Question

如圖所示，小明同學(xué)在“研究空氣阻力和速度的關(guān)系”時，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：將1個小紙杯、4個、9個疊放在一起的相同小紙杯，由不同高度分別自由落下，當(dāng)落進(jìn)豎直墻壁的區(qū)域內(nèi)（磚的厚度相同），用頻閃攝影的方式記錄小紙杯的位置（認(rèn)為疊放一起紙杯的體積跟一個紙杯的體積相同）．
（1）從圖中可以看出，杯子在落到豎直墻壁的區(qū)域內(nèi)作什么運(yùn)動？簡要說明理由．
（2）從圖中可以看出，杯子在落到豎直墻壁的區(qū)域內(nèi)受到的重力和和空氣阻力是什么關(guān)系？哪一組杯子受到的空氣阻力最大？
（3）分析此圖，可以得出物體下落時所受空氣阻力與運(yùn)動速度的定性關(guān)系是什么？

Answer 1

解：（1）由圖可以看出，同一組實(shí)驗(yàn)：杯子在相等時間內(nèi)下落的路程相等，所以杯子做勻速直線運(yùn)動．
（2）杯子在下落過程中做勻速直線運(yùn)動，處于平衡狀態(tài)，又因?yàn)樵谙侣溥^程中，杯子受豎直向下的重力G，空氣對杯子豎直向上的阻力f，所以重力與空氣阻力相等，G=f．因?yàn)榈谌�組有9個杯子，杯子所受重力最大，阻力等于重力，所以第三組杯子所受空氣阻力最大．
（3）由圖可以看出：在三組實(shí)驗(yàn)中，在相等時間t內(nèi)，三組杯子的路程關(guān)系是：S₁＜S₂＜S₃，因?yàn)樗俣萔=，所以V₁＜V₂＜V₃．
由題意知：三組實(shí)驗(yàn)中，杯子所受的重力G₁＜G₂＜G₃，又因?yàn)榭諝庾枇�f=G，所以三組實(shí)驗(yàn)中：f₁＜f₂＜f₃．
由以上分析知：V₁＜V₂＜V₃，f₁＜f₂＜f₃，所以物體下落時所受空氣阻力與運(yùn)動速度的定性關(guān)系是：物體速度越大空氣阻力越大．
答：（1）杯子在落到豎直墻壁的區(qū)域內(nèi)做勻速直線運(yùn)動，判斷的理由是：杯子在相等時間內(nèi)的路程相等．
（2）杯子在落到豎直墻壁的區(qū)域內(nèi)所受的空氣阻力等于重力．第三組受到的空氣阻力最大．
（3）物體下落時所受空氣阻力與運(yùn)動速度的定性關(guān)系是：物體速度越大空氣阻力越大．
分析：（1）頻閃照相的時間間隔是相等的，由圖中各組實(shí)驗(yàn)，求出每兩個相鄰照片的距離，可判斷紙杯的運(yùn)動狀態(tài)．
（2）對紙杯受力分析，結(jié)合紙杯的運(yùn)動狀態(tài)，可確定重力與阻力的關(guān)系．
（3）比較三個實(shí)驗(yàn)中，杯子速度與阻力的關(guān)系，可確定物體下落速度與空氣阻力的關(guān)系．
點(diǎn)評：本題考查了學(xué)生的觀察能力與分析能力，對能力要求較強(qiáng)，是一道難題，解題時應(yīng)細(xì)心觀察圖片，認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．