Question

16．在2015年某工厂要研发一种新型材料，要求对该材料承受的撞击力进行测试．在测试时将材料样品（不计质量）平放在压力传感器上，如图甲所示，闭合开关，由静止自由释放重物，从重物开始下落到撞击样品的这个过程中，电流表的示数随时间变化的图象如图乙所示，压力传感器的电阻R随压力F变化的图象如图丙所示．电源的电压为24V，定值电阻R₀=10Ω．求：

（1）在重物下落的过程中，压力传感器两端的电压；
（2）若样品实际能承受的最大撞击力是800N，试分析此实验中重物撞击样品时是否会损坏样品．

Answer 1

分析 （1）由图乙所示图象得到重物下落过程电路电流，由串联电路特点和欧姆定律求出压力传感器的电压；
（2）由图丙知撞击力越大，压力传感器电阻越小，由图象乙知电路中最大电流，然后求出压力传感器电阻，再由图丙求出撞击力，比较可得结果．

解答 解：
（1）由图甲可知，压力传感器与R₀串联，电流表测电路中电流，
在重物下落没有撞击传感器，压力传感器电阻不变，电路中电流不发生变化，由图乙可知此时电路中电流为0.2A，
由串联电路特点和欧姆定律可得传感器两端电压为：
U_传=U-U₀=U-IR₀=24V-0.2A×10Ω=22V；
（2）由图丙可知撞击力越大，压力传感器电阻越小，电路中电流越大，由图象乙知电路中最大电流I′=1.2A，
此时传感器两端电压为：
U_传′=U-I′R₀=24V-1.2A×10Ω=12V，
此时传感器的电阻：
R_传=$\frac{{U}_{传}′}{I′}$=$\frac{12V}{1.2A}$=10Ω，
由图象丙可知，此时样品所受的压力为600N，小于800N，所以样品不会损坏．
答：（1）在重物下落的过程中，压力传感器两端的电压22V；
（2）此实验中重物撞击样品时不会损坏样品．

点评 本题是一道信息给予题，由图示、图象求出电流、力与电阻的对应关系是正确解题的前提与关键，应用串联电路特点与欧姆定律即可正确解题．