Question

19．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(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，從重物開始下落到撞擊樣品的這個過程中，電流表示數(shù)I隨時間t變化的圖象如圖乙所示，壓力傳感器R隨壓力F變化的圖象如圖丙所示，電源的電壓U=24V，定值電阻R₀=10Ω，求：
（1）在重物下落的過程中，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）當樣品受到的撞擊力是400N時，壓力傳感器兩端的電壓是多少？

Answer 1

分析 （1）由圖丙所示圖象求出重物下落過程電路電流，然后應(yīng)用歐姆定律求出壓力傳感器的電阻．
（2）由圖象求出最大電流，然后求出壓力傳感器電阻，再由圖丙求出撞擊力．
（3）根據(jù)圖丙找到樣品受到的撞擊力是400N時，壓力傳感器的電阻大小，根據(jù)串聯(lián)電阻的規(guī)律求出總電阻，根據(jù)歐姆定律求其兩端的電壓大�。�

解答 解：（1）在重物下落的過程中，沒有撞擊傳感器，傳感器的電阻不變，電路中電流不變，由圖乙可知，此時電路中的電流I=0.2A，
根據(jù)I=$\frac{U}{R}$可知，定值電阻R₀兩端的電壓：U₀=IR₀=0.2A×10Ω=2V，
壓力傳感器兩端的電壓為：U_N=U-U₀=24V-2V=22V，
根據(jù)歐姆定律可得，壓力傳感器的電阻：R_N=$\frac{{U}_{N}}{I}=\frac{22V}{0.2A}$=110Ω；
（2）由圖丙可知，撞擊力最大時，電阻最小，電流最大，
又由圖乙可知，最大的電流為I_m=1.2A，
根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路電壓規(guī)律可知，
電源電壓：U=I_m（R₀+R），
此時壓力傳感器的電阻：R=$\frac{U}{{I}_{m}}$-R₀=$\frac{24V}{1.2A}$-10Ω=10Ω，
由圖丙可知，樣品受到的最大撞擊力：F=600N；
（3）當樣品受到的撞擊力是400N時，壓力傳感器電阻為R_傳=20Ω，
根據(jù)串聯(lián)電阻的規(guī)律，總電阻R_總=R_傳+R₀=20Ω+10Ω=30Ω，
此時電路中的電流I_總=$\frac{U}{{R}_{總}}=\frac{24V}{30Ω}$=0.8A，
壓力傳感器兩端的電壓：U′=I_總×R_傳=0.8A×20Ω=16V．
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）當樣品受到的撞擊力是400N時，壓力傳感器兩端的電壓是16V．

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．