Question

设雨点下落过程中所受空气阻力大小与速度成正比，且与雨点半径的α次方成正比（1＜α＜2），现有两个大小不同的雨点从同一高度的云层静止起下落，那么先到达地面的是________（填“大”或“小”）雨点，接近地面时速度较小的是________（填“大”或“小”）雨点．

Answer 1

大    小
分析：由题意：雨滴受到的空气阻力大小与速度大小成正比，分析雨滴下落时的受力情况及力的变化情况可得出雨滴运动情况．
解答：由于雨滴受到的空气阻力大小与速度大小成正比，速度越大阻力越大，因此最终当阻力增大到与重力平衡时都做匀速运动；
设雨滴半径为r，则当雨滴匀速下落时受到的空气阻力f∝r^α，
由题意可知，雨滴下落时的阻力与速度有关，可以假定阻力与vⁿ成正比，则可知f=Kr^αvⁿ，（K为常数）
而物体的重力mg=ρg?πr3，即半径越大，雨滴的重力越大；
而匀速运动时，mg=f=kKr^αvⁿ，
即：ρg?πr3=kKr^αvⁿ，即vⁿ∝r^3-a，由于1≤α≤2，故3-α＞0，
故半径越大的雨滴下落速度越快，因此半径大的匀速运动的速度大，平均速度也大，故大雨滴先落地且落地速度大，小雨滴落地速度小．
故答案为：大；小．
点评：本题为动态变化问题，要注意从题目中找出力与速度的关系，理解物体运动状态的变化，进而明确物体最终一定会做匀速运动这一事实；并能用共点力的平衡列式求解．