问题 问答题

如图所示为某种电子秤的原理示意图,AB为一均匀的滑线电阻,阻值为R,长度为L,两边分别有P1、P2 两个滑动头,P1 可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动.弹簧处于原长时,P1 刚好指着A端.P1与托盘固定相连.若P1、P2间出现电压时,该电压经过放大,通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小.已知弹簧的劲度系数为k,托盘自身质量为m0,电源电动势为ε,内阻不计,当地的重力加速度为g.

求:(1)托盘上未放物体时,在托盘自身重力的作用下,P1离A的距离x1

(2)托盘上放有质量为m的物体时,P1离A的距离x2

(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点,其方法是:调节P2,使P2 离A的距离也为x1,从而使P1、P2 间电压为零.校准零点后,将物体m放在托盘上,试推导出物体质量m与P1、P2间的电压的函数关系式.

答案

(1)由力的平衡知识

m0g=kx1

解得x1=

m0g
k
-------①

(2)受力分析如图所示

kx2=m0g+mg

x2=

(m+m0)g
k
----------②

(3)由电学公式

E=IR---------------③

U=IRx--------------④

Rx
R
=
x
L
--------------⑤

据题意 x=x2-x1---------⑥

由①、②、⑥式得x=

mg
k
------⑦

由③、④、⑤、⑦式得m=

kL
gE

答:(1)托盘上未放物体时,在托盘自身重力的作用下,P1离A的距离x1

m0g
k

(2)托盘上放有质量为m的物体时,P1离A的距离x2

(m+m0)g
k

(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点,其方法是:调节P2,使P2 离A的距离也为x1,从而使P1、P2 间电压为零.校准零点后,将物体m放在托盘上,则物体质量m与P1、P2间的电压的函数关系式为m=

kL
gE
U.

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