第九章第四节流体压强和流速的关系
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流速和压强的关系原理
流速和压强有一定的关系,这是由于流体动力学中的质量守恒和动量守恒原理导致的。
1. 质量守恒原理:根据质量守恒原理,流体在流动过程中,其质量的流入量必须等于流出量。
假设流体通过管道流动,管道中单位时间内通过截面积A1和A2的质量分别为m1和m2,则质量守恒原理可写为m1 = m2。
根据流体的质量守恒公式m = ρAv(其中m为质量,ρ为密度,A为截面积,v为流速),可以得到ρ1A1v1 = ρ2A2v2,即ρ1v1 = ρ2v2,其中ρ1和ρ2分别为两个截面积处的流体密度。
根据该式可以得到:流速和密度成反比。
2. 动量守恒原理:根据动量守恒原理,流体在流动过程中,其动量量的流入量必须等于流出量。
流体在管道中存在压强,压强差使得流体产生推力,根据牛顿第二定律(F = ma),这个推力产生的加速度会改变流体的动量。
假设管道中单位时间内流体通过截面积A1和A2,单位时间内施加在流体上的推力分别为F1和F2,则根据动量守恒原理可得F1 = F2。
根据流体的动量公式mv,可以得到p1A1v1 = p2A2v2,即p1v1 = p2v2,其中p1和p2分别为两个截面积处的流体压强。
根据该式可以得到:流速和压强成正比。
综上所述,流速和压强之间存在直接正比关系。
当流速增加时,压强也会增加;当流速减小时,压强也会减小。
流体压强与流速的关系学习要点1.知道流体具有流动性.2.了解流体流动时压强的特点:在流体稳定流动的过程中,流速较大的位置,流体的侧压强较小;流速较小的位置,流体的侧压强较大.3.了解机翼升力产生的原因.4.能用流体流动时压强的特点简单解释生活中的一些现象.较大.3.了解机翼升力产生的原因.4.能用流体流动时压强的特点简单解释生活中的一些现象.重点讲解1.流体的流速和管的横截面积的关系如上图所示,当液体稳定流过粗细不均匀的管子时,因为没有液体从管壁流入和流出(液体具有不可压缩性),所以在相等的时间内流经每一横截面的液体的体积一定相等.设是液体流经横截面的速度,是液体流经横截面的速度.则在单位时间内流经的液体的体积等于,流经液体的体积等于.所以有:.或写成:.即在同一根管子中,对于不可压缩的液体来说,流经管内任何一个截面的速度与截面积的大小成反比.即液体在管内稳定流动时,管子细的地方流速大,粗的地方流速小.2.流体的压强和流速的关系如上图所示,取—根粗细不均匀的管子,并且在粗细不同的地方各接上几根上端开口的竖直细管.当液体稳定流过时,会看到流体在各竖直管中上升的高度是不同的.管子细的地方上升的高度比较低,管子粗的地方上升的高度比较高.竖直细管下面的压强,等于细管中液体的压强与液面上的大气压强之和.竖直管里的液柱高,表示这个细管下面的压强大;液柱低,表示这个细管下面的压强小.因此可以得出结论:液体在管中稳定流动时,管子粗的部分压强大,管子细的部分压强小.参看以下动画:当气体在管中流动时,也可以得出同样的结论.如图所示,管子的粗部和细部连接着一根细管,细管中有液体.当管中的气体不流动时,细管两边的液面是相平的.若使气体在管中作稳定流动,则发现接在粗部细管中的液面下降,接在细部细管中的液面上升.这表示粗部气体的压强大,细部气体的压强小.由以上讨论可得出如下结论:流体在管中稳定流动时,在管子细的地方,流速大,压强小;在管子粗的地方,流速小,压强大.3.机翼的升力产生的原因:飞机飞行时,机翼上下方空气流动的快慢不同,机翼的上下方产生的压强差是机翼升力产生的原因.飞机飞行时,机翼的形状决定了机翼上下表面流动的空气流速是不同的.机翼横截面的形状一般上方弯曲,下方近似于直线,(严格地说机翼表面呈流线型).飞机飞行时,空气跟飞机做相对运动.由于上方的空气要比下方空气行走较长的距离,机翼上方的空气流动比下方要快,压强变小;与其相对,机翼下方的空气流动较慢,压强较大,致使机翼上面比下面气流速度快.结果上面气流对机翼的压强比下面气流对机翼的压强小,这一压强差就是使飞机获得竖直向上的升力的原因.参看以下动画:典型例题例1在一条河的两个宽窄不同的地方,如果水流的速度相同.那么这两处水的深度有什么不同?分析与解答:根据流体的流速与管(这里是河流)的横截面积的关系,既然水在宽窄不同的两处流速相同,那么水在两处的横截面积也应该相等.所以宽处的水浅些,而窄处的水深些.注意:水流的横截面积不仅与河的宽窄有关,还和水的深度有关系.例2桌面上放着两只乒乓球,相距约1cm,如果用细口玻璃管向两球之间吹气.会发生什么现象?错解:向两只乒乓球之间吹气,因为乒乓球很轻,所以会看到乒乓球向两边滚动而离得越来越远.警示:用细口玻璃管向两只乒乓球之间吹气,吹出的气流速度很大,根据流体的压强和流速的关系可知,流速越大,压强越小.因此两乒乓球之间气体的压强减小。
第九章第4节流体压强与流速的关系教案【教学目标】1、了解流体压强与流速的关系,并能用其解释一些生活现象。
2、了解飞机的升力是怎么产生的。
【教学重难点】重点:流体在流速大的地方压强小,在流速小的地方压强大。
难点:了解飞机机翼的形状及飞机升力产生的原因。
【教学方式】小组合作实验探究、班级师生交流。
【教学用具】乒乓球若干个、大号注射器2支、水槽2个、若干张纸、硬币9个、笔、漏斗、飞机升力演示器。
【教学过程】一、情景引入演示实验:(吸引学生注意力)吹风实验。
电吹风向上吹风,在气流的上方置一乒乓球,乒乓球悬在空中,可以向不同方向运动。
其中的奥秘是什么呢?今天我们一起来学习第九章第4节流体压强与流速的关系,共同探究其中的奥秘。
【教学过程】课件展示两张图片:腾空而起的飞机、破浪前进的水翼船。
师:什么是流体?同学们仔细观察这两幅图,图中有气体和液体,它们有什么共性?生:都具有流动性师:具有流动性的气体、液体统称为流体。
(板书)师:前面我们学习过液体内部的压强和大气压强,它们都是流体静止时的压强。
当液体和气体流动时,会产生奇特的现象,下面我们一起观察几个小实验,请同学们思考你们看到的视频哪个现象是真的?(播放视频)流体压强与流速的关系(板书)师:哪位同学可以说说你的看法?生:我认为第一个想象是真的,其他都是假的。
师:怎么知道同学们说的是否正确呢?生:通过实验。
师:对,实验是检验真理的最好办法。
二、互动新授你们桌面上有些材料,你们按小组合作完成以下实验,验证你们的判断。
并完成实验记录表格。
(一)学生实验1.将一枚硬币放在水平桌面上,在硬币前方放一把刻度尺(或笔)架起一个栏杆,在硬币上方水平吹一口气,硬币能越过栏杆,这是真的吗?2.把注射器装满水,将两个乒乓球靠近些放在水槽中,用注射器向乒乓球中间喷射水流,乒乓球被水流推到两边了,这是真的吗?3.用一个漏斗,在漏斗下面放一个乒乓球,用力给漏斗向下吹气,乒乓球被吹下来了,这是真的吗?4.将两张纸拿起,让纸张自由下垂,在两张纸中间正上方,从上往下吹气,两张纸向外飞起了,这是真的吗?(二)现象汇总、得出结论师:同学们基本都完成实验了,刚才你们判断对了吗?哪位同学可以代表你们小组告诉老师?你们看到的现象是什么?产生这个现象的原因是什么?生:我们小组做的是硬币跳高实验:在硬币上方吹起时,空气流速大压强小,硬币下方空气流速小压强大,形成向上的压强差,进而有向上的压力差,所以硬币能跳起来。
第四节流体压强与流速的关系把握要点1.流体压强与流速的关系(1)液体和气体具有____________,统称为流体。
(2)液体在流速大的地方压强较____________,在流速小的地方压强较____________。
气体在流速大的地方压强也较____________,在流速小的地方压强也较____________。
答案:流动性小大小大2.升力的产生由于机翼横截面的形状上下不对称,因而机翼上方气流速度较____________,它对机翼的压强较____________;下方气流速度较____________,它对机翼的压强较____________。
因此在机翼的上下表面产生了____________,这就是向上的升力。
答案:大小小大压强差学前导航对于流体压强和流速之间的关系,同学们可以就地取材通过一些实验探究,发现规律。
同学们可利用这一规律解析生活中的许多现象。
如足球运动员踢出的“香蕉球”、乒乓球运动员拉出的弧圈球、火车站台上的安全线的设置等。
难点突破怎样理解流体压强与流速的关系?剖析:气体和液体在流动过程中,由于受物体形状、表面积等因素的影响,流动速度并不是各处都相等的。
比如:两幢高楼之间的风吹得特别急;河水在河道狭窄处流得比宽阔处快,而流动着的气体或液体的压强又与流动速度有关。
这是为什么呢?对着两张平行放置的纸的中间吹气,这样使得两纸中间的气流速度增大,而两纸外侧的气流速度相对较小,两纸会向中间靠拢,说明两侧的空气向中间的压力大于中间的空气向两侧的压力。
可见空气流速大的地方压强较小,流速小的地方压强较大。
两只小船放入水盘中,用水管向两船中间冲水,两船向中间靠拢。
说明两侧的水向中间的压力大于中间的水向两侧的压力,可见液体流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。
很多事例都证明了:流体在流速大的地方压强较小,在流速小的地方压强较大。
例题精讲例1 (2005江苏无锡)据报道,在成都老成仁路琉璃场红砖桥附近的铁路桥道口,一名18岁的女孩在火车急驶而来时,为躲避火车,便坐在距离铁轨很近的石坎上,并低头捂住耳朵,谁知强大的气流将女孩的头发卷起,将其拖入车底,女孩当场死亡。
第九章压强第四节流体压强与流速的关系石嘴山市实验中学卜富余一、教材分析:本节内容是固体压强、液体压强、大气压强等知识之后的延伸,是压强部分的升华,本节内容与实际生活联系密切,真正体现“从生活走向物理,从物理走向社会”的科学理念。
本节课的特点是探究活动多、生动有趣,所得规律应用性强。
为了达到好的教学效果,必须调控好探究与讨论等几个主要教学环节,合理安排教学顺序。
二、学情分析:初二学生已经具备了一定的提出问题、进行实验探究、解决问题的能力。
在学完固体、液体和气体压强知识之后,还有一些物理现象是不能用固体压强、液体压强和气体压强来进行解释的,这再一次引发学生的疑问,激起学生的求知欲望,从而引领学生走入流体压强的学习。
三、设计理念本节课以实验探究为主线,以小组协作为形式,利用多媒体手段,展现情景,通过师生交流、互动,制定科学探究的方案,以有趣的小实验激发物理学习兴趣。
通过教师引导学生积极参与科学的探究活动,培养学生科学探究的精神。
四、教学目标知识与技能(1)了解流体压强与流速的关系,并能用其解释某些生活现象。
(2)了解飞机升力是怎样产生的。
过程与方法(1)经历实验探究,认识流体压强与流速的关系,学会收集、处理、交流实验中的信息,从而培养学生观察、提出问题的能力。
(2)利用流体压强与流速的关系解释生活实际现象。
情感态度与价值观领略气体压强差异所产生现象的奥妙,获得对科学的热爱和亲近感,培养学生敢于表达自己的想法,随时关注周围的人和事以及有关现象。
五、教学重难点1.教学重点:流体压强与流速的关系。
2.教学难点:利用流体压强与流速的关系解释飞机的升力及相关物理现象。
六、课前准备多媒体课件、直尺、一次性纸杯、乒乓球、漏斗、蜡烛、火柴、塑料吸管、盛有水的水槽、吹风机,塑料瓶盖。
七、教学过程(一)引入新课以四位同学进行漏斗吹乒乓球比赛引入提出问题:为什么没有人胜出?引发学生的强烈兴趣,引入新课。
(二)新课教学1.流体的概念流体:气体和液体都具有流动性,统称为流体(板书)流体压强:流体流动时的压强提出问题:流体压强与流体的流速之间有什么关系呢?演示:利用两张纸来向中间吹气,提出问题:将两张纸没有分开,反而靠在了一起,引导学生从周围的压强来分析。