω;

所以弹簧压缩量为6cm;

由图象分析可知物体重30N,故能测量的最大质量为3kg.

来源:天天语录网  
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