Question

【题目】在《物体的浮与沉》学习中知道若物体浸没在液体中，处于静止状态，则称为悬浮。不少同学认为只要是平衡状态下也可以称为悬浮状态，大林同学提出如果在水中做匀速直线运动的物体会受到液体阻力的作用不可称为悬浮状态，为此全班同学展开了激烈的讨论，最后认为若做匀速直线运动不能算悬浮状态，同时提出物体在液体中所受阻力的大小与什么因素有关。同学们上网查询资料了解到同一物体在同一液体中所受阻力与物体的迎流面积（形状）和物体运动速度有关。为了探究在液体中物体所受阻力的大小的影响因素，同学们借助自制潜水艇进行了下列探究。

(1)让自制潜水艇在水中处于悬浮状态如图A，然后再其底部放置一些体积相同质量忽略不计的泡沫小球（如图B），通过不断调整发现自左向右在底部依次黏贴1个、4个、9个泡沫球，然后使其从水底部浮起，当上浮一段时间进入指定竖直砖墙的区域时，用照相机通过每隔相等的时间曝光一次的方法记录潜水艇的运动过程，如图C是其中一段的示意图。对于在底部黏贴泡沫小球而不是其它地方黏贴的目的是_________；

对于图中的这段运动过程，三次潜水艇上浮运动的速度之比是____，他们受到的液体阻力之比是______，由此可以得出的实验结论是：同一物体在同一液体中，当物体的迎流面积（形状）相同时，_______________。

(2)为了研究“阻力与迎流面积（形状）的关系”，同学们提出改变迎流面积（形状），利用如图D所示的潜水艇由水底同时浮出，比较潜水艇浮出水面的先后顺序即可比较所受阻力的大小，这样的方案________（“可行”或“不可行”）。

(3)在一次实际的操作中，某同学让自制潜水艇以5cm/s的速度匀速直线下潜，至杯底后，潜水艇排出100cm3的水，该潜水艇以5cm/s的速度匀速直线上浮，潜水艇的外壳及体积不发生改变，试求该潜水艇在水中匀速上升时受到的阻力约为（___________）

A.1N B.0.5N C.0.25N D.0N

Answer 1

【答案】为了保证每次实验时物体迎流面积都相同 阻力的大小与速度的平方成反比 不可行 B

【解析】

(1)[1]根据资料知，同一物体在同液体中所受阻力与物体的迎流面积和物体运动速度有关，在底部黏贴泡沫小球而不是其它地方黏贴，为了保证每次实验时物体迎流面积都相同。

[2]由图C知，设每段长度为s，每个时间间隔为t，则

，，

故

[3]因三次潜艇都做匀速直线运动，所以

，，

故阻力之比为

[4]由上分析可知：同一物体在同一液体中，当物体的迎流面积（形状）相同时，阻力的大小与速度的平方成反比。

(2)[5]由图D知，在迎流面积改变时，物体的重力和体积也发生了变化；则未控制其它变量不变，故不可行。

(3)[6]潜艇两次运动的速度相同，所以受到的阻力的大小相同，潜艇的体积不变，所受浮力大小不变，当潜艇下潜时，则有

①

排出水的重力为

潜艇上浮时，则有

②

因

联立①②解得

故选B。