(2009?北塘區(qū)二模)物體只在重力作用下由靜止開始下落的運動,叫做自由落體運動.這種運動在真空中才能發(fā)生,在有空氣的空間,當空氣阻力很小可以忽略時,物體的下落可以近似地看作自由落體運動.為了探究自由落體運動快慢與哪些因素有關(guān),小南長和小北塘作了如下猜想:
猜想一:物體自由落體運動的快慢與物體的材料有關(guān);
猜想二:物體自由落體運動的快慢與物體的質(zhì)量有關(guān).
為了驗證猜想,他們分別將三個金屬球在20m高處由靜止釋放,測得金屬球落地時間如下表:
實驗序號 材料 質(zhì)量/㎏ 下落時間/s
1 鐵球 0.2 2.05
2 鐵球 0.4 2.05
3 鉛球 0.4 2.05
(1)他們選用金屬球而不選用棉花球或紙團進行實驗,這樣做的目的是
C
C

A.便于實驗操作            B.便于實驗觀察
C.相對空氣阻力較小,使運動更接近自由落體運動,實驗更具科學性
(2)他們分析比較表中的數(shù)據(jù),得出的結(jié)論是
物體自由落體運動的快慢與物體的材料和質(zhì)量無關(guān)
物體自由落體運動的快慢與物體的材料和質(zhì)量無關(guān)

(3)當空氣阻力不能忽略時情況又怎么樣呢?小南長和小北塘同學通過查閱資料知道:從高空下落的物體,速度越來越大,所受空氣阻力也會隨速度的增大而增大,因此物體下落一段距離后將以某一速度做勻速運動,通常把這個速度稱為收尾速度.研究發(fā)現(xiàn),相同環(huán)境條件下,空氣對相同材質(zhì)的球形物體的阻力大小與球的半徑和速度都有關(guān)系.下表為某次研究的實驗數(shù)據(jù),根據(jù)表格中的數(shù)據(jù),你會發(fā)現(xiàn)標號為2、3的小球在達到收尾速度時所受的空氣阻力之比為
1:9
1:9
,進一步分析可知半徑相等的情況下球形物體所受的空氣阻力f與收尾速度成
正比
正比

小球編號 1 2 3 4
小球質(zhì)量(×10-2kg) 2 5 45 40
小球半徑(×10-3m) 0.5 0.5 1.5 2
小球的收尾速度m/s 16 40 40 20
(4)綜合以上信息請判斷,宇航員在月球上將標號為2、3的小球在同一地點、同一高度同時釋放,它們將
A
A

A.同時落地   B.編號為2號的小球先落地   C.編號為3號的小球先落地.
分析:(1)物體自由落體運動的前提是物體不受空氣阻力,因此做實驗時,要盡量減小物體受到的空氣阻力,由此入手可以確定選取鐵球?qū)嶒灥脑颍?BR>(2)由表中數(shù)據(jù)可以看出,材料不同質(zhì)量不同的小球從相同高度開始做自由落體運動的時間相同,這說明物體自由落體運動的快慢與物體的材料和質(zhì)量無關(guān).
(3)物體達到收尾速度時做勻速直線運動,對物體受力分析,求出空氣之比,進一步求出空氣阻力;在小球半徑相同的情況下,求出空氣阻力與收尾速度之比,得出規(guī)律.
(4)根據(jù)(2)的結(jié)論,分析各選項作出選擇.
解答:解:(1)自由落體的條件就是盡可能的減小物體受到的空氣阻力,鐵球相對于棉球,受到的空氣阻力更小,運動更接近自由落體運動.故選C.
(2)分析比較表中的數(shù)據(jù),得出的結(jié)論是:物體自由落體運動的快慢與物體的材料和質(zhì)量無關(guān).
(3)小球受豎直向下的重力G、豎直向上的空氣阻力f,當小球達到收尾速度時,小球做勻速直線運動,
處于平衡狀態(tài),由平衡條件得:f=G=mg,標號為2、3的小球在達到收尾速度時所受的空氣阻力之比為
f2
f3
=
m2g
m3g
=
m2
m3
=
5×10-2kg
45×10-2kg
=
1
9
;
1號與2號小球半徑相同,它們的收尾速度之比為
v1
v2
=
16
40
=
2
5
,
空氣阻力之比為
f 
f1
=
m1g
m2g
=
m1
m2
=
2×10-2kg
5×10-2kg
=
2
5
,所以球形物體所受的空氣阻力f與收尾速度成正比.
(4)由(2)知:物體自由落體運動的快慢與物體的材料和質(zhì)量無關(guān),所以宇航員在月球上將標號為2、3的小球在同一地點、同一高度同時釋放,它們將同時落地,故選A.
故答案為:(1)C;(2)物體自由落體運動的快慢與物體的材料和質(zhì)量無關(guān);
(3)1:9;正比;(4)A.
點評:本題考查的內(nèi)容雖然是高中物理的知識,但本題考查的方法卻是初中物理經(jīng)常用到的方法-控制變量法.所以對于不是初中物理知識的實驗題,我們也可以采用控制變量法去完成它,也就是說我們學習物理更重要的是要掌握方法,當我們遇到新的問題時,也可以自己設(shè)計實驗去解決它,不能只停留在我學過的、我會的實驗題上.
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