让液体在管道中流动,液体可以看作是由片液层组成的,各片液层之间存在着摩擦,产生液体内部的阻力,这就是液体的粘滞性.小王用长度相同的细管来研究液体的粘滞性,在温度相同的情况下,通过实验测得1s内通过细管的液体体积如下:
| 实验序号 | 液体种类 | 细管半径/mm | 细管两端压强差 | 通过细管的液体体积/mm3 |
| 1 | 水 | 1 | P | 100 |
| 2 | 油 | 1 | P | 2 |
| 3 | 水 | 2 | P | 1600 |
| 4 | 油 | 2 | P | 32 |
| 5 | 水 | 3 | P | 8100 |
| 6 | 水 | 1 | 2P | 200 |
| 7 | 水 | 1 | 3P | 300 |
(2)由于液体的粘滞性,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v运动时,所受的液体阻力可用公式f=6πηRv表示.一个密度为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,请推导出速度vr的数学表达式.
试题答案
解:
(1)设细管半径为amm,细管两端压强差为b,通过细管的液体体积为cmm3,则根据表中数据有以下规律:
对水来说:a4×b×100=c
对油来说:a4×b×2=c
因此可以得出油细管两端的压强差的关系式是b=,
将当细管半径是a=3mm,1s内通过细管的油的体积是c=40.5mm3,代入得b=.
(2)小球受到的重力:G=mg=ρVg=43πR3ρg;
小球所受浮力:F浮=ρ0Vg=43πR3ρ0g;
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:43πR3ρg=43πR3ρ0g+6πηRvr.
化简可得:vr=
故答案为:
(1),
(2).
试题解析
(1)根据表中数据,得出细管半径、压强差和通过细管液体体积的关系规律,进行相关计算.
(2)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:本题是一道阅读信息题,主要是通过文字叙述,从实际情景中挖掘出物理问题,注意类比法的运用和迁移能力的培养.
