《在流体中运动》教学设计 一、教学目标 １、知识与技能 （1）知道流体的压强与流速的关系。 （2）了解升力是怎样产生的。 ２、过程与方法 （1）通过观察、实验，让学生经历探究流体压强与流速关系的过程，体会伯努利原理的推理过程。 （2）通过对鸟翼和机翼的观察和探究，认识升力，并培养学生的观察能力和动手能力。 3、情感、态度与价值观 （1）结合日常生活现象，激发学生兴趣。 （2）了解历史，加深人文素养。 （3）培养学生交流讨论意识和协作精神。 二、教学重点与难点 教学重点：流体的压强与流速的关系，并能解释生活现象。 教学难点：对液体压强与流速关系的探究活动，设计实验认识“升力”。 三、教具： 乒乓球两个、漏斗、两张纸、纸片、水槽、水、水杯，吸管两支、多媒体课件 四、教学过程： （一）创设情境、引入新课： 1、创设情境，激发学习兴趣 （课件1）引入：同学们看过特工007系列电影吗？有的同学可能看过，咱们来共同看其中一个电影片段，看一下片段中，007和敌人作战时的一个镜头。 （1）让学生注意观察现象。看完后说一说，你印象深刻的一幕是哪一个镜头，（人被“吸”进飞机的螺旋桨内）。 (2)、你认为出现这种现象的原因可能是什么？ 引导学生得出：可能是飞机螺旋桨那里空气流动快的缘故。 师：空气流动快，就可以把人“吸”进去了吗？ 带着这个疑问，让我们一起走进今天的知识殿堂。 引入今天的课题“在流体中运动”。 （二）进行新课 1、流体的定义：什么是流体？液体和气体都具有流动性，统称为流体。如：空气、水等。流体流动时的压强称作流体压强，空气和水流动时有快有慢，当流速变化时，流体的压强是否变化，如何变化？下面我们来探究他们之间的关系。 2、科学探究活动———研究流体压强与流速的关系 （1）提出问题：流体压强与流速有什么关系？ （2）（课件2） 猜想与假设： 猜想1：液体和气体流动越快，它的压强越大。 猜想2：液体和气体流动越快，它的压强越小。 猜想3：液体和气体流动越快，它的压强不变。 （3）制定计划、设计实验： 我们在探究过程中，提出了猜想假设以后，接下来要做什么？ 生：制定计划，设计实验，然后进行实验，收集证据。
第三章 一元流体动力学基础 1.直径为150mm 的给水管道，输水量为h kN /7.980，试求断面平均流速。 解：由流量公式vA Q ρ= 注意：()vA Q s kg h kN ρ=?→// A Q v ρ= 得：s m v /57.1= 2.断面为300mm ×400mm 的矩形风道,风量为2700m 3/h,求平均流速.如风道出口处断面收缩为150mm ×400mm,求该断面的平均流速 解：由流量公式vA Q = 得：A Q v = 由连续性方程知2211A v A v = 得：s m v /5.122= 3.水从水箱流经直径d 1=10cm,d 2=5cm,d 3=2.5cm 的管道流入大气中. 当出口流速10m/ 时,求 (1)容积流量及质量流量;(2)1d 及2d 管段的流速 解：(1)由s m A v Q /0049.0333== 质量流量s kg Q /9.4=ρ (2)由连续性方程： 33223311,A v A v A v A v == 得：s m v s m v /5.2,/625.021== 4.设计输水量为h kg /294210的给水管道，流速限制在9.0∽s m /4.1之间。试确定管道直径，根据所选直径求流速。直径应是mm 50的倍数。 解：vA Q ρ= 将9.0=v ∽s m /4.1代入得343.0=d ∽m 275.0 ∵直径是mm 50的倍数，所以取m d 3.0= 代入vA Q ρ= 得m v 18.1= 5.圆形风道，流量是10000m 3/h,，流速不超过20 m/s 。试设计直径，根据所定直径求流速。直径规定为50 mm 的倍数。 解：vA Q = 将s m v /20≤代入得：mm d 5.420≥ 取mm d 450= 代入vA Q = 得：s m v /5.17= 6.在直径为d 圆形风道断面上，用下法选定五个点，以测局部风速。设想用和管轴同心但不同半径的圆周，将全部断面分为中间是圆，其他是圆环的五个面积相等的部分。测点即位于等分此部分面积的圆周上，这样测得的流速代表相应断面的平均流速。（1）试计算各测点到管心的距离，表为直径的倍数。（2）若各点流速为54321u u u u u ，，，，，空气密度为ρ，求质量流量G 。
第六章流动阻力及能量损失 本章主要研究恒定流动时，流动阻力和水头损失的规律。对于粘性流体的两种流态——层流与紊流，通常可用下临界雷诺数来判别，它在管道与渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法是不同的。对于流速，圆管层流为旋转抛物面分布，而圆管紊流的粘性底层为线性分布，紊流核心区为对数规律分布或指数规律分布。对于水头损失的计算，层流不用分区，而紊流通常需分为水力光滑管区、水力粗糙管区及过渡区来考虑。本章最后还阐述了有关的边界层、绕流阻力及紊流扩散等概念。 第一节流态判别 一、两种流态的运动特征 1883年英国物理学家雷诺（Reynolds O.）通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态。 1.层流 层流（laminar flow），亦称片流：是指流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。 特点：（1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。 （2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。 （3）能量损失与流速的一次方成正比。 （4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。 2.紊流 紊流（turbulent flow），亦称湍流：是指局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。 特点：（1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。 流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。 （2）紊流受粘性和紊动的共同作用。 （3）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。 （4）在流速较大且雷诺数较大时发生。 二、雷诺实验 如图6-1所示，实验曲线分为三部分： （1）ab段：当υ<υc时，流动为稳定的层流。 （2）ef段：当υ>υ''时，流动只能是紊流。 （3）be段：当υc<υ<υ''时，流动可能是层流（bc段），也可能是紊流（bde段），取决于水流的原来状态。 图6-1图6-2
在流体中运动教案 一、教材分析： 气体压强与流速的关系、飞机的升力等知识与我们的生活息息相关，我们要探究 这个关系对我们生活的影响。 二、教学目标： 知识技能：1、通过对鸟类翅膀的观察和探究，理解升力。 2、通过实验探究，知道气体压强与流速的关系。 3、会利用此规律解释相关现象。 过程与方法：通过观察，理解气体的压强跟流速相关的现象；体验由气体压强差异产生的力。能简单描述所观察物理现象的主要特征，归纳简 单的科学规律。 情感、态度价值观：初步体验探索问题时的喜悦，领略它的美妙与和谐。 三、教学重点：气体、液体压强与流速的关系。 四、教学难点：飞机的升力产生的原因。 五、教学方式：小组合作实验探究、班级师生交流。 教学用具 1. 教师用具：水槽、漏斗、水、瓶盖、洗衣机下水管、彩纸屑、饮料 2. 学生用具：蜡烛、乒乓球、磁铁、口杯、纸条、纸片 六、教学过程： 1、引人新课：同学们，我们先来实行一次比赛，比比谁最能吹。老师这里有一 个漏斗和一个乒乓球，我把乒乓球放在漏斗里，看看谁能把它吹的 最高。（同学们踊跃的举手想要尝试，找两名力气大的同学来比赛，）师：结果发现用再大的劲吹，也不能把乒乓球吹起来，那么，通过这节课的学习，我们就能揭开问题的答案。 2、新课过程： 师：千百年来，人们就一直梦想着能够像鸟儿一样在天空中翱翔，但直到1783年，德国人奥拓李林达尔模仿仙鹤翅膀的形状，设计并制造出了第一架实用的滑翔机，实现了人类飞翔的梦想。大家知道世界上第一架飞机是谁发明的吗？（莱特兄弟）今天，飞机已经成为我们重要的交通工具，如此重的飞机是如何实现腾空而起的呢？今天我们要采用自主学习的方式来实行。请大家看 自学指导（一）。 请大家认真看书60页的内容，边看书边思考，3分钟后比谁能准确回答下列问题： 鸟的翅膀是什么形状的？ 你能设计并制作一个鸟翼模型吗？ 鸟翼是如何获得升力的呢？和同学交流，阐述你的观点。 学生们阅读教材，自主学习，思考并回答以上问题。 请利用身边的器材制作鸟翼的模型。并实际动手做一做，把细绳拉平绷紧，用嘴对着“鸟翼”前端细绳的位置，用力水平吹气，能够看到什么现象？ 分析鸟翼模型是如何获得升力，向上飞行的。
第三章流体动力学基础复习题 一、概念部分 1、描述流体运动的方法有和；前者以为研究对象，而后者以为研究对象。 2、流体运动的几何描述有：，，和。 3、流线有什么特点？流线、脉线和迹线有什么区别和联系？ 4、流体微团基本运动形式有，和变形运动等， 而变形运动又包括和两种。 5、描述有旋运动几何要素有、和。 6、判断正误：理想流体不存在有旋运动是否正确？为什么？试举例说明。 7、表征涡流的强弱的参数有和。 8、在无涡流空间画出的封闭周线上的速度环量为。 9、简述汤姆孙定理的内容 10、速度势函数?存在的条件是什么？流函数存在的条件是什么？ 11、简述流函数的物理意义的内容，并证明。 12、流网存在的条件是什么？简述流网的性质所包含的内容？ 13、无环量圆柱绕流运动由流、流和流叠加而成，有环量的圆柱绕流运动是无环量的圆柱绕流运动与流叠加而成。 14、是驻点。通过驻点的流线一定是零流线，是否正确？为什么？零流线是。轮廓线是。 15、描述流体运动的微分方程有、和。 写出它们的表达式。 16、纳维-斯托克斯方程中的速度只能是平均速度，是否正确？为什么？ 17、写出总水头和测压管水头的表达式，并说明各项的物理意义。 18、写出总压、全压和势压得表达式，并说明各项的物理意义。 19、简述系统和控制体的定义和特点 二、计算部分 1、已知拉格朗日描述：求速度与加速度的欧拉描述 2、试判断下列流场的描述方式：并转换成另一种描述方式 3、已知用欧拉法表示的流场速度分布规律为： 试求在t=0时刻位于点（a,b)的流体质点的运动轨迹及拉格朗日法表示的速度场 4、粘性流体在半径为R 的直圆管内做定常流动。设圆管截面（指垂直管轴的平面截面）上?????==-t t be y ae x ()()?????+-=+-=-t y t x e b u e a u 1111???+=+=t y u t x u y x
1.在流体中运动 教学目标 三维目标要求 一、知识与技能 1.知道流体的压强与流速的关系：流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。 2.了解升力是怎样产生的。 二、过程与方法 1.通过观察法、实验法探究流体的压强与流速的关系，通过分析推理法探究飞机的升力是怎样产生的。 2.通过制作“鸟翼模型”，训练学生的动手能力； 三、情感态度与价值观 1.结合日常生活现象，激发学生兴趣。 2.了解历史，加深人文素养。 教学重点和难点 一、教学重点 知道气体的压强与流速的关系。 二、教学难点 了解飞机的升力是怎样产生的。 教学过程 情景导入 今天，我们先请两位同学来进行一项比赛：“漏斗吹球”比赛。(比赛规则：用手掌托着乒乓球，把乒乓球放在翻转的漏斗中，用嘴通过漏斗向下吹气，同时放开手。看到了什么现象？)
教师提问：乒乓球为什么在漏斗下方不会掉下来呢？ 教师讲述：让我们带着问题一起走进今天的物理课堂。 教学活动 一、鸟儿是怎样翱翔的 提问：鸟儿能在天空中翱翔，依据鸟的原理而设计的滑翔机大家听说过吗？你知道第一个设计滑翔机的人是谁吗？ 德国的奥托·李林达尔，是世界上公认的滑翔机之父（链接到李林达尔），设计和制造了实用的滑翔机（见教材P65图10-1-1），实现了飞行的梦想。 阅读教材P54，实验探究：鸟翼的升力。 鸟类的翅膀形状各异，飞行方式也各不相同，但它们有一个共同的特点，鸟翼横截面的连线是弯曲的，如图10-1-2所示。
设计实验： （1）如图10-1-3，用硬纸做一个鸟翼模型，在其中插一根吸管，穿过吸管将模型套在竖直的铁丝上。 （2）用吹风机对着模型吹风，观察气流对鸟翼模型有什么作用。 实验结论：水平的气流，能使鸟翼获得向上的升力。 什么是升力？ 就是向上的力，使鸟翼上升的力。一般都是说在空气中，向上的力大于向下的力，其合力可以使物体上升。这个力就是升力。 二、伯努利的发现 这个升力是怎样产生的呢？让我们来追溯一下历史；早在1738 年，伯努利就发现了流体压强与流速的关系，这不仅解开了鸟儿在天空翱翔的奥秘，也成了人类打开空中旅行大门的钥匙（链接到伯努利）。 1.流体流速与压强有什么关系呢？ 阅读教材P55，做“活动：液体压强与流速的关系”。 引导学生进行探究实验：取一张纸条，从纸条上方沿纸条吹气，如图10-1-4 ，纸条会怎样运动？
第三章 流体运动学 3－1 已知流体质点的运动，由拉格朗日变数表示为 x =ae kt ，y =be -kt ，z =c ，式中k 是不为零的常数。试求流体质点的迹线、速度和加速度。 解：（1）由题给条件知，流体质点在z=c 的平面上运动，消去时间t 后，得 xy =ab 上式表示流体质点的迹线是一双曲线族：对于某一给定的（a ，b ）,则为一确定的双曲线。 （2）0kt kt x y z x y z u kae u kbe u t t t -???= ===-==???，， （3）220y kt kt x z x y z u u u a k ae a k be a t t t -???=== ===???，， 3－2 已知流体运动，由欧拉变数表示为u x =kx ，u y =－ky ，u z =0，式中k 是不为零的常 数。试求流场的加速度。 解：2d d x x x x x x x y z u u u u u a u u u k x t t x y z ????= =+++=???? 2d d y y u a k y t ==，d 0d z z u a t == 3－3 已知u x =yzt ，u y =zxt ，u z =0，试求t =1时流体质点在（1，2，1）处的加速度。 解：2()3m/s x x x x x x y z u u u u a u u u yz zxt zt t x y z ????= +++=+=???? 2()3m/s y y y y y x y z u u u u a u u u zx yzt zt t x y z ????=+++=+=???? 0z z z z z x y z u u u u a u u u t x y z ????=+++=???? 3－4 已知平面不可压缩液体的流速分量为u x =1－y ，u y =t 。试求（1）t =0时，过（0， 0）点的迹线方程；（2）t =1时，过（0，0）点的流线方程。 解：（1）迹线的微分方程式为 d d d d d d d d d d y x y x y x y x y t t t y u t t t u u u u ======，，，， 积分上式得：12 2C t y +=，当t=0时，y=0，C 1=0，所以 2 2t y = (1) 2d d (1)d (1)d 2x t x u t y t t ==-=-，积分上式得：23 6 C t t x +-= 当t =0时，x =0，C 2=0，所以 6 3 t t x - = (2) 消去（1）、（2）两式中的t ，得x =有理化后得 023 49222 3=-+-x y y y
物体在流体中运动所受到的作用力 北京教育学院物理系叶禹卿 在中学物理中，研究了自由落体、单摆、抛体、振动等物体的运动。研究时，认为物体在空气和水（流体）中运动时，没有受到流体的作用力，物体的运动是“在理想情况下的运动”。在进行中学物理教学时，应当让学生理解和掌握这种物体的“理想运动”规律。但是也应当清楚：在流体中运动的任何物体，都受到流体的作用力，有些情况下的作用力还很大，明显地影响了物体的运动状态。 对于物体在流体中运动的实际情况，我们应当有所了解。本文仅介绍实际流体对在其中运动物体的阻力、压力，研究一些在流体中运动的实际物体运动规律，简要分析和说明有关理论与实际联系一些问题。 一、对流体的认识 流体由连续分布的介质组成，有自身的结构和特点。物体在流体中运动时，对组成流体的介质有作用，也必定受到介质的反作用。在过去的中学物理中，基本不讨论流体问题。现在，初中和高中都增加了有关流体的内容。例如，在高中实验教材第一册增加了“流体的阻力”“伯努利方程”等，对流体的主要性质及其运动规律做了简单分析。 1．流体具有易流性、粘性和压缩性 易流性是流体在切向力作用下，容易发生连续不断变形运动的特性。液体和气体与固体的差异，或者说流体最显著的特征就是具有“流动性”或者“易流性”。 如果对静止的流体施加一个切向力，即使这个力多么微小，流体也将沿着力的方向运动。流体具有易流性的原因，是流体既不能承受拉力、也不能承受切向力。由于流体具有易流性，所以流体没有固定的形状，并且在流动中能与外界发生各种传输作用。理想流体和实际流体都具有易流性。理想流体的易流性比实际流体更强。气体只能传递纵波、液体主要传递纵波的原因就是流体的易流性。 理想流体是没有粘性的，其内各部分之间不存在切向作用力。实际流体与理想流体的主要差异是实际流体有粘性。粘性大小用粘性系数表示。粘性系数由流体自身的性质决定，与流体的种类、流体的温度等一些因素有关。在国际单位制中，粘性系数的单位是Pa·s。表1为常见的一些流体在标准大气压时的粘性系数。从表可以看出：空气的黏性系数比水的黏性系数小；随着温度的升高，同一个物体的粘性系数减小。 表1 常见流体的粘性系数（Pa·s） 压缩性是在外力的作用下流体体积可以变化的性质。在质量不变时，流体被压缩意味着它的密度加大。理想流体没有压缩性，无论外界施加多大的压力，它的体积都不会改变。实际流体都有压缩性。一般液体的压缩性不大，而气体的压缩性比较大。被压缩后，液体内的分子间距减小、相互间的斥力加大。液体内部压强大小随其分子间距变化，而且十分明显。水的体积减小百万分之一，其压强会增
第三章 流体动力学基础 习 题 一、单选题 1、在稳定流动中，在任一点处速度矢量是恒定不变的，那么流体质点是 （ ） A ．加速运动 B ．减速运动 C ．匀速运动 D ．不能确定 2、血管中血液流动的流量受血管内径影响很大。如果血管内径减少一半，其血液的流量将变为原来的（ ）倍。 A ．21 B ．41 C ．81 D ．161 3、人在静息状态时，整个心动周期内主动脉血流平均速度为0.2 m/s ，其内径d =2×10-2m ，已知血液的粘度η =×10-3 Pa·S ，密度ρ=×103 kg/m 3，则此时主动脉中血液的流动形态处于（ ）状态。 A ．层流 B ．湍流 C ．层流或湍流 D ．无法确定 4、正常情况下，人的小动脉半径约为3mm ，血液的平均速度为20cm/s ，若小动脉某部分被一硬斑阻塞使之变窄，半径变为2mm ，则此段的平均流速为（ ）m/s 。 A ．30 B ．40 C ．45 D ．60 5、有水在同一水平管道中流动，已知A 处的横截面积为S A =10cm 2，B 处的横截面积为S B =5cm 2，A 、B 两点压强差为1500Pa ，则A 处的流速为（ ）。 A ．1m/s B ．2m/s C ．3 m/s D ．4 m/s 6、有水在一水平管道中流动，已知A 处的横截面积为S A =10cm 2，B 处的横截面积为S B =5cm 2，A 、B 两点压强之差为1500Pa ，则管道中的体积流量为（ ）。 A ．1×10-3 m 3/s B ．2×10-3 m 3/s C ．1×10-4 m 3/s D ．2×10-4 m 3/s 7、通常情况下，人的小动脉内径约为6mm ，血流的平均流速为20cm/s ，若小动脉某处被一硬斑阻塞而变窄，测得此处血流的平均流速为80cm/s ，则小动脉此处的内径应为（ ）mm 。 A ．4 B ．3 C ．2 D ．1 8、正常情况下，人的血液密度为×103kg/m 3 ，血液在内径为6mm 的小动脉中流动的平均速度为20cm/s ，若小动脉某处被一硬斑阻塞而变窄，此处内径为4mm ，则小动脉宽处与窄处压强之差（ ）Pa 。 二、判断题 1、有水在同一水平管道中作稳定流动，管道横截面积越大，流速越小，压强就越小。（ ） 2、由直径为15cm 的水平光滑的管子，把20℃的水抽运到空气中去。如果抽水保持水的流速为30cm/s ，已知20℃水的粘度η＝×10-3 Pa/S ，则水在管子中的流动形态属于湍流。（ ） 3、烟囱越高，通风效能越好，即把烟从炉中排出来的本领就越大。（ ） 4、在深海中下落的一个铝球，整个过程始终是加速运动的。（ ） 5、飞机机翼的升力来自机翼上下表面压强之差，这个压强之差主要由于机翼上表面流速大于下表面流速所致。（ ） 6、流体的内摩擦力与固体间接触表面的摩擦力共同的特点都是阻碍相对运动，但流体的内摩擦力不存在最大的静摩擦力。（ ） 三、填空题 1、流管的作用相当于管道，流体只能从流管一端____，从另一端______。 2、液体的粘度与液体的______、温度、_______因素有关，且随着温度的升高而_______。 3、理想流体是指 的流体，是一理想的模型，它是实际流体的近似。 4、稳定流动是实际流体流动的一种特殊情况， ，称为稳定流动。 5、为形象地描绘流速场的分布情况，可在其中描绘一些曲线，使
10.1 在流体中运动 【学习目标】 1.知道气体的压强与流速的关系。 2.了解飞机的升力是怎样产生是。 【方法指导】 重点是流体的压强与流速的关系，难点是设计与组织学生认识“升力”。 【自主学习】： 知识点一、流体压强与流速的关系 (1)流体：气体、液体都可以，而且没有一定的，它们统称为流体。 (2).实验表明：气体压强与气体的流速有关，气体在流速大的地方压强；反之，在流速小的地方压强。 (3).伯努利原理：流体在流速大的地方压强，流速小的地方压强，这个规律叫做伯努利原理。伯努利原理适用于。 知识点二、升力的产生： (4).升力：在空气中向上的力向下的力时，其合力可以使 物体，这个力就是升力。 (5).鸟翼升力产生的原因：如图所示是鸟翅膀的横截面图。鸟向前飞 翔，空气沿着鸟翼流过，由于鸟翼横截面的形状为， 在相同时间内，鸟翼上方（凸面）气流通过的路程，因而速 度大，它对鸟翼的压强；下方（凹面）气流通过的路 程，因而速度小，它对鸟翼的压强；这样在鸟翼的 上下表面产生了，这个压强差就形成了鸟翼向上的升力。 【合作探究】 1.我国海军舰艇赴亚丁湾护航时，护航编队一般采用前后护航是形式，而 不采用“并排”护航，这是因为流体在流速大的地方小，当两船 并排高速行驶时，容易发生事故。 2.如图所示是小华家购买的一辆小轿车，她发现轿车的外形类似飞机的机 翼。则轿车在快速行驶的过程中，轿车上方空气的流速轿车下 方空气的流速，因而轿车上方气体的压强轿车下方气体的压强， 从而使得轿车对地面的压力车的重力。 3.如图10-1-4所示，小明把一纸条靠近嘴边，在纸条上方沿水平方向吹气 时，纸条会向（选填“上”或“下”）偏移，这个现象说明，气流 流动时，流速的地方压强小。 4.运动型轿车和跑车的尾部设计安装了一种“气流偏导器”（扰流板），它的 上表面平直，底部呈弧形凸起，相当于一个倒置的机翼，这主要 是让车在高速行驶时，车轮能较好地抓住地面，试解释其中的奥 秘。 【学习检测】
1.如图13-15所示，两船距离很近且并排行驶时，将会 ，这是因为两船内侧水的流速 于两船外侧水的流速，造成了两船内侧水的压强 于外侧水的压强的原因（选填“大”、“小”或“等”）。 2．打开自来水龙头，使自来水流过如图13-16所示的玻璃管，在A 、B 、C 三处，水的流速较大的是 处，压强较小的是 处（选填“ A ”“B ”或“C ”）。 3.如图13-17所示，是喷雾器的原理示意图，当空气从小孔迅速流出，小孔附近空气的流速较大，压强 容器里液面上方的空气压强，液体就沿细管上升，从管口中流出后，受气流的冲击，被喷成雾状。 4.在较光滑的水平桌面上，放两只乒乓球，两球之间间隔1cm,用一根细管向两管之间吹气，发现两球会 ，这是由于吹气时两球之间的气流速度较 ，压强较 的缘故。 5.春天是放风筝的好季节。风筝在空气中飞行利用了下列什么原理（ ） A.风筝下方空气流动速度小，空气压强小 B.风筝下方空气流动速度大，空气压强大 C.风筝上方空气流动速度大，空气压强小 D.风筝上方空气流动速度小，空气压强大 6.如图13-18所示，将一张明信片沿着其边长弯成弧形放在玻璃台面上，形成一座“拱桥”，当你对着“拱桥”使劲吹气时，你会发现（ ） A.“纸桥”被吹开较长的距离 B.“纸桥”被吹开较短的距离 C.“纸桥”被吹得上下跳动几下 D.“纸桥”紧贴桌面不动 7．如图13-19 所示，将一个普通的乒乓球轻轻放人漏斗中，用电吹风从管口向图 13-18 图13-15 图13-16 图13-17
上吹，那么以下分析正确的是（ ） A ．球被向上吹起，因为其下方气体流速大，压强大 B ．球被向上吹起，因为其下方气体流速大，压强小 C ．球不会被向上吹起，因为其下方气体流速大，压强大 D ．球不会被向上吹起，因为其下方气体流速大，压强小 8．龙卷风的实质是高速旋转的气流．它能把地面上的物体或人畜“吸”起卷入空中。龙卷风能“吸”起物体是因为（ ） A ．龙卷风内部的压强远小于外部的压强 B ．龙卷风增大了空气对物体的浮力 C ．龙卷风使物体受到的重力变小 D ．迷信说法中的“龙’把物体“抓”到空中 9．让自来水流过如图13-20所示的装置，当水流稳定后（ ） A.P 点流速等于Q 点流速 B.P 点流速小于Q 点流速 C.P 点压强大于Q 点压强 D.P 点压强小于Q 点压强 10．如图13-21所示，将A 、B 两纸片的上端提起，让纸片自由下垂，当向纸片中间用力吹气时，会发生的现象是（ ） 图 13-20 图13-19
第三章流体动力学基础 描述流体运动的两种方法： 拉格朗日法和欧拉法。除个别质点的运动问题外，都应用欧拉法。 拉格朗日法：是以个别质点为研究对象，观察该质点在空间的运动，然后将每个质点的运动情况汇总，得到整个流体的运动。质点的运动参数是起始坐标和时间变量t的连续函数。 欧拉法：是以整个流动空间为研究对象，观察不同时刻各空间点上流体质点的运动，然后将每个时刻的情况汇总起来，描述整个运动。空间点的物理量是空间坐标）和时间变量t的连续函数。 恒定流：各空间点上的运动参数都不随时间变化的流动。 非恒定流：各空间点上的运动参数随时间变化的流动。 一（二、三）元流：流体流动时各空间点上的运动参数是一（二、三）个空间坐标和时间变量的连续函数。 均匀流：流线是平行直线的流动。 非均匀流：流线不是平行直线的流动。 流线：表示某时刻流动方向的曲线，曲线上各质点的速度矢量都与该曲线相切。迹线：流体质点在一段时间内的运动轨迹。 流管：某时刻，在流场内任意做一封闭曲线，过曲线上各点做流线，所构成的管状曲面。 流束：充满流体的流管。 过流断面：与所有流线正交的横断面。 元流：过流断面无限小的流束，断面上各点的运动参数均相同。
总流：过流断面为有限大小的流束，断面上各点的运动参数不相同。流量：单位时间内通过某一过流断面的流体量。以体积计为体积流量，简称流量；以质量计为质量流量；以重量计为重量流量 非均匀渐变流：在非均匀流中流线近似于平行直线的流动。 水头线：总流或元流沿程能量变化的几何图示。 水力坡度：单位流程内的水头损失。 （简答）流线有哪些主要性质？流线和迹线有无重合的情况？答：流线性质：（1）在恒定流中，流线的形状和位置不随时间变化；（2）在同一时刻，一般情况下流线不能相交或转折。在恒定流中流线与迹线重合，非恒定流中一般情况下两者不重合，但当速度方向不随时间变化只是速度大小随时间变化时，两者仍重合。 试述流动分类：（1）根据运动参数是否随时间变化，分为恒定流和非恒定流；（2）根据运动参数与空间坐标的关系，分为一元流、二元流和三元流；（3）根据流线是否平行，分为均匀流和非均匀流。 不可压缩流体的连续性微分方程：不可压缩流体运动必须满足该方程。
第3章流体运动学 选择题： 【3.1】 用欧拉法表示流体质点的加速度a 等于：（a ）22 d d t r ；（b ）v t ??；（c ）()v v ??； （d ）()t ?+???v v v 。 解：用欧拉法表示的流体质点的加速度为 () d d t t ?= =+??v v a v v （d ） 【3.2】 恒定流是：（a ）流动随时间按一定规律变化；（ b ）各空间点上的运动要 素不随时间变化；（c ）各过流断面的速度分布相同；（d ）迁移加速度为零。 解：恒定流是指用欧拉法来观察流体的运动，在任何固定的空间点若 流体质点的所有物理量皆不随时间而变化的流动. （b ） 【3.3】 一元流动限于：（a ）流线是直线；（b ）速度分布按直线变化；（c ）运 动参数是一个空间坐标和时间变量的函数；（d ）运动参数不随时间变化的流动。 解：一维流动指流动参数可简化成一个空间坐标的函数。 （c ） 【3.4】 均匀流是：（a ）当地加速度为零；（b ）迁移加速度为零；（c ）向心加 速度为零；（d ）合加速度为零。 解：按欧拉法流体质点的加速度由当地加速度和变位加速度（亦称迁移加速度）这两部分组成，若变位加速度等于零，称为均匀流动 （b ） 【3.5】 无旋运动限于：（a ）流线是直线的流动；（b ）迹线是直线的流动；（c ） 微团无旋转的流动；（d ）恒定流动。 解：无旋运动也称势流，是指流体微团作无旋转的流动，或旋度等于零的流动。 （d ） 【3.6】 变直径管，直径1320mm d =，2160mm d =，流速1 1.5m/s V =。2V 为：（a ） 3m/s ；（b ）4m/s ；（c ）6m/s ；（d ）9m/s 。 解：按连续性方程， 22 1 12 2 4 4 V d V d π π =，故
1.在流体中运动 教学目标 1.知识与技能 知道流体的压强与流速的关系：流速大的地方压强小，流速小的地方压强大；了解升力是怎样产生的. 2.过程与方法 通过观察法、实验法探究流体的压强与流速的关系，通过分析推理法探究飞机的升力是怎样 产生的；通过制作“鸟翼模型”，训练学生的动手能力； 3.情感、态度与价值观 结合日常生活现象，激发学生兴趣；了解历史，加深人文素养. 教学重点、难点 流体的压强与流速的关系，探究飞机的升力是怎样产生的？ 教学器材 硬纸、吸管、两张活页纸、硬币一枚、纸条、多媒体教学视频 教学过程 教师活动学生活动 一、设境激趣,导入新 课 (5分钟) 引入：我要飞得更高，像鸟儿一样在天空自由 自在的翱翔，是人类千百年来的一个梦想.为 了实现这个梦想人类一直在不断的努力，那你 知道依据鸟儿飞翔的原理而设计第一个滑翔 机的人是谁吗？ 学生回答问题，若可以回 答，教师做必要的补充；若 不能回答，教师在图片的引 导下，介绍奥托·李林达 尔. 奥托·李林塔尔 0tto Lilienthal （1848-1896）为德国工程师和滑翔飞行家， 世界航空先驱者之一.他最早设计和制造出实 用的滑翔机，是世界上公认的“滑翔机之 父”． 现在航空设计师已经掌握了这项让大型 客机升空的技术，同学们你们想知道这项技术 吗？那就同老师一起学习这一节课《在流体中 运动》 学生了解到滑翔机之父 ——李林达尔 .
二、师生互动,探究新知 (10分钟)引导学生进行体验小实验： 实验一，取两张活页纸，手握两张纸，让 纸自然下垂，如果在两张纸中间向下吹气，你 猜两张纸将怎样运动．试试看. 实验二，把一张小纸条放在嘴边，从纸条 上方沿纸条吹气，会看到什么现象？ 学生动手操作,并回答：两 张纸向一起靠拢,纸条居然 飞了起来(这里和他们日常 生活中以为只要吹气活页 纸就会分开，纸条向下方运 动不同,引起学生好奇)； 要得出两个小实验中为什么会出现这个 现象，我们来探究一下纸条上方的流速和压 强； 探究实验：气体压强与流速的关系 提出问题： 猜想与假设： 进行试验： 学生自主进行硬币跳高实验 学生根据引导一步一 步解决问题； 提问： 从这个实验中，我们得出流速和压强有什 么样的关系？ 吹硬币上方，导致硬币上方的流速比硬币 下方的流速大；硬币上升，说明纸条上方的压 强比下方小；硬币上方的流速大、压强却小， 说明流速与压强之间的关系是什么? 观察实验现象，思考并讨论 得出:气体流速与压强的关 系:气体中的压强,流速较 大的位置,压强较小;流速 较小的位置,压强较大. 三、启发引导,归纳总 结(10分钟) 气体由于具有流动性所以具备流速变化 的条件，那液体呢？那应该如何完善我们刚才 所得出的结论呢？ 伯努利原理——流体在流速大的地方压 强小,流速小的地方压强大. 学生自己用逻辑的语言阐 述自己的结论，并和书上的 结论对照. 向学生介绍这就是著名的 伯努利原理 四、模型探究,知识迁移(10分钟）1、学生利用观看视频，结合流体压强与流速 的关系分析鸟和的升力究竟是怎样产生的.飞 机的机翼和鸟翼有什么共同的特点？ 2、师生共同讨论总结: 鸟翼上方空气流速快,压强小:鸟翼下方空 学生学生回答：列举出共同 点（两支翅膀、头、尾等等） 思考；飞机的机翼和鸟翼有 几乎相同的结构. 我们可以通过流速和压强 的关系来解释升力是怎样
《10.1在流体中运动》教案 【 教学目标 】 １.知识与技能 知道流体的压强与流速的关系：流速大的地方压强小，流速小的地方压强大；了解升力是怎样产生的。 ２.过程与方法 通过观察法、实验法探究流体的压强与流速的关系，通过分析推理法探究飞机的升力是怎样产生的；通过制作“鸟翼模型”，训练学生的动手能力； 3.情感、态度与价值观 通过制作“鸟翼模型”，感受自然界的奇妙和人类的伟大。 【教学重点】 流体压强和流速的关系。 【教学难点】 设计和组织学生认识升力。 【实验器材】 教师用器材 PPT 课件、带窗帘房子模型一个、电吹风机一个、洗衣机排水管一个、彩纸。 学生用器材 纸条、纸张、兵乓球、漏斗、小吸管、塑料杯、装有水水槽、木块、注射器、 【 教学过程 】 教师活动设计 学生活动设计 来一、新课引入 （ 1 ）模拟“风吹窗帘”的实验 （ 2 ）模拟“天女散花’实验 学生感受流体压强现象 二[新新新授内容 1.实验探究：鸟是怎样翱的 （ 1 ）让学生说是谁第一个网][利用仙鹤翅膀的形状设计滑翔机的学 #科# 学生回答问题。 [来源:21世纪教育网21世纪教育网[来源:21世纪教育网[21世纪教育网
（ 2 ）引导学生分析不同鸟类鸟翼的共同特点。学生讨论并总结鸟的翅膀的共同特点。 ( 3 )让学生制作鸟翼模型，并巡回指导。用吹风机正对鸟翼模型吹风，观察气流对鸟翼的作用； 学生观察现象，思考为什么向上运动。 2、实验探究：流体压强与流速的关系引导学生分析鸟翼的升力是由于 对它吹风前后，上面的压强和下 面的压强有什么变化，引出流体 压强与流速有关 学生思考讨论交流回答。 （ 1）让学生对流体压强与流速 有什么关系说出猜想，让学生设 计并做实验，教师巡视指导。 学生设计并做实验分析得出 结论，并到前面展示实验成 果。 （ 2）让学生把流动气体和流动 液体的压强规律归纳出流体压强 的规律，教师板书“伯努利原理”。 学生思考并回答。 （ 3 ）让学生利用器材做相关实 验，并用伯努利原理来解释 学生操作并展示、解释。 （ 4 ）引导学生解释引入新课的 两个实验现象的原因。 学生交流并回答。 3、升力是如何产生的让学生解释鸟翼和飞机的升力产 生的原因 学生结合鸟翼模型回答。 4、伯努利原理的应用 让阅读课本62页最后一自然段 并结合生活和生产实际，那些地 方应用了流体压强。 学生交流思考并回答 三、课堂小结引导学生谈这节课的收获。学生谈收获。 四、达标练习让学生做达标练习。学生做题并回答。 五、作业课后63页自我评价1、2、3、4题。 【板书设计】 1升力 2伯努利原理：流体在流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。
第４章颗粒在流体中的运动 习题 1.什么是体积分数、质量分数？两者的关系如何?已知石英与水的密度分别为２65０ｋg/ｍ3和100０kg/m3,将相同质量的石英砂和水配置成悬浮液,求悬浮液的质量分数、体积分数、物理密度和黏度？ 2．牛顿流体和非牛顿流体的有效黏度和微分黏度有何特点?什么叫屈服切应力?哪些非牛顿流 3．什么是自由体的流变特性可用幂律模型描述?幂律模型中的参数K和n有何物理意义？? 沉降？什么是干涉沉降?4 ?．已知石英与水的密度分别为2650kg／m３和100０kg/m3,水的运动黏度为1.0０7x10-6 m2/s，求直径为０．2ｍm的球形石英颗粒在水中的自由沉降速度、雷诺数和阻力系数? 5 已知煤与水的密度分别为1350kg/m3和1000kg/m3，水的运动黏度为1.007x1０－6m2/ｓ,测得 6.已知球形石英颗粒的某个球形煤粒在水中的自由沉降速度为0.02４１5m/s，求煤粒的直径?? 直径为0.2mｍ,密度为26５0kg/m3,某液体的密度为９80kｇ／m3，用落球法测量该液体的粘度时,测得球形石英颗粒的自由沉降速度为0．０1 m／s,请运用(4－２3)和（4-３1)式推导出求粘度的计算公式,并计算该液体的动力粘度和运动粘度。 7.干涉沉降实验测得悬浮体的体积分数为0.4时,上升水流速度为0．006５ｍ/s,体积分数为0．2时,上升水流速度为０.020５m/ｓ,求干涉沉降速度公式中V０与n的值。8 ?.假定某种物料的ｎ值服从（4-５２)式，当雷诺数为1０时,干涉沉降的ｎ值为３．4６；当雷诺数为100时,干涉沉降的n值为2.8９;当雷诺数为50时,干涉沉降的n值为多少？（取k=４．５3) 9.已知石英与水的密度分别为２6５0kg／m3和１000kg/m3,水的运动黏度为1.００7x10-６ｍ2/s,用直径为０.0005m的球形石英粒群与水配制成容积浓度为0.4的悬浮液，请估算球形石英粒群的干涉沉降速度（取k=4.53，ψt＝0.11,ｎS=4.６5)。
物体在流体中运动所受到的作用力
物体在流体中运动所受到的作用力 北京教育学院物理系叶禹卿 在中学物理中，研究了自由落体、单摆、抛体、振动等物体的运动。研究时，认为物体在空气和水（流体）中运动时，没有受到流体的作用力，物体的运动是“在理想情况下的运动”。在进行中学物理教学时，应当让学生理解和掌握这种物体的“理想运动”规律。但是也应当清楚：在流体中运动的任何物体，都受到流体的作用力，有些情况下的作用力还很大，明显地影响了物体的运动状态。 对于物体在流体中运动的实际情况，我们应当有所了解。本文仅介绍实际流体对在其中运动物体的阻力、压力，研究一些在流体中运动的实际物体运动规律，简要分析和说明有关理论与实际联系一些问题。 一、对流体的认识 流体由连续分布的介质组成，有自身的结构和特点。物体在流体中运动时，对组成流体的介质有作用，也必定受到介质的反作用。在过去的中学物理中，基本不讨论流体问题。现在，初中和高中都增加了有关流体的内容。例如，在高中实验教材第一册增加了“流体的阻力”“伯努利方程”等，对流体的主要性质及其运动规律做了简单分析。 1．流体具有易流性、粘性和压缩性 易流性是流体在切向力作用下，容易发生连续不断变形运动的特性。液体和气体与固体的差异，或者说流体最显著的特征就是具有“流动性”或者“易流性”。 如果对静止的流体施加一个切向力，即使这个力多么微小，流体也将沿着力的方向运动。流体具有易流性的原因，是流体既不能承受拉力、也不能承受切向力。由于流体具有易流性，所以流体没有固定的形状，并且在流动中能与外界发生各种传输作用。理想流体和实际流体都具有易流性。理想流体的易流性比实际流体更强。气体只能传递纵波、液体主要传递纵波的原因就是流体的易流性。 理想流体是没有粘性的，其内各部分之间不存在切向作用力。实际流体与理想流体的主要差异是实际流体有粘性。粘性大小用粘性系数表示。粘性系数由流体自身的性质
第三章流体动力学基础 本章是流体动力学的基础。主要阐述了流体运动的两种描述方法,运动流体的基本类别与基本概念，用欧拉法解决运动流体的连续性微分方程、欧拉运动微分方程及N-S方程。此外，还阐述了无旋流与有旋流的判别，引出了流函数与势函数的概念，并且说明利用流网与势流叠加原理可解决流体的诸多复杂问题。 第一节流体流动的基本概念 1.流线 （1）流线的定义 流线（stream line）是表示某一瞬时流体各点流动趋势的曲线，曲线上任一点的切线方向与该点的流速方向重合。图3-1为流线谱中显示的流线形状。 （2）流线的作法： 在流场中任取一点（如图3-2），绘出某时刻通过该点的流体质点的流速矢量u1，再画出距1点很近的2点在同一时刻通过该处的流体质点的流速矢量u2…，如此继续下去，得一折线1234 …，若各点无限接近，其极限就是某时刻的流线。 流线是欧拉法分析流动的重要概念。 图3-1 图3-2 （3）流线的性质（图3-3） a.同一时刻的不同流线，不能相交。图3-3 因为根据流线定义，在交点的液体质点的流速向量应同时与这两条流线相切，即一个质点不可能同时有两个速度向量。 b.流线不能是折线，而是一条光滑的曲线。 因为流体是连续介质，各运动要素是空间的连续函数。 c.流线簇的疏密反映了速度的大小（流线密集的地方流速大，稀疏的地方流速小）。 因为对不可压缩流体，元流的流速与其过水断面面积成反比。 （4）流线的方程（图3-4） 根据流线的定义，可以求得流线的微分方程：图3-4
设d s为流线上A处的一微元弧长: u为流体质点在A点的流速: 因为流速向量与流线相切，即没有垂直于流线的流速分量，u和d s重合。 所以即 展开后得到：——流线方程（3-1） （或用它们余弦相等推得) 2.迹线 (1)迹线的定义 迹线(path line)某一质点在某一时段内的运动轨迹线。 图3-5中烟火的轨迹为迹线。 (2)迹线的微分方程 （3-2） 式中，u x,u y,u z均为时空t,x,y,z的函数，且t是自变量。图3-5 注意：流线和迹线微分方程的异同点。 ——流线方程 3.色线（colouring line) 又称脉线，是源于一点的很多流体质点在同一瞬时的连线。 例如：为显示流动在同一点投放示踪染色体的线，以及香烟线都是色线。图3-6 考考你：在恒定流中，流线、迹线与色线重合。 流线、迹线、色线的比较： 概念名 流线是表示流体流动趋势的一条曲线，在同一瞬时线上各质点的速度向量都与其相切，它描述了流场中不同质点在同一时刻的运动情况。