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    5．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之前的这段时间内，电阻R0两端的电压是多少？
    （2）玻璃受到最大撞击力的瞬间，压力传感器的电功率是多少？
    （3）玻璃样品受到的最大撞击力多大？
    （4）请通过计算说明该样品是否满足设计要求？

    分析 （1）由图乙求出电流，然后由欧姆定律求出电压．
    （2）由丙图可知压力传感器电阻与撞击力关系，由乙图得到最大撞击力的瞬间电路中电流，然后求出压力传感器电阻，根据P=I2R计算此时压力传感器的电功率；
    （3）已知最大撞击力时压力传感器电阻，由图丙可得到最大撞击力；
    （4）由压强公式求出压强，然后分析答题．

    解答 解：由图甲压力传感器与R0串联，电流表测电路中电流，
    （1）由图乙知，从重物开始下落到撞击玻璃样品之前压力传感器不受压力，即撞击前，Imin=0.2A，
    由I=$\frac{U}{R}$可得：
    电阻两端电压U0=IminR0=0.2 A×20Ω=4V；
    （2）由丙图可知压力传感器电阻随撞击力增大而减小，
    由图乙知，当样品受到最大撞击力时，电路中电阻最小，电流最大为：Imax=1.2A，
    此时电阻R0两端电压：U0′=ImaxR0=1.2A×20Ω=24V，
    此时压力传感器电阻阻值：RN=$\frac{U-{U}_{0}′}{{I}_{max}}$=$\frac{36V-24V}{1.2A}$=10Ω，
    所以此时压力传感器的电功率：P=Imax2RN=（1.2A）2×10Ω=14.4W；
    （3）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；
    （4）由题设计要求玻璃能承受的压强：
    P=$\frac{F}{S}$=$\frac{5×1{0}^{5}N}{1{m}^{2}}$=5×105Pa，
    样品受到的最大压强：
    Pmax=$\frac{{F}_{max}}{{S}_{0}}$=$\frac{600N}{1×1{0}^{-3}{m}^{2}}$=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之前的这段时间内，电阻R0两端的电压是4V；
    （2）玻璃受到最大撞击力的瞬间，压力传感器的电功率是14.4W；
    （3）玻璃样品受到的最大撞击力600N；
    （4）该样品满足设计要求．

    点评 本题考查了求电压．撞击力、电功率、判断样品是否符合要求，由图象求出电流是正确解题的前提与关键，还要能熟练应用串联电路特点、欧姆定律、电功率和压强公式．

    练习册系列答案
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