Question

在《球形物体空气阻力大小与速率关系的研究》中以气球为实验对象，并保持同一气球的体积不变，探究球形物体在空气中运动时空气阻力的大小跟速率的定量关系。

如果气球下落时的空气阻力恰好等于重力，气球将做匀速运动。根据这个道理，可以测量气球所受空气阻力的大小。气球的速率可以用数码相机测量。在气球下落轨迹旁边固定一把刻度尺，用数码相机拍摄气球运动的视频，得到分帧照片，根据相邻照片气球的位置间隔可以判断气球是否在做匀速运动，由分帧照片的周期和气球位置在刻度尺上的具体读数就可以计算气球的速率，如图研-1，在气球的气嘴上绑定一根硬铁丝，下面悬吊一个重物，使气球下落时能大致保持竖直方向，以保证能用刻度尺测量到重物的位置。测出气球连同铁丝和重物所受的总重力G。之后，请一名同学在刻度尺的上方释放气球，另一名同学用数码相机在刻度尺前拍摄气球下落的视频，并得到分帧照片。在确认相邻两帧照片之间重物下落的距离基本相等的情况下，读出某帧照片上重物位置在刻度尺上的读数为l₀（图研-1甲），再经过n帧照片后的读数为l_n（图研-1乙），则可以得到相邻两帧照片之间重物下落位移的平均值为l＝ ___________。

把上述实验中气球和重物所受的总重力G和相邻两帧照片之间重物下落的位移l作为实验的第1组数据填在表格中。改变重物的质量，仍然用原气球重复实验，得到各组不同的G和l的数据，填在同一表格中。以气球所受空气阻力F_f为纵坐标轴，以气球匀速运动的速率v为横坐标,设相邻两帧照片时间间隔为T(单位为秒）请用描点法在F_f-v坐标系中描绘出F_f和v函数图像___________，认真观察分析图像，由此得出气球在空气中运动时所受空气阻力大小跟它运动的速率存在怎么样关系？______________________。

Answer

l ＝ 成正比

【解析】

(1)[1]重物下落的距离为

相邻两帧照片之间重物下落位移的平均值为

(2)[2]当气球匀速运动时有

匀速的速度为

所以重物的重力与相邻两两帧下落的距离的关系，即为Ff和v函数图像，如图

(3)[3]由图可知，气球在空气中运动时所受空气阻力大小跟它运动的速率成正比。