Question

9．如圖甲所示，某工廠要研發(fā)一種新型材料，要求對該材料的承受的撞擊力進(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，閉合開關(guān)S，由靜止自由釋放重物，經(jīng)撞擊后樣品材料仍完好無損．從重物開始下滑落到撞擊樣品的這個過程中，電流表的示數(shù)隨時間t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．電源電壓=12V，定值電阻R₀=10Ω．求：
（1）在重物下落的過程中，壓力傳感器的電阻是多少？
（2）在撞擊過程中，樣品受到的最大撞擊力是多少？
（3）該重物的重力是多少？

Answer 1

分析 在重物下落的過程中，壓力傳感器受到的壓力最小且保持不變，由壓力傳感器的電阻R隨壓力F變化的圖象丙知，此時壓力傳感器的電阻R最大，根據(jù)串聯(lián)電電阻的規(guī)律，總電阻最大，總電流最小且保持不變；
在重物撞擊壓力傳感器的過程中，對壓力傳感器的壓力變化是：逐漸增大到最大，然后逐漸減小直到等于重物自身的重力，此時壓力大小保持不變；根據(jù)力傳感器的電阻R隨壓力F變化的圖象丙知，壓力傳感器的電阻R逐漸減小到最小，然后逐漸增大直到電阻R較大且保持不變，根據(jù)串聯(lián)電阻的規(guī)律和歐姆定律，則對應(yīng)的電流變化為：先逐漸增大到最大時，然后逐漸減小到較�。ㄅc重物下落過程中相比）最后電流保持不變；
（1）判斷重物下落過程電路中的電流大小，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出壓力傳感器R的阻值；
（2）在撞擊過程中，根據(jù)圖乙中電路中的最大電流，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出壓敏電阻的阻值，然后根據(jù)圖丙得出樣品受到的最大撞擊力；
（3）找出電路中的較小電流，由歐姆定律和串聯(lián)電阻的規(guī)律求出此時電路的總電阻．由圖找出對應(yīng)的壓力即物體的重力大�。�

解答 解：（1）在重物下落的過程中，壓力傳感器受到的壓力最小且保持不變，總電阻最大，電路中的電流最小，由圖乙可知，此時的電流I=0.1A，
由I=$\frac{U}{R}$ 可得，電路中的總電阻：
R_總=$\frac{U}{I}=\frac{12V}{0.1A}$=120Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，壓力傳感器R的阻值：
R=R_總-R₀=120Ω-10Ω=110Ω；
（2）在測試過程中，樣品受到的撞擊力最大時，壓敏電阻的阻值最小，電路中的電流最大，
由圖乙可知，電路中的最大電流I′=0.6A，
此時電路中的總電阻：
R_總′=$\frac{U}{I′}=\frac{12V}{0.6A}$=20Ω，
則此時壓力傳感器R的阻值：
R′=R_總′-R₀=20Ω-10Ω=10Ω，
由圖丙可知，樣品受到的最大撞擊力為600N．
（3）當(dāng)重物在樣品上靜止時，重物對樣品的壓力大小等于重物的重力大��；
此時與撞擊過程相比，壓力減小，電阻變大，電流減�。�
由圖乙可知，此時的電流為I₂=0.15A，
根據(jù)歐姆定律，此時電路的總電阻R_總″=$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{12V}{0.15A}$=80Ω，
根據(jù)串聯(lián)電路電阻的規(guī)律可得，此時壓力傳感器的電阻：
R″=R_總″-R₀=80Ω-10Ω=70Ω，
由丙圖可知，此時的壓力F′=200N，所以物體的重力為200N．
答：（1）在重物下落的過程中，壓力傳感器的電阻是110Ω；
（2）在撞擊過程中，樣品受到的最大撞擊力是600N；
（3）該重物的重力為200N．

點評 本題考查歐姆定律、串聯(lián)電路的規(guī)律的靈活運用，解題的關(guān)鍵是圖中找出重物從開始下落到撞擊壓力傳感器過程中，直到重物靜止在壓力傳感器上面這個過程中，由圖丙判斷對應(yīng)的電阻變化，根據(jù)串聯(lián)電阻的規(guī)律及歐姆定律，由圖乙確定對應(yīng)的電流變化．有一定難度．