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,在一般情况下,半径为R的小球以速度为v运动时,所受的流体阻力的大小可用公式f=6πηRv表示(η为流体的粘滞系数,已知球的体积公式是V=4πR3/3).
(1)小球在流体中运动时,速度越大,受到的阻力________;
(2)密度为ρ、半径为R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,根据你所学过的相关知识判断:此时的小球受到________个力的作用;
(3)根据以上分析请推导出速度vr的数学表达式:vr=________.
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.
(3)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.
(3)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:此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.
物理学习经验分享:整体法,把研究的几个相关联的对象作为一个整体考虑,可化简为易。