Question

16．在2015年某工廠要研發(fā)一種新型材料，要求對該材料承受的撞擊力進(jìn)行測試．在測試時將材料樣品（不計質(zhì)量）平放在壓力傳感器上，如圖甲所示，閉合開關(guān)，由靜止自由釋放重物，從重物開始下落到撞擊樣品的這個過程中，電流表的示數(shù)隨時間變化的圖象如圖乙所示，壓力傳感器的電阻R隨壓力F變化的圖象如圖丙所示．電源的電壓為24V，定值電阻R₀=10Ω．求：

（1）在重物下落的過程中，壓力傳感器兩端的電壓；
（2）若樣品實際能承受的最大撞擊力是800N，試分析此實驗中重物撞擊樣品時是否會損壞樣品．

Answer 1

分析 （1）由圖乙所示圖象得到重物下落過程電路電流，由串聯(lián)電路特點和歐姆定律求出壓力傳感器的電壓；
（2）由圖丙知撞擊力越大，壓力傳感器電阻越小，由圖象乙知電路中最大電流，然后求出壓力傳感器電阻，再由圖丙求出撞擊力，比較可得結(jié)果．

解答 解：
（1）由圖甲可知，壓力傳感器與R₀串聯(lián)，電流表測電路中電流，
在重物下落沒有撞擊傳感器，壓力傳感器電阻不變，電路中電流不發(fā)生變化，由圖乙可知此時電路中電流為0.2A，
由串聯(lián)電路特點和歐姆定律可得傳感器兩端電壓為：
U_傳=U-U₀=U-IR₀=24V-0.2A×10Ω=22V；
（2）由圖丙可知撞擊力越大，壓力傳感器電阻越小，電路中電流越大，由圖象乙知電路中最大電流I′=1.2A，
此時傳感器兩端電壓為：
U_傳′=U-I′R₀=24V-1.2A×10Ω=12V，
此時傳感器的電阻：
R_傳=$\frac{{U}_{傳}′}{I′}$=$\frac{12V}{1.2A}$=10Ω，
由圖象丙可知，此時樣品所受的壓力為600N，小于800N，所以樣品不會損壞．
答：（1）在重物下落的過程中，壓力傳感器兩端的電壓22V；
（2）此實驗中重物撞擊樣品時不會損壞樣品．

點評 本題是一道信息給予題，由圖示、圖象求出電流、力與電阻的對應(yīng)關(guān)系是正確解題的前提與關(guān)鍵，應(yīng)用串聯(lián)電路特點與歐姆定律即可正確解題．