Question

逆风骑自行车时，弯着身体，会省力些；雨天，撑伞逆风行走时，风速越大，行走越困难．这是因为受到空气阻力的作用．物体所受空气阻力大小与哪些因素有关呢？小明猜想可能与物体的迎风面积和风速有关．为验证以上猜想，小明选用了如下器材：可调速电风扇（高、中、低三档）、弹簧测力计、面积不同的塑料挡板三块、光滑玻璃板、小车．

（1）小明设计了如图所示实验，用电风扇向小车及挡板吹风，模拟小车运动时受到的空气阻力．根据______的知识，通过弹簧测力计即可测出小车受到的空气阻力．
（2）小明在探究风速对小车所受空气阻力的影响时，保持迎风面积一定，测得数据如下：

风速	低	中	高
小车受到的空气阻力/N	0.8	2.2	3.8

通过对表中数据分析，可得出的结论是：______．
（3）小明还想探究迎风面积对小车所受空气阻力的影响，请你帮他设计方案，写出主要的实验步骤：______．
（4）你认为影响物体所受空气阻力大小的因素可能还有______（写出一个）．

Answer 1

【答案】分析：（1）将小车与挡板看作一个整体，此时它受到的风的“吹力”与弹簧测力计对它的拉力是一对平衡力，据此可得出“吹力”的大小；
（2）通过比较低、中、高三个档位时小车受到的阻力情况，结合控制变量法的要求，可得出相应的结论；
（3）要想探究迎风面积对小车所受阻力的影响，应控制电风扇的风速不变，只改变挡板的大小，据此来设计实验；
（4）运动物体的形状，空气的温度等都有可能成为影响空气阻力大小的因素．
解答：解：（1）空气的阻力无法直接进行测量，因此，我们采用转换法的思想，通过二力平衡将空气的阻力转换为弹簧测力计对小车的拉力，从而进行间接测量；
（2）分析表中数据可知，迎风面积相同，风速越大时，小车所受阻力的变化情况0.8N＜2.2N＜3.8N，说明阻力也越大，因此可得出结论：在迎风面积相同时，风速越大，阻力越大；
（3）根据控制变量法的要求，探究迎风面积对空气阻力的影响时，应保持风速不变，换不同面积的挡板，用上述装置测出力的大小．因此主要步骤包括：保持电风扇风速不变，在小车上放置面积不同的塑料挡板，分别测出小车所受到的空气阻力；
（4）除了前面研究的较为明显的迎风面积、风速两个因素外，物体的形状、空气的温度等也可能会对空气阻力的大小造成影响．
故答案为：
（1）二力平衡；
（2）在迎风面积相同时，风速越大，阻力越大；
（3）保持电风扇风速不变，在小车上放置面积不同的塑料挡板，分别测出小车所受到的空气阻力；
（4）物体的形状或空气的温度等．
点评：本探究实验的设计有一定的新意，通过转换法和二力平衡的原理，将空气的阻力转换为弹簧测力计对小车的拉力来进行测量，较为巧妙，值得我们借鉴．同时对实验过程中控制变量法的运用也是实验成功的关键．如：选择玻璃板表面是为了减小摩擦对测量的影响，选择同一形状的挡板是为了避免物体形状对测量的影响等．