Question

2．某工廠對新研發(fā)的一種材料進行所承受的撞擊力測試．在測試時將材料樣品（不計質(zhì)量）平放在壓力傳感器上，如圖甲所示，閉合開關(guān)，從某一高度由靜止自由釋放重物，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)隨時間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．電源的電壓為24V，定值電阻R₀=10Ω．求：

（1）由圖丙可知，壓力傳感器的電阻隨壓力的增大而減�。�
（2）當(dāng)樣品受到最大撞擊時，電流表的示數(shù)是多大？
（3）若樣品實際能承受的最大撞擊力是800N，試分析此實驗中重物撞擊該樣品時是否會損壞樣品？
（4）在樣品沒有受到撞擊前，5s內(nèi)壓力傳感器產(chǎn)生的熱量？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖丙直接讀出壓力傳感器的電阻與壓力之間的關(guān)系；
（2）由圖甲知，壓力傳感器R與R₀串聯(lián)，由圖乙知電路中最大電流，由串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算此時電路中電流；
（3）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；
（4）在樣品沒有受到撞擊前，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，由焦耳定律計算5s內(nèi)壓力傳感器產(chǎn)生的熱量．

解答 解：
（1）由圖丙可知，壓力傳感器的電阻隨壓力的增大而減�。�
（2）由圖甲知，壓力傳感器R與R₀串聯(lián)，電流表測電路中電流，
由（1）知，樣品受到撞擊力最大時，壓力傳感器電阻最小，電路的總電阻最小，電源電壓一定，由I=$\frac{U}{R}$知此時電路中電流最大；根據(jù)圖乙可知，最大電流為1.2A，即此時電流表示數(shù)為1.2A；
（3）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，
由串聯(lián)電路特點和歐姆定律可知，此時傳感器兩端電壓為：
U_傳=U-IR₀=24V-1.2A×10Ω=12V，
此時傳感器的電阻：
R_傳=$\frac{{U}_{傳}}{I}$=$\frac{12V}{1.2A}$=10Ω，
由圖象丙可知，此時樣品所受的壓力為600N，小于800N，所以樣品不會損壞；
（4）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，此過程電路中的電流I′=0.2A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電路中的總電阻：
R_總=$\frac{U}{I′}$=$\frac{24V}{0.2A}$=120Ω，
所以此過程壓力傳感器的阻值：R′=R_總-R₀=120Ω-10Ω=110Ω，
由Q=I²Rt可得，5s內(nèi)壓力傳感器產(chǎn)生的熱量：
Q=I′²R′t=（0.2A）²×110Ω×5s=22J．
答：（1）減�。�
（2）當(dāng)樣品受到最大撞擊時，電流表的示數(shù)是1.2A；
（3）若樣品實際能承受的最大撞擊力是800N，此實驗中重物撞擊該樣品時不會損壞樣品；
（4）在樣品沒有受到撞擊前，5s內(nèi)壓力傳感器產(chǎn)生的熱量是22J．

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、歐姆定律和焦耳定律即可正確解題．