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

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

（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=(U)/(R) 可得，电路中的总电阻：
R_总=(U)/(I)=(12V)/(0.1A)=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′=(U)/(I′)=(12V)/(0.6A)=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″=(U)/(I2)=(12V)/(0.15A)=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．
答：（1）在重物下落的过程中，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）该重物的重力为200N．