Question

1．由于流體的粘滯性，使得在流體中運(yùn)動(dòng)的物體要受到流體阻力，在一般情況下，半徑為R的小球以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受的流體阻力可用公式f=4πg(shù)ηRv表示．
（1）小球在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度越大，受到的阻力越大．
（2）密度為ρ、半徑為R的小球在密度為ρ₀、粘滯系數(shù)為η的液體中（足夠深）由靜止自由下落時(shí)的v-t圖象如圖所示，請(qǐng)推導(dǎo)出速度v_r的數(shù)學(xué)表達(dá)式：v_r=$\frac{（ρ-{ρ}_{0}）{R}^{2}}{3η}$．（球的體積公式V=$\frac{4}{3}$πR³）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)公式f=4πg(shù)ηRv分析阻力f與速度v的關(guān)系；
（2）對(duì)小球進(jìn)行受力分析，它在流體中下落受到重力、浮力和阻力的作用．由圖形分析可知，當(dāng)小球速度達(dá)到v_r時(shí)便勻速下落，處于平衡狀態(tài)，G=F_浮+f．將數(shù)據(jù)代入公式化簡(jiǎn)即可．

解答 解：
（1）由公式f=4πg(shù)ηRv可以看出，小球所受流體的阻力f與小球的速度v成正比例關(guān)系，所以，小球速度越大，所受阻力越大．
（2）小球在流體中下落時(shí)受重力、浮力和阻力的作用．
小球受到的重力：G=mg=ρVg=$\frac{4}{3}$πR³ρg，
小球所受浮力：F_浮=ρ₀Vg=$\frac{4}{3}$πR³ρ₀g，
小球所受流體阻力：f=4πg(shù)ηRv，
由圖象可知，當(dāng)小球速度達(dá)到v_r時(shí)便勻速下落，處于平衡狀態(tài)，此時(shí)小球所受合力為零，則G=F_浮+f．
即：$\frac{4}{3}$πR³ρg=$\frac{4}{3}$πR³ρ₀g+4πg(shù)ηRv_r，
化簡(jiǎn)可得：v_r=$\frac{（ρ-{ρ}_{0}）{R}^{2}}{3η}$．
故答案為：（1）越大；（2）$\frac{（ρ-{ρ}_{0}）{R}^{2}}{3η}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了重力公式、密度公式、阿基米德原理、力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系等知識(shí)的應(yīng)用，從題干中獲取信息并能解決問題是關(guān)鍵．