收尾速度的实验探究

《收尾速度的实验探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、收尾速度的实验探究叶鹏松陈钢（苏州工业园区星海学校，苏州215021;苏州大学物理科学与技术学院，苏州215006）1问题的提出若静止从空中释放一个物体，那么在释放瞬间，它只受重力作用,山于受力不平衡,它将加速向下运动;随着下落速度的不断增人，落体所受的空气阻力也会随Z变人,但只要空气阻力仍小于重力，物体仍将继续加速下落;当空气阻力增大到与物体重力相等吋，落体的速度达到最大,并做匀速运动，这个速度就叫做落体的收尾速度.在分析跳伞运动员在空中的运动情况时，笔者提到了收尾速度的概念，这引起了一些学生的兴趣.课后他们向笔者询问冇哪些因素会影响到落体的收尾速度?于是笔

2、者分别给他们演示了等质量的纸片和纸团的下落实验及等大的乒乓球和金属球的下落实验，通过对比、观察和讨论，他们猜想:若不考虑落体周围空气的变化因素,落体的收尾速度可能与落体口身质量以及落体在下落方向上的有效横截面积有关.同时他们还表示出了很想具体探究一下的兴趣.于是笔者参照奥克兰HOWICKCOLLEGE的一份实验资料，结合学校开展的研究性学习活动，设计了一个纸锥下落的模拟实验，引导学牛对上述问题进行科学探究.2实验探究为了控制变量，实验主要包括两部分:一是探究当落休质量一定时，落休在下落方向上的有效横截而积对收尾速度的影响;另一•个是探究当落体在下落方向上的有效

3、横截面积一定时,落体口身质量对收尾速度的影响.2.1实验器材：A3纸，胶水，毫米刻度尺，皮卷尺,暈角器，圆规，秒表等2.2实验一：探究当落体质量一定时，落体在下落方向上的有效横截面积对收厂、尾速度的影响.2.21实验方法与步骤1）在A3纸上取一半径为13.5cm的大関，剪去无v用的边缘.2）再在纸上依次作出半径R为12.5cm,11.5cm,9.5cm,图16.5cm的几个同心Pl.并算出对应鬪的面积S,即为对应纸锥的表面积.3）剪去1/4岡，将剩余的3/4岡围成一个関锥，交界处用少许胶水粘牢,如图1.将这时纸锥的质量视为4）尽对能将纸锥举高，并量出这时纸锥从

4、释放点到地面的高度h.5）将纸锥从这一高度静止平稳地样放,测出它下落全程所用的时间t,这一•时间可由多次测量取平均的方法获得.6）根据圆锥上的所画的同心圆线，依次剪去一个外圆，从而达到改变纸锥横截而积的1=1的•并将每次将剪去的外圆揉成纸团放入纸锥内，保持纸锥质量m（）不变.7）重复5）到6）,直至剪去所冇的呦线.2.22误差控制1）山于纸锥下落速度较慢，达到收尾速度的时间极短，所以当下落高度足够高时，可忽略其加速段的时间，将它下落全程近似看作匀速运动，这样纸锥下落的收尾速度即可由纸锥下落的平均速度V平均近似求出.2）尽可能提高释放高度，这样一方面可以减小秒衣

5、计时的相对误差;另一方而也可以提髙将全程近似为匀速运动的可靠程度•实验中学生选择在学校人厅内从二楼释放纸锥，同时还避免了风的影响，效果较好.3）由于纸锥的顶角在实验中保持不变，纸锥的横截血积与纸锥的锥表面积之间有正比关系，所以为了避免再次测量引起的课差,实验屮即用纸锥的锥表面积S代替纸锥的横截面积进行数据处理.而这并不会影响函数关系的推导.4）每次从同一高度释放纸锥时，要保持平稳，避免纸锥摇晃不定.5）采用多次测量取平均值的方法减小偶然误差.2.23实验数据及其分析实验中获得的数据如表1所示：表1h/mR/cmS/cm2ti/st2/st"st平均/sS'7c

6、m_21S2/cm'1V收尾金*5.55013.5572.64.54.44.64.50.001750.04181.235.55012.5490.94.04.04.04.00.002040.04511.395.55011.5415.53.73.73.63.70.002410.04911.515.5509.5283.53.03.23.13.10.003530.05941.795.5506.5132.72.12.12.12.10.007530.08682.64从衣1的数据町以定性地看出，当落体质量一定时,落体的收尾速度随着其在下落方向上横截而积的减小而增加•但用Ex

7、cel作出％攵尾与S倒数的关系图后，并未能获得一条过原点的直线，这表明岭攵尾与SZ间并不存在简单的反比关系.于是我们乂试着作了V收尾与1/Jf之间的关系图，结果获得如图2所示的直线图像.其中Excel的函数分析给出的R?值为0.9981,非常接近于1，这表明：一定质量的纸锥，其在空中下落的收尾速度与它在下落方向上的有效横截面积的平方根成反比.收尾速度冬E锥面积s平方根的倒数1/^的关系图图22.3实验二：探究当落体在下落方向上的有效横截面积一定时，落体自身质量对收尾速度的影响.2.31实验方法与步骤1）在A3纸上取一半径为13.5cm的大圆，剪去无用的边缘2）

8、剪去1/4恻，将剩余的3/4鬪围成一个