Question

6．為研究鋼球在液體中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力的大小，某物理興趣小組設(shè)計(jì)了如下探究實(shí)驗(yàn)：讓鋼球從距液面上方H處豎直落下進(jìn)入液體中運(yùn)動(dòng)，用閃光照相機(jī)方法拍攝鋼球在液體中不同時(shí)刻位置，如圖所示，已知鋼球在液體中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力F=kv，閃光照相機(jī)的閃光頻率為f，圖中刻度尺的最小分度為S，鋼球的質(zhì)量為m．忽略液體的浮動(dòng)影響，重力加速度為g．
（1）試定性描述進(jìn)入液體后鋼球的運(yùn)動(dòng)：先減速，最后勻速運(yùn)動(dòng)．
（2）由閃光照片及上述已知條件可求得阻力常數(shù)k的表達(dá)式為k=$\frac{mg}{2sf}$．
（3）試在圖中定性地畫出小球進(jìn)入液體后的v-t圖象．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)頻閃照片可明確物體的運(yùn)動(dòng)情況；
（2）根據(jù)勻速過程由共點(diǎn)力的平衡條件可求得比例系數(shù)k；
（3）根據(jù)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)可定性分析變化的圖象情況．

解答 解：（1）根據(jù)頻閃照片可知，物體應(yīng)先減速再勻速運(yùn)動(dòng)；
（2）由題中閃光照片示意圖可知：鋼球在液體中從某一高度下落最終可達(dá)勻速運(yùn)動(dòng)，
由平衡條件可得：
mg=F=kv
從閃光照片中知，鋼球勻速運(yùn)動(dòng)速度：
v=$\frac{2s}{T}$=2sf
聯(lián)立可得：
k=$\frac{mg}{2sf}$
（3）根據(jù)頻閃照片可知，物體進(jìn)入水后先減速然后再勻速運(yùn)動(dòng)，故圖象如圖所示；

故答案為：（1）物體先減速，最后勻速運(yùn)動(dòng)；（2）$\frac{mg}{2sf}$；（3）如圖所示．

點(diǎn)評(píng) 解答此題的關(guān)鍵是分析閃光照片后段鋼球受力平衡，并知道周期是頻率的倒數(shù)即可解決．