Question

11．“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”新浪潮席卷全國，如圖甲所示，某創(chuàng)新型企業(yè)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(shí)將材料樣品（不計(jì)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，從重物開始下落到撞擊樣品的這個(gè)過程中，電流表的示數(shù)I隨時(shí)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，重物的質(zhì)量為10kg，壓力傳感器受力面積為50cm²，電源的電壓U=24V，定值電阻R₀=10Ω，求

（1）重物撞擊后靜止在樣品上時(shí)，樣品對壓力傳感器的壓強(qiáng)多大？
（2）在重物下落的過程中，壓力傳感器的電阻是多少？
（3）若樣品實(shí)際能承受的最大撞擊力是650N，試分析此實(shí)驗(yàn)中重物撞擊樣品時(shí)是否會(huì)損壞樣品？

Answer 1

分析 （1）先根據(jù)G=mg求出重物的重力，然后根據(jù)p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$求出樣品對壓力傳感器的壓強(qiáng)；
（2）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；
（3）由圖丙知撞擊力越大，壓力傳感器電阻越小，由圖象乙知電路中最大電流，然后求出壓力傳感器電阻，再由圖丙求出撞擊力，比較可得結(jié)果．

解答 解：（1）重物的重力：G=mg=10kg×9.8N/kg=98N；
樣品對壓力傳感器的壓強(qiáng)：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{98N}{50×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=19600Pa；
（2）由圖乙可知，在重物沒有撞擊傳感器的過程中，電路中的電流：I=0.2A；
由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，
由I=$\frac{U}{R}$可知，壓力傳感器的電阻：R_N=$\frac{{U}_{N}}{I}$=$\frac{22V}{0.2A}$=110Ω；
（3）由圖丙可知撞擊力越大，壓力傳感器電阻越小，電路中電流越大，由圖象乙知電路中最大電流I′=1.2A，
此時(shí)傳感器兩端電壓為：U_傳′=U-I′R₀=24V-1.2A×10Ω=12V，
此時(shí)傳感器的電阻：R_傳=$\frac{{U}_{傳}′}{I′}$=$\frac{12V}{1.2A}$=10Ω，
由圖象丙可知，此時(shí)樣品所受的壓力為600N，小于650N，所以樣品不會(huì)損壞．
答：（1）重物撞擊后靜止在樣品上時(shí)，樣品對壓力傳感器的壓強(qiáng)為19600Pa；
（2）在重物下落的過程中，壓力傳感器的電阻是110Ω；
（3）此實(shí)驗(yàn)中重物撞擊樣品時(shí)不會(huì)損壞樣品．

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．