空中有一个50g的冰雹,它正好熔化完,从1000m的高空开始下降,它受到空气的阻力与速度的平方成正比,即f=kv2.试计算与推证下列问题:(1)当它达到地面时,重力所

发布时间:2020-08-12 09:21:31

空中有一个50g的冰雹,它正好熔化完,从1000m的高空开始下降,它受到空气的阻力与速度的平方成正比,即f=kv2.试计算与推证下列问题:
(1)当它达到地面时,重力所做的功.
(2)设重力功的50%转化为水的内能,则它到达地面时的温度是多少?
(3)该水滴运动的速度如何变化.
(4)推导它的最大速度为:.

网友回答

解:
(1)当它达到地面时,
重力所做的功W=Gh=mgh=50×10-3kg×9.8N/kg×1000m=490J.
答:当它达到地面时重力所做的功为490J.
(2)吸收的热量:
Q=cm△t=50%×W,
即4.2×103J/(kg?℃)×50×10-3kg×△t=50%×490J,
解得:△t≈1.17℃.
∵冰雹刚融化完时的温度为0℃,
∴它到达地面时的温度约为1.17℃.
答:它到达地面时的温度约为1.17℃.
(3)冰雹融化完下落时重力大于受到的阻力,根据力是改变物体运动状态的原因可知水滴做加速下落运动,
根据f=kv2可知下落过程中阻力增大,当阻力和重力相等时,物体的运动状态不再发生变化.
答:水滴先加速运动,后来阻力增大与重力相等时,开始匀速运动.
(4)当水滴匀速运动时,速度达到最大值,由二力平衡知:G=f=kv2,则.
解析分析:(1)已知冰雹的质量和下落的高度,根据W=Gh求出它达到地面时重力所做的功;
(2)冰雹融化完时的温度为0℃,根据题意可知吸收的热量,再根据Q=cm△t求出它到达地面时的温度;
(3)冰雹融化完下落时重力大于受到的阻力,根据力是改变物体运动状态的原因可知水滴做加速下落运动,下落过程中阻力增大,当阻力和重力相等时,物体的运动状态不再发生变化;
(4)物体匀速下落时受到的阻力和自身的重力相等,根据题意得出等式即可得出最大速度的表达式.

点评:本题考查了重力公式和做功公式、吸热公式、二力平衡条件和力与运动的关系,要注意冰雹刚熔化时的温度为0℃.
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