Question

如图甲所示，某工厂要研发一种新型材料，要求对该材料的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，闭合开关S，由静止自由释放重物，经撞击后样品材料仍完好无损。从重物开始下滑落到撞击样品的这个过程中，电流表的示数随时间t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。电源电压＝12V，定值电阻R₀＝10Ω．求：

（1）在重物下落的过程中，压力传感器的电阻是多少？

（2）在撞击过程中，样品受到的最大撞击力是多少？

（3）该重物的重力是多少？

Answer

（1）110Ω；（2）600N；（3）200N。

【解析】

（1）在重物下落的过程中，压力传感器受到的压力最小且保持不变，总电阻最大，电路中的电流最小，由图乙可知，此时的电流I＝0.1A，

由I＝可得，电路中的总电阻：R总＝＝120Ω，

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，压力传感器R的阻值：R＝R总﹣R0＝120Ω﹣10Ω＝110Ω；

（2）在测试过程中，样品受到的撞击力最大时，压敏电阻的阻值最小，电路中的电流最大，由图乙可知，电路中的最大电流I′＝0.6A，

此时电路中的总电阻：R总′＝＝20Ω，

则此时压力传感器R的阻值：R′＝R总′﹣R0＝20Ω﹣10Ω＝10Ω，

由图丙可知，样品受到的最大撞击力为600N。

（3）当重物在样品上静止时，重物对样品的压力大小等于重物的重力大小；

此时与撞击过程相比，压力减小，电阻变大，电流减小；

由图乙可知，此时的电流为I2＝0.15A，

根据欧姆定律，此时电路的总电阻：R总″＝＝＝80Ω，

根据串联电路电阻的规律可得，此时压力传感器的电阻：R″＝R总″﹣R0＝80Ω﹣10Ω＝70Ω，

由丙图可知，此时的压力F′＝200N，所以物体的重力为200N。