Question

【題目】如圖甲所示，在2015年某工廠要研發(fā)一種新型材料，要求對該材料的承受的撞擊力進行測試。在測試時將材料樣品（不計質量）平放在壓力傳感器上，閉合開關S，由靜止自由釋放重物，經(jīng)撞擊后樣品材料仍完好無損。從重物開始下落到撞擊樣品的這個過程中，電流表的示數(shù)I隨時間t變化的圖像如圖乙所示，壓力傳感器的電阻R隨壓力F變化的圖像如圖丙所示。電源的電壓U=24V，定值電阻R0=10Ω。求:

（1）在重物下落的過程中（未撞擊）， 壓力傳感器的電阻是多少？

（2）當撞擊力為400N時，電流表的示數(shù)為多少？

（3）在撞擊過程中，樣品受到的最大撞擊力是多少？

Answer 1

【答案】見解析所示

【解析】（1）根據(jù)題意知道，在重物下落的過程中，沒有撞擊傳感器，則傳感器的電阻不變，電路中電流不變，由圖乙知道，此時電路中的電流是：I=0.2A，由I=U/R可知，定值電阻R0 兩端的電壓是是：U0 =IR0 =0.2A×10Ω=2V，故壓力傳感器兩端的電壓是：UN =U-U0 =24V-2V=22V，由歐姆定律可知，壓力傳感器的電阻是：RN =UN/I＝22V/0.2A=110Ω；

（2）當樣品受到的撞擊力是400N時，由圖丙知道，壓力傳感器電阻是：R傳=20Ω，根據(jù)串聯(lián)電阻的規(guī)律可知，總電阻是R總=R傳+R0 =20Ω+10Ω=30Ω，所以，此時電路中的電流是：I總=U/R總＝24V/30Ω=0.8A，即電流表的示數(shù)是0.8A；

（3）由圖丙知道，撞擊力最大時，電阻最小，電流最大，又由圖乙知道，最大的電流是Im =1.2A，根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路電壓規(guī)律知道，電源的電壓是：U=Im（R0 +R），

所以，此時壓力傳感器的電阻是：R=（U/Im）-R0 =24V/1.2A-10Ω=10Ω，

由圖丙知道，樣品受到的最大撞擊力是：F=600N。