演绎式探究:
由于流体的粘滞性,使得在流体中运动的物体要受到流体阻力f.在一般情况下,半径为R的小球以速度v运动时,若用η表示流体的粘滞系数,则所受的流体阻力可用公式 f=6πηRv表示.
(1)小球在流体中运动时,速度越大,受到的阻力________.
(2)密度为ρ、体积为V0的小球在密度为ρ0、粘滞系数为η的液体中由静止自由下落时的v-t图象如图所示.小宇查找相关的资料书,获知球的体积V与半径R之间的数学关系为V=,请推导出速度vT的数学表达式:vT=________.
解:
(1)由公式f=6πηRv可以看出,小球所受流体的阻力f与小球的速度v成正比例关系,所以,小球速度越大,所受阻力越大.
(2)小球在流体中下落时受重力、浮力和阻力的作用.
小球受到的重力:G=mg=ρVg=πR3ρg;
小球所受浮力:F浮=ρ0Vg=πR3ρ0g;
小球所受流体阻力:f=6πηRv.
由图象可知,当小球速度达到vr时便匀速下落,处于平衡状态,此时小球所受合力为零,则G=F浮+f.
即:πR3ρg=πR3ρ0g+6πηRvr.
化简可得:vr=.
故答案为:(1)越大;(2).
(1)根据公式f=6πηRv,来分析阻力f与速度v的关系.
(2)对小球进行受力分析,它在流体中下落受到重力、浮力和阻力的作用.由图形分析可知,当小球速度达到vr时便匀速下落,处于平衡状态,G=F浮+f.将数据代入公式化简即可.
点评:本题实际上是一道大型的计算题,并且计算公式是课本上没有接触到的,题目的难度较大,它考查了学生的自学能力以及对新知识的整合能力、计算能力等各方面的能力.
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