题目:

(2008·惠山区模拟)从高空下落的小球,速度越来越大,所受空气阻力也会随速度的增大而增大,某一小球下落一段距离后的运动情况如下频闪摄影照片所示,通常把这一过程中的速度称为收尾速度.求:
(1)从图中可以看出该小球收尾时做什么运动?简要说明理由.
(2)其他小球和该小球收尾时的运动规律一样,则小球在收尾时受到哪几个力的作用?所受的各个力之间有什么关系?
(3)继续研究发现,相同环境条件下,空气对不同材质的球形物体的阻力大小与球的半径和速度都有关系.下表为某次研究的实验数据,根据表格中的数据,求出球形物体所受的空气阻力f与球的半径r的定量关系. (用文字表述)
小球编号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
小球质量(×10-2kg) |
2 |
5 |
45 |
40 |
小球半径(×10-3m) |
0.5 |
0.5 |
1.5 |
2 |
小球的收尾速度m/s |
16 |
40 |
40 |
20 |
答案
解:(1)由题意知,照片上每两点间的时间相同,由图示小球的频闪照片可看出,两点间距保持不变,即小球在相等时间内的路程相等,则小球做匀速直线运动.
(2)小球达到收尾速度时,做匀速直线运动,处于平衡状态,小球的重力与所受阻力是一对平衡力,由平衡条件可得:
f=G,.
(3)由表中实验数据可知,编号为2、3的小球收尾速度相同而小球半径不同,分析编号为2、3的实验数据可以得出:球形物体所受的空气阻力f与球的半径r的关系;由编号为2、3的实验数据可知,小球受的空气阻力与小球半径的平方之比:
===2×106N/m
2;
==0.45kg×10N/kg |
(1.5×10-3m)2 |
=2×106N/m
2由此可知:
=;由2、3实验数据可知,当小球的速度不变时,空气阻力f与r的平方成正比
故答案为:(1)匀速直线运动; 小球在相同的时间内通过的路程相同;
(2)重力和空气阻力; 平衡力;
(3)f与r
2成正比.
解:(1)由题意知,照片上每两点间的时间相同,由图示小球的频闪照片可看出,两点间距保持不变,即小球在相等时间内的路程相等,则小球做匀速直线运动.
(2)小球达到收尾速度时,做匀速直线运动,处于平衡状态,小球的重力与所受阻力是一对平衡力,由平衡条件可得:
f=G,.
(3)由表中实验数据可知,编号为2、3的小球收尾速度相同而小球半径不同,分析编号为2、3的实验数据可以得出:球形物体所受的空气阻力f与球的半径r的关系;由编号为2、3的实验数据可知,小球受的空气阻力与小球半径的平方之比:
===2×106N/m
2;
==0.45kg×10N/kg |
(1.5×10-3m)2 |
=2×106N/m
2由此可知:
=;由2、3实验数据可知,当小球的速度不变时,空气阻力f与r的平方成正比
故答案为:(1)匀速直线运动; 小球在相同的时间内通过的路程相同;
(2)重力和空气阻力; 平衡力;
(3)f与r
2成正比.