(1)如图1所示,工厂师傅给一立方体工件A外表浸油,B为与工件固定相连的轻质硬杆,工件底面与油面的距离为h,在硬杆上施加的力为F,F与h的大小关系如图2所示。聪明的小明根据图像算出了油的密度为 。
(2)好奇的小明把一个相同的工件拿到一个透明大水桶的水面上,放手后发现工件在水中下沉,下沉到一定深度开始匀速。经查阅资料得知:当物体从液体中下沉时,液体阻力会随速度增大而增大,因此物体下沉一段距离后将匀速下落,物体匀速下落时的速度称为终极速度。在探究小组成员和老师的协助下,小明对球形物体的下沉运动做了记录,发现,在相同环境条件下,球形物体的终极速度仅与球的半径和质量有关,整理的实验数据如下:
小球编号 | A | B | C | D | E |
小球的半径(×10﹣2m) | 0.2 | 0.2 | 0.6 | 0.8 | 0.2 |
小球的质量(×10﹣6kg) | 2 | 6 | 54 | 96 | 12 |
小球的终极速度(m/s) | 2 | 6 | 6 | 6 | 12 |
请你对表中数据认真分析,回答下列问题:
①A球与C球在达到终极速度时所受的空气阻力之比为 ;
②球型物体所受的空气阻力f与球的速度的关系为 ;
③球型物体所受的空气阻力f与球的半径的关系为 。
答案:
(1)3.2×103kg/m3;
(2)
①1:27;
②当小球的半径相同时,球型物体所受空气阻力f与球的速度成正比;
③当小球的终极速度相同时,球型物体所受空气阻力f与球的半径的平方成正比。
解析:
(1)工件底面与油面的距离为h,由图2可知,h的最大值为5cm,所以立方体的边长为5cm;
当h=0cm时,由图2可知,F=2.4N,方向竖直向上,此时F=GA,所以
GA=2.4N
当F=0N时,由图2可知,h=3cm=0.03m,此时物体处于漂浮状态;
根据物体的漂浮条件可知:F浮=GA,即
ρ液gV排=GA;
变形得:
ρ液g a2h=GA
代入数据得:
ρ液×10N/kg×(0.05m)2=2.4N;
解得:
ρ液=3.2×103kg/m3;
(2)
①当球型物体达到终极速度后将匀速运动,根据二力平衡的条件可知,此时球型物体所受的空气阻力的大小与物体自身的重力大小相等,
所以
fA=GA=mAg=2×10﹣6kg×10N/kg=2×10﹣5N
fB=GB=mBg=54×10﹣6kg×10N/kg=54×10﹣5N
;
②③:由表格信息可知,球型物体所受的空气阻力f与球的速度、球的半径均有关,
分析小球A、B、E可知:当小球半径相同时,球型物体所受空气阻力f与球的速度成正比;
分析小球B、C、D可知:当小球的终极速度相同时,球型物体所受空气阻力f与球的半径的平方成正比。
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