从高处下落的物体,速度越来越大,所受空气阻力也会随速度的增大而增大,因此物体下落一段距离后,将以某一速度做匀速直线运动,常把这个速度称为收尾速度。研究发现,相同环境条件下,空气对相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。如表为某次研究的实验数据:
小球编号 | 1 | 2 | 3 | 4 |
小球质量(10﹣2kg) | 2 | 5 | 45 | 40 |
小球半径(10﹣3m) | O.5 | 0.5 | 1.5 | 2 |
小球的收尾速度(m/s) | 16 | 40 | 40 | 20 |
(1)根据表格中的数据,编号为2、3的小球在达到收尾速度时所受的空气阻力之比是 。
(2)分析编号为 小球的数据,可得球形物体所受的空气阻力f与球的收尾速度v成正比。
(3)分析相关小球的数据,可知球形物体所受空气阻力f与球的半径r的关系为 。
答案:
(1)1:9;
(2)1、2;
(3)f与r2成正比。
解析:
(1)当收尾速度相同时,小球做匀速运动,重力等于阻力,所以编号为2、3的小球在达到收尾速度时所受的空气阻力之比等于他们的重力之比。
(2)要求物体所受的空气阻力f与球的收尾速度v的关系先保证小球的半径相同,从表中可以看出,编号为1、2两个小球的数据分析,在半径r相同的情况下,收尾速度之比已知,再求出阻力之比,阻力之比等于重力之比,从而得出结论。
(3)要求球形物体所受的空气阻力f与球的半径r的关系先保证收尾速度相同,从表中可以看出,编号为2、3两个小球的数据分析,在收尾速度v相同的情况下,半径之比已知,再求出阻力之比,进行比较即可得出结论。
具体:
(1)编号为2、3的小球在达到收尾速度时所受的空气阻力之比f2:f3=m2g:m3g=1:9。
(2)由编号为1、2两个小球的数据分析,在半径r相同的情况下,
收尾速度之比v1:v2=2:5,空气阻力之比f1:f2=m1g:m2g=2:5,
得出结论:f与v成正比。
(3)由编号为2、3两个小球的数据分析,在收尾速度v相同的情况下,
半径之比r2:r3=1:3,空气阻力之比f2:f3=m2g:m3g=1:9
得出结论:f与r2成正比。
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