Question

某工厂要研发一种新型材料，要求对该材料所承受的撞击力进行测试，测试电路如图甲所示。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，从一定高使由静止自由释放2kg重物，经撞击后样品材料仍完好无损，最后重物静止在样品上。从重物开始下落到静止的过程中，电流表的示数I随时间t变化的关系如图乙所示，压力传感器的电阻R随压力F变化的关系如图丙所示。电源的电压恒为24V，定值电阻R₀为10Ω，g=10N/g，求：

（1）在重物下落的过程中，从图乙中可以看出电路电流表的示数保持0.2A不变，则此过程中压力传感器的电阻是多少？

（2）在撞击过程中，该样品受到的最大撞击力是多少？

（3）图乙中x的值为多少？

Answer

(1) 110Ω；(2) 600N；(3) 0.3A。

【解析】

(1)由图可知，R压与R0串联，由图乙可知，当重物未下落时，电路的电流I=0.2A，电路总电阻为

此时传感器的电阻：

R压=R串-R0=120Ω-10Ω=110Ω；

(2)由图丙可知，撞击力最大时，电阻最小，电流最大，又由图乙可知，最大的电流为I大=1.2A，根据欧姆定律和串联电路电压规律可知，电源电压：

U=I大（R0+R），

此时压力传感器的电阻：

，

由图丙可知，样品受到的最大撞击力：F=600N；
(3)由图乙可知，x的值为20kg的物体静止时电流表的示数，质量为20kg重物的重力为：

G=mg=20kg×10N/kg=200N，

由图丙知，当样品受到的撞击力是200N时，压力传感器电阻为R传=70Ω，根据串联电阻的规律，总电阻

R总=R传+R0=70Ω+10Ω=80Ω，

此时电路中的电流即电流表的示数：

。

答：(1)重物未下落时，压力传感器的电阻是110Ω；
(2)在撞击过程中，样品受到的最大撞击力是600N；
(3)图乙中x的值为0.3A。