6.(05年苏州)当物体从高空下落时,所受阻力会随物体的速度增大而增大,因此经过下落一段距离后将匀速下落,这个速度称为此物体下落的收尾速度。研究发现,在相同环境条件下,球形物体的收尾速度仅与球的半径和质量有关.下表是某次研究的实验数据
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小球编号 |
A |
B |
C |
D |
E |
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小球的半径(×10-3m) |
0.5 |
0.5 |
1.5 |
2 |
2.5 |
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小球的质量(×10-6kg) |
2 |
5 |
45 |
40 |
100 |
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小球的收尾速度(m/s) |
16 |
40 |
40 |
20 |
32 |
(1)根据表中的数据,求出B球与C球在达到终极速度时所受阻力之比.
(2)根据表中的数据,归纳出球型物体所受阻力f与球的速度大小及球的半径的关系(写出有关表达式、并求出比例系数).
(3)现将C号和D号小球用轻质细线连接,若它们在下落时所受阻力与单独下落时的规律相同.让它们同时从足够高的同一高度下落,试求出它们的收尾速度;并判断它们落地的顺序(不需要写出判断理由).
答案:(1) 球在达到终极速度时为平衡状态,有f =mg
则 fB:fC =mB :mC 带入数据得 fB:fC=1:9
(2)由表中A、B球的有关数据可得,阻力与速度成正比;即
由表中B、C球有关数据可得,阻力与球的半径的平方成正比,即
得
k=4.9Ns/m3 (或k=5Ns/m3)
(3)将C号和D号小球用细线连接后,其收尾速度应满足 mCg+mDg=fC +fD
即 mCg+mDg=kv(rC2+rD2) 代入数据得 v=27.2m/s
比较C号和D号小球的质量和半径,可判断C球先落地.