如图所示,小明同学在“研究空气阻力和速度的关系”时,进行了如下实验:将1个小纸杯、4个、9个叠放在一起的相同小纸杯,由不同高度分别自由落下,当落进竖直墙壁的区域内(砖的厚度相同),用频闪摄影的方式记录小纸杯的位置(认为叠放一起纸杯的体积跟一个纸杯的体积相同).
(1)从图中可以看出,杯子在落到竖直墙壁的区域内作什么运动?简要说明理由.
(2)从图中可以看出,杯子在落到竖直墙壁的区域内受到的重力和和空气阻力是什么关系?哪一组杯子受到的空气阻力最大?
(3)分析此图,可以得出物体下落时所受空气阻力与运动速度的定性关系是什么?
网友回答
解:(1)由图可以看出,同一组实验:杯子在相等时间内下落的路程相等,所以杯子做匀速直线运动.
(2)杯子在下落过程中做匀速直线运动,处于平衡状态,又因为在下落过程中,杯子受竖直向下的重力G,空气对杯子竖直向上的阻力f,所以重力与空气阻力相等,G=f.因为第三组有9个杯子,杯子所受重力最大,阻力等于重力,所以第三组杯子所受空气阻力最大.??????????????????????????????
(3)由图可以看出:在三组实验中,在相等时间t内,三组杯子的路程关系是:S1<S2<S3,因为速度V=,所以V1<V2<V3.
由题意知:三组实验中,杯子所受的重力G1<G2<G3,又因为空气阻力f=G,所以三组实验中:f1<f2<f3.
由以上分析知:V1<V2<V3,f1<f2<f3,所以物体下落时所受空气阻力与运动速度的定性关系是:物体速度越大空气阻力越大.
答:(1)杯子在落到竖直墙壁的区域内做匀速直线运动,判断的理由是:杯子在相等时间内的路程相等.
(2)杯子在落到竖直墙壁的区域内所受的空气阻力等于重力.第三组受到的空气阻力最大.
(3)物体下落时所受空气阻力与运动速度的定性关系是:物体速度越大空气阻力越大.
解析分析:(1)频闪照相的时间间隔是相等的,由图中各组实验,求出每两个相邻照片的距离,可判断纸杯的运动状态.
(2)对纸杯受力分析,结合纸杯的运动状态,可确定重力与阻力的关系.
(3)比较三个实验中,杯子速度与阻力的关系,可确定物体下落速度与空气阻力的关系.
点评:本题考查了学生的观察能力与分析能力,对能力要求较强,是一道难题,解题时应细心观察图片,认真分析实验现象.