Question

将一个质量为1kg的皮球竖直向上抛出，它先减速上升，然后加速下降．求：（g=10N/kg）
（1）皮球受重力是多少？
（2）若皮球上升、下降受空气阻力大小恒为2N，则皮球上升、下降时受的合力分别是多少？（不计空气浮力）
（3）若皮球下降受空气阻力要随着速度增大而增大，那么请你推测：在下降空间足够大的情况下，皮球在落地前最终处于什么运动状态？受到的合力是多少？

Answer 1

解：（1）根据G=mg得：
皮球重力为G=mg=1kg×10N/kg=10N；
（2）当皮球上升时，受力情况如图1．
∵阻力与重力的方向都竖直向下．
∴F_合=G+f_阻=10N+2N=12N；合力方向是竖直向下的．
当皮球下降时，受力情况如图2．
∵受到竖直向下的重力和竖直向上的阻力，皮球受到这两个力的方向相反．
∴合力F_合′=G-f_阻=10N-2N=8N．合力方向也是竖直向下的．
（3）因为皮球下降时重力大于阻力，皮球受非平衡力的作用，所以皮球下降速度会增大；若皮球下降受空气阻力要随着速度增大而增大，则当阻力增大到于重力相等时，皮球就会受平衡力作用，于是皮球处于匀速直线运动状态，受到的合力为零．
答：（1）皮球受重力是10N．
（2）若皮球上升、下降受空气阻力大小恒为2N，则皮球上升、下降时受的合力分别是12N、8N．
（3）若皮球下降受空气阻力要随着速度增大而增大，皮球在落地前最终处于匀速直线运动状态，受到的合力为零．
分析：根据同一直线上力的合成方法解题：
（1）已知皮球的质量为1kg，根据G=mg即可求重力；
（2）两力在同一直线上方向相同时，合力的大小等于两分力的大小之和，方向与分力方向相同；两力在同一直线上，方向相反时，合力大小等于两力大小之差，方向与较大的力的方向相同；
（3）知道物体运动状态的改变是物体受非平衡力作用的结果，若物体受平衡力的作用则运动状态保持不变．
点评：本题考查了同一直线上力的合成，是一道基础题；解题的关键是判断出皮球运动时受到的阻力方向．