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某玻璃厂要研发一款新型玻璃,要求每平方米能承受5×105N的撞击力.测试时,取一小块玻璃样品(质量可不计),平放在如图甲所示电路中的压力传感器上,闭合开关S,释放重物,经撞击
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某玻璃厂要研发一款新型玻璃,要求每平方米能承受5×105N的撞击力.测试时,取一小块玻璃样品(质量可不计),平放在如图甲所示电路中的压力传感器上,闭合开关S,释放重物,经撞击后玻璃仍完好无损,电流表的示数随时间变化的图象如图乙所示(不考虑t0时刻之后的情况).已知压力传感器的阻值RN随压力F变化的图象如图丙所示,玻璃受到的最大撞击力时与重物的接触面积S0=1×10-3m2,电源电压U=36V,定值电阻R0=20Ω.则
(1)从重物开始下落到撞击玻璃样品前的100s内,电流通过压力传感器所做的功是多少?
(2)玻璃样品受到的最大撞击力多大?
(3)请通过计算说明该样品是否满足设计要求?
(1)从重物开始下落到撞击玻璃样品前的100s内,电流通过压力传感器所做的功是多少?
(2)玻璃样品受到的最大撞击力多大?
(3)请通过计算说明该样品是否满足设计要求?
▼优质解答
答案和解析
(1)由图乙知,撞击前,Imin=0.2A,
由I=
可得定值电阻两端电压:
U0=IminR0=0.2A×20Ω=4V,
压力传感器两端的电压:
UN=U-U0=36V-4V=32V,
电流通过压力传感器100s所做的功:
WN=UNImint=32V×0.2A×100s=640J;
(2)由图乙知,当样品受到最大撞击力时,Imax=1.2A,
此时电阻两端电压:U0′=ImaxR0=1.2A×20Ω=24V,
此时压力传感器电阻阻值:RN=
=
=10Ω,
由图丙知,RN=10Ω时,压力传感器受到的最大撞击力为600N,
即样品受到的最大撞击力:Fmax=600N;
(3)设计要求玻璃能承受的压强:
p=
=
=5×105Pa,
样品受到的最大压强:
pmax=
=
=6×105Pa,
因为Pmax>P,故样品满足设计要求.
答:(1)从重物开始下落到撞击玻璃样品前的100s内,电流通过压力传感器所做的功是为640J;
(2)玻璃样品受到的最大撞击力600N;
(3)该样品满足设计要求.
(1)由图乙知,撞击前,Imin=0.2A,
由I=
U |
R |
U0=IminR0=0.2A×20Ω=4V,
压力传感器两端的电压:
UN=U-U0=36V-4V=32V,
电流通过压力传感器100s所做的功:
WN=UNImint=32V×0.2A×100s=640J;
(2)由图乙知,当样品受到最大撞击力时,Imax=1.2A,
此时电阻两端电压:U0′=ImaxR0=1.2A×20Ω=24V,
此时压力传感器电阻阻值:RN=
U-U0′ |
Imax |
36V-24V |
1.2A |
由图丙知,RN=10Ω时,压力传感器受到的最大撞击力为600N,
即样品受到的最大撞击力:Fmax=600N;
(3)设计要求玻璃能承受的压强:
p=
F |
S |
5×105N |
1m2 |
样品受到的最大压强:
pmax=
Fmax |
S0 |
600N |
1×10-3m2 |
因为Pmax>P,故样品满足设计要求.
答:(1)从重物开始下落到撞击玻璃样品前的100s内,电流通过压力传感器所做的功是为640J;
(2)玻璃样品受到的最大撞击力600N;
(3)该样品满足设计要求.
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