某研究性学习小组,为了探索航天器球形返回舱穿过大气层时所受空气阻力(风力)的影响因素,进行了模拟实验研究.如图为测定风力的实验装置图,其中CD是一段水平放置的长为L的光
◎ 题目
某研究性学习小组,为了探索航天器球形返回舱穿过大气层时所受空气阻力(风力)的影响因素,进行了模拟实验研究.如图为测定风力的实验装置图,其中CD是一段水平放置的长为L的光滑均匀电阻丝,电阻丝电阻较大;一质量和电阻都不计的细长细长裸金属丝一端固定于O点,另一端悬挂球P,无风时细金属丝竖直,恰与电阻丝在C点接触,OC=H;有风时金属丝将偏离竖直方向,与电阻丝相交于某一点(如图中虚线所示).细金属丝与电阻丝始终保持良好的导电接触. (1)已知电源的电动势为E,内阻不计,理想电压表两接线柱分别与O点和C点相连,球P的质量为m,重力加速度为g,由此可以推得风力大小F与电压表示数的关系式为F=______. (2)研究小组的同学猜想:风力大小F可能与风速大小v和球半径r这两个因素有关,于是他们进行了如下的实验: 实验一:使用同一球,改变风速,记录了在不同风速下电压表的示数. 表一 球半径r=0.50cm
实验二:保持风速一定,换用同种材料、不同半径的实心球,记录了在球半径不同情况下电压表的示数. 表二 风速v=10m/s
(3)根据上述实验结果可知风力的大小F与风速大小v、球半径r的关系式为______. |
◎ 答案
(1)以小球为研究对象,对小球进行受力分析,设小球受到风力为F是细金属丝与竖直方向的夹角为θ,由平衡条件可知其风力 F=mgtanθ ① 设细金属丝与电阻丝相交点与C点之间的长度Htanθ,电阻为R′=
由串联电路的分压规律可知电压表示数 U=
①②两式联立解得 F=
(2)由表一中的测量数据可以看出,在球半径一定的情况下,风力大小与风速成正比,即F与v成正比. 由表二中的测量数据可知:在风速一定的情况下,球半径增大到原来的二倍,电压表示数减小为原来的
由③式和球体积公式、密度公式可得 F=
综合考虑可得在风速一定的情况下,风力大小与球半径的关系是:F与r成正比. (3)根据上述两次实验结果可以得出,风力大小与风速成正比,与球半径成正比,风力的大小F与风速大小v、球半径r的关系式可以写为F=kvr,式中k为常数. 故答案为: (1)F=
(2)风力大小与风速成正比 (3)F=kvr,式中k为常数. |
◎ 解析
“略”◎ 知识点
专家分析,试题“某研究性学习小组,为了探索航天器球形返回舱穿过大气层时所受空气阻力(风力)的影响因素,进行了模拟实验研究.如图为测定风力的实验装置图,其中CD是一段水平放置的长为L的光…”主要考查了你对 【牛顿第二定律】,【闭合电路欧姆定律】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。- 最新内容
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