Question

3．物體只在重力作用下由靜止開始下落的運動，叫做自由落體運動，這種運動只在沒有空氣的空間才能發(fā)生，在有空氣的空間，如果空氣阻力相對物體的重力比較小，可以忽略，物體的下落也可以近似地看作自由落體運動．

（1）為了探究自由落體運動時間與哪些因素有關(guān)，物理學(xué)習(xí)研究小組（一）提出了如下猜想：
猜想一：物體下落的時間與物體的材料有關(guān)；
猜想二：物體下落的時間與物體的質(zhì)量有關(guān)；
猜想三：物體下落的時間與物體下落的高度有關(guān)．
為驗證猜想的正確性，小組同學(xué)用6個金屬球做了一系列實驗，實驗數(shù)據(jù)記錄如表：

實驗序號	材料	質(zhì)量（g）	下落高度（m）	下落時間（s）
1	鐵球	50	10	1.43
2	鋁球	50	10	1.43
3	銅球	50	10	1.43
4	鋁球	50	15	1.75
5	銅球	50	20	2.02
6	鐵球	50	10	1.43

①通過比較序號為1、2和3的實驗數(shù)據(jù)，可得到的結(jié)論是：物體下落的時間與物體的材料無關(guān)（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）．
②為了驗證猜想三，應(yīng)比較序號為2和4的實驗數(shù)據(jù)，可得到的結(jié)論是物體下落的時間與物體下落的高度有關(guān)．
（2）物理學(xué)習(xí)研究小組（二）也對這個問題進(jìn)行了研究，他們讓質(zhì)量相等的鐵球和紙團(tuán)同時從同一高度由靜止開始下落，他們發(fā)現(xiàn)兩者下落時間不相等，原因是：空氣阻力對紙團(tuán)的影響較大，不能忽略．
（3）圖甲是某實驗小組繪制的金屬球由靜止自由下落的高度h與時間t關(guān)系圖象；則圖乙中描述重力對該球做功W與時間t關(guān)系的四種圖象中，正確的圖象是C．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)控制變量法，找到物體下落時間與變化量的關(guān)系，分析表中實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論；
②研究物體下落的時間與物體下落的高度有關(guān)，根據(jù)控制變量法，控制其它因素相同，只改變高度大小，據(jù)此分析回答；
（2）從空氣阻力的影響分析原因；
（3）根據(jù)功的計算公式W=Fs與圖示圖象分析答題；

解答 解：（1）①通過比較序號為1、2和3的實驗數(shù)據(jù)，可得到的結(jié)論是：物體下落的時間與物體的材料 無關(guān)．
②驗證猜想三：物體下落的時間與物體下落的高度有關(guān)，應(yīng)控制小球的材料與質(zhì)量相同而小球下落高度不同，由表中實驗數(shù)據(jù)可知，實驗序號2、4（3、5）符合要求；分析表中實驗數(shù)據(jù)可知：自由落體運動時間與物體下落的高度有關(guān)，
（2）質(zhì)量相等的鐵球和紙團(tuán)同時從同一高度由靜止開始下落，由于紙團(tuán)受到的空氣阻力對紙團(tuán)運動影響較大，不能忽略，而鐵球受到的空氣阻力對鐵球運動的影響可以忽略，所以它們不能同時落地，所以它們的落地時間不同．
（3）重力做功：W=Fs=mgh，mg是常數(shù)，因此W與h成正比，由數(shù)學(xué)知識可知，W與t的關(guān)系和h與t的關(guān)系相似，由圖示圖象可知，圖C所示圖象與圖甲所示圖象相似，故C正確．
故答案為：（1）①無關(guān)；②2、4（或3、5）；物體下落的時間與物體下落的高度有關(guān)；（2）空氣阻力對紙團(tuán)的影響較大，不能忽略；（3）C

點評 本實驗以文字呈現(xiàn)信息，考查控制變量法和類比法的運用，其中利用數(shù)學(xué)知識是解第3問的關(guān)鍵，體現(xiàn)了與高中物理知識的銜接，有一定難度．