Question

19．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
二力平衡的知识，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：迎风面积相同时，风速越大，阻力越大．
（3）小明还想探究迎风面积对小车所受空气阻力的影响，请你帮他设计出主要的实验步骤：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）你认为影响物体所受空气阻力大小的因素可能还有物体的形状或空气的温度（写出一个）．

Answer 1

分析 （1）将小车与挡板看作一个整体，此时它受到的风吹的力与弹簧测力计对它的拉力是一对平衡力，据此可得出小车受到的空气阻力大小；
（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，我们利用转换法的思想，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）迎风面积；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．

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．