Question

逆風騎自行車時，彎著身體，會省力些；雨天，撐傘逆風行走時，風速越大，行走越困難．這是因為受到空氣阻力的作用．物體所受空氣阻力大小與哪些因素有關呢？小明猜想可能與物體的迎風面積和風速有關．為驗證以上猜想，小明選用了如下器材：可調速電風扇（高、中、低三檔）、彈簧測力計、面積不同的塑料擋板三塊、光滑玻璃板、小車．

（1）小明設計了如圖所示實驗，用電風扇向小車及擋板吹風，模擬小車運動時受到的空氣阻力．根據______的知識，通過彈簧測力計即可測出小車受到的空氣阻力．
（2）小明在探究風速對小車所受空氣阻力的影響時，保持迎風面積一定，測得數據如下：

風速	低	中	高
小車受到的空氣阻力/N	0.8	2.2	3.8

通過對表中數據分析，可得出的結論是：______．
（3）小明還想探究迎風面積對小車所受空氣阻力的影響，請你幫他設計方案，寫出主要的實驗步驟：______．
（4）你認為影響物體所受空氣阻力大小的因素可能還有______（寫出一個）．

Answer 1

【答案】分析：（1）將小車與擋板看作一個整體，此時它受到的風的“吹力”與彈簧測力計對它的拉力是一對平衡力，據此可得出“吹力”的大小；
（2）通過比較低、中、高三個檔位時小車受到的阻力情況，結合控制變量法的要求，可得出相應的結論；
（3）要想探究迎風面積對小車所受阻力的影響，應控制電風扇的風速不變，只改變擋板的大小，據此來設計實驗；
（4）運動物體的形狀，空氣的溫度等都有可能成為影響空氣阻力大小的因素．
解答：解：（1）空氣的阻力無法直接進行測量，因此，我們采用轉換法的思想，通過二力平衡將空氣的阻力轉換為彈簧測力計對小車的拉力，從而進行間接測量；
（2）分析表中數據可知，迎風面積相同，風速越大時，小車所受阻力的變化情況0.8N＜2.2N＜3.8N，說明阻力也越大，因此可得出結論：在迎風面積相同時，風速越大，阻力越大；
（3）根據控制變量法的要求，探究迎風面積對空氣阻力的影響時，應保持風速不變，換不同面積的擋板，用上述裝置測出力的大小．因此主要步驟包括：保持電風扇風速不變，在小車上放置面積不同的塑料擋板，分別測出小車所受到的空氣阻力；
（4）除了前面研究的較為明顯的迎風面積、風速兩個因素外，物體的形狀、空氣的溫度等也可能會對空氣阻力的大小造成影響．
故答案為：
（1）二力平衡；
（2）在迎風面積相同時，風速越大，阻力越大；
（3）保持電風扇風速不變，在小車上放置面積不同的塑料擋板，分別測出小車所受到的空氣阻力；
（4）物體的形狀或空氣的溫度等．
點評：本探究實驗的設計有一定的新意，通過轉換法和二力平衡的原理，將空氣的阻力轉換為彈簧測力計對小車的拉力來進行測量，較為巧妙，值得我們借鑒．同時對實驗過程中控制變量法的運用也是實驗成功的關鍵．如：選擇玻璃板表面是為了減小摩擦對測量的影響，選擇同一形狀的擋板是為了避免物體形狀對測量的影響等．