实验讲座转换法一、转换法解读 1. 转换法所谓实验思维转换方法 , 就是当某些物理量不易直接测量 , 而另外一些物理量易测量 , 且两者之间可以

实验讲座 转换法一、转换法解读 1.转换法所谓实验思维转换方法,就是当某些物理量不易直接测量,而另外一些物理量易测量,且两者之间可以用物理原理联系起来时,采用“嫁接”的方法,通过转移实验手段,达到化不易为易,化不能为能,这种实验方法称为转换法.间接测量某些物理量,一般都用到转换法.

2.转换法的主要方式有 (1)时间量与空间量的转换,如伽利略在研究自由落体运动时,利用滴漏法来测时间,将时间测量转换为水的体积的测量. (2)抽象量与直观量的转换,如卡文迪许“扭秤实验”中,石英丝扭转角度的测量转换为平面镜反射光在刻度尺上移动距离的测量. (3)微观量与宏观量的转换. (4)非电学量与电学量的转换.

二、转换法的应用 1.匀变速直线运动的加速度,是一个不易直接测量的物理量,但通过转换测位移和时间,根据任意两个连续相等的时间里的位移之差可测得加速度. 2.在“传感器的简单应用”实验中,将非电学量转换为电学量进行测量.

【例1】用如图1所示的装置可测水的作用力,质量【例1】用如图1所示的装置可测水的作用力,质量为m的小铅球P系在细金属丝下,悬挂在O点,BC为在水平方向固定的一根粗细均匀的电阻丝,C端在O点正下方,且OC=h,BC长为l,BC与金属丝接触良好,接触点为D,不计接触点D处的摩擦和金属丝的电阻.将小铅球P放入水平流动的水中时,球向左摆起一定的角度时,水流速度越大, 越大.现取一电动势为 E、内阻不计的电源和一只电压表,用这些器材连成测量电路,使水不流动时,电压表示数为零,水流速度增大时,电压表示数增大.

(1)画出电路图(B、C、O均可接线). (2)若小球平衡时,电压表读数为U,用m、l、h、 E、U表示水的作用力F,F=.(重力加速度为g) 图1

解析 (1)电路图如下图所示 (2)由平衡条件得 =tan ,而tan = 根据串联电路分压原理,有联立上述三式得水流作用力F= ,因F∝U 故从电压表读数的大小便知水流作用力的大小. 答案 (1)见解析图 (2)

【例2】某同学为了测量一物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k),如图2中的装置所示,测量时先调节输入电压,使转换器空载时的输出电压为零,而后在其受压面上放一个物体,即可测得与物体的质量【例2】某同学为了测量一物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k),如图2中的装置所示,测量时先调节输入电压,使转换器空载时的输出电压为零,而后在其受压面上放一个物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.现有下列器材:力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、开关及导线若干、待测物体(可置于力电转换器的受压面上).请完成对该物体质量的测量.

(1)设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,在图2所示的方框中画出完整的测量电路图. (2)简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m. (3)请设想实验中可能会出现的一个问题. 图2

解析 (1)由变阻器可组成调压电路,其中调节范围大的是由电源与滑动变阻器组成分压式电路;而电压的测量只需一只电压表即可.电路如下图所示.

(2)测量步骤与结果如下:①调节滑动变阻器,使力电转换器的输出电压为零;②将已知质量的砝码 m0放在力电转换器上,记下输出电压U0;③将待测物放在力电转换器上,记下输出电压U. 由U0=km0g得k= ;又U=kmg,所以m= (3)①待测物体质量超出力电转换器量程;②电源电压不够而输出电压一开始调不到零. 答案见解析返回

实验讲座 转换法 一、转换法解读 1. 转换法 所谓实验思维转换方 法 , 就是当某些物理量不易直 接测量 , 而另外一些物理量易测量 , 且两者之间可以