[例3]
“神舟”五號(hào)飛船完成了預(yù)定的空間科學(xué)和技術(shù)試驗(yàn)任務(wù)后返回艙開始從太空向地球表面按預(yù)定軌道返回，返回艙開始時(shí)通過自身制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)控減速下降，穿越大氣層后，在一定高度打開阻力降落傘進(jìn)一步減速下降，這一過程中若返回艙所受空氣摩擦阻力與速度的平方成正比，比例系數(shù)（空氣阻力系數(shù)）為k，所受空氣浮力恒定不變，且認(rèn)為豎直降落。從某時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，返回艙的運(yùn)動(dòng)v-t圖象如圖中的AD曲線所示，圖中AB是曲線在A點(diǎn)的切線，切線交于橫軸一點(diǎn)B，其坐標(biāo)為（8，0），CD是曲線AD的漸近線，假如返回艙總質(zhì)量為M=400kg，g取10m/s2。試問：
（1）返回艙在這一階段是怎樣運(yùn)動(dòng)的？
（2）在初始時(shí)刻v=160m/s，此時(shí)它的加速度是多大？
（3）推證空氣阻力系數(shù)k的表達(dá)式并計(jì)算其值。
分析和解：（1）從v-t圖像可知，物體的速度是減小的，所以做的是減速直線運(yùn)動(dòng)，而且從AD曲線各點(diǎn)切線的斜率越來越小直到最后為零可知：其加速度大小是越來越小。所以返回艙在這一階段做的是加速度越來越小的減速運(yùn)動(dòng)。
（2）因?yàn)锳B是曲線AD在A點(diǎn)的切線，所以其斜率大小就是A點(diǎn)在這一時(shí)刻的加速度大小，
（3）設(shè)返回艙下降過程中所受的空氣浮力恒為f0，最后勻速時(shí)的速度為vm，返回艙在t=0時(shí)，由牛頓第二定律可知kv2+f0-mg=ma①，返回艙下降到速度達(dá)到4m/s時(shí)開始做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以由平衡條件可知kvm+f0=mg②，由①、②兩式可得代入數(shù)據(jù)，得點(diǎn)評(píng)：這是一道利用圖像提供的信息來解析的應(yīng)用題，建立返回艙在最初和最后兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程是推得空氣阻力系數(shù)k的關(guān)鍵，注意k雖是系數(shù)，但有單位。該題除了考核綜合應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律的能力外，還考核了考生獲取和處理信息的能力
“神舟”五號(hào)飛船完成了預(yù)定的空間科學(xué)和技術(shù)試驗(yàn)任務(wù)后返回艙開始從太空向地球表面按預(yù)定軌道返回，返回艙開始時(shí)通過自身制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)控減速下降，穿越大氣層后，在一定高度打開阻力降落傘進(jìn)一步減速下降，這一過程中若返回艙所受空氣摩擦阻力與速度的平方成正比，比例系數(shù)（空氣阻力系數(shù)）為k，所受空氣浮力恒定不變，且認(rèn)為豎直降落。從某時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，返回艙的運(yùn)動(dòng)v-t圖象如圖中的AD曲線所示，圖中AB是曲線在A點(diǎn)的切線，切線交于橫軸一點(diǎn)B，其坐標(biāo)為（8，0），CD是曲線AD的漸近線，假如返回艙總質(zhì)量為M=400kg，g取10m/s2。試問：
（1）返回艙在這一階段是怎樣運(yùn)動(dòng)的？
（2）在初始時(shí)刻v=160m/s，此時(shí)它的加速度是多大？
（3）推證空氣阻力系數(shù)k的表達(dá)式并計(jì)算其值。
分析和解：（1）從v-t圖像可知，物體的速度是減小的，所以做的是減速直線運(yùn)動(dòng)，而且從AD曲線各點(diǎn)切線的斜率越來越小直到最后為零可知：其加速度大小是越來越小。所以返回艙在這一階段做的是加速度越來越小的減速運(yùn)動(dòng)。
（2）因?yàn)锳B是曲線AD在A點(diǎn)的切線，所以其斜率大小就是A點(diǎn)在這一時(shí)刻的加速度大小，
（3）設(shè)返回艙下降過程中所受的空氣浮力恒為f0，最后勻速時(shí)的速度為vm，返回艙在t=0時(shí)，由牛頓第二定律可知kv2+f0-mg=ma①，返回艙下降到速度達(dá)到4m/s時(shí)開始做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以由平衡條件可知kvm+f0=mg②，由①、②兩式可得代入數(shù)據(jù)，得點(diǎn)評(píng)：這是一道利用圖像提供的信息來解析的應(yīng)用題，建立返回艙在最初和最后兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程是推得空氣阻力系數(shù)k的關(guān)鍵，注意k雖是系數(shù)，但有單位。該題除了考核綜合應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律的能力外，還考核了考生獲取和處理信息的能力