Question

6．某工廠要研發(fā)一種新型材料，要求對該材料所能承受的撞擊力進(jìn)行測試，測試方法如圖甲所示．測試時將材料樣品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)撞擊后發(fā)現(xiàn)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U=14V且保持不變，定值電阻R₀=10Ω，求：

（1）在重物撞擊樣品前，壓力傳感器R的阻值是多少？
（2）在測試過程中，樣品受到的最大撞擊力是多少？

Answer 1

分析 （1）在重物撞擊樣品前，壓力傳感器受到的壓力不變，電阻不變，電路中的電流不變，由圖乙可知，重物下落過程電路中的電流，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出壓力傳感器R的阻值；
（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，根據(jù)圖乙可知電路中的最大電流，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)圖丙得出重物沒有受到撞擊時的壓力和最大撞擊時的壓力，兩者的差值即為樣品受到的最大撞擊力．

解答 解：（1）在重物撞擊樣品前，壓力傳感器受到的壓力不變，電阻不變，電路中的電流不變，
由圖乙可知，電路中的電流I=0.2A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電路中的總電阻：
R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{14V}{0.2A}$=70Ω，
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=70Ω-10Ω=60Ω；
（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′=1A，
此時電路中的總電阻：
R_總′=$\frac{U}{I′}$=$\frac{14V}{1A}$=14Ω，
則壓力傳感器R的阻值：
R′=R_總′-R₀=14Ω-10Ω=4Ω，
由圖丙可知，R=60Ω時F=20N，R′=4Ω時F′=700N，
所以，樣品受到的最大撞擊力：
F_大=F′-F=700N-20N=680N．
答：（1）在重物撞擊樣品前，壓力傳感器R的阻值是60Ω；
（2）在測試過程中，樣品受到的最大撞擊力是680N．

點(diǎn)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(diǎn)與歐姆定律即可正確解題．