第九章 压强
第4节 液体压强与流速的关系
知识能力全练
知识点一 流体压强与流速的关系
1.如图所示,将两只规格相同的乒乓球用轻质细线悬挂起来。当用吸管向两只乒乓球中间吹气时,两只乒乓球会 ( )
A.彼此远离 B.相互靠近 C.保持不动 D.均向左动
2.据《新浪网》2021年07月13日报道,山东沾化铲头李村龙卷风过后瓦砾横飞损失惨重,如图所示。龙卷风经过处为什么会造成这么大的破坏?这是因为龙卷风的实质是高速旋转向上的气流,使漩涡内的气体压强________,大气压把地面上的物体“压”入龙卷风内部,卷起的物体最终因为受到________的作用而落回地面。
知识点二 飞机的升力
3.在北京某科技馆内,有一个风洞实验室,一架模型飞机固定在托盘测力计上(如图所示)。无风时,托盘测力计示数为15牛;当迎面吹着飞机的风速达到20米/秒时,托盘测力计的示数为7牛,可以判定飞机受到了一个新的图力。根据你的分析,飞机受到的该力大小为________牛,方向________。
4.下图甲是我国自主研制的第三代先进战机——歼-10,飞机的机翼做成图乙的形状,飞机飞行时,机翼上方的空气流速比机翼下方的空气流速________一些,于是机翼上方所受空气的压强________于下方所受空气的压强而产生升力(填“大”或“小”)。
三年模拟全练
5.如图所示,当从管的左端吹气时,连通器两端A、B液面高度变化情况正确的是 ( )
A.A液面上升 B.A液面下降 C.B液面下降 D.A、B液面高度均不变
6.中国南极泰山站采用轻质材料装配而成,为避免被南极强横风吹得移位,其独特的支架悬空形状发挥了作用。泰山站的悬空形状接近于下列图 ( )
7.用两根长约20cm的饮料吸管A、B,设计一个实验,使盛在杯子里的水能从A管中喷出(如图所示)。写出操作方法(也可以用图描述操作方法)。
(1)A管中水面上升,是因为________________________________________。
(2)如果A管中的水上升到管口,会被气流吹散,说明力可以________。
(3)利用这个装置,可以制成____________________。
五年中考全练
8.(多选)如图所示能够说明流体压强与流速关系的是 ( )
9.唐代诗人杜甫有诗句“八月秋高风怒号,卷我屋上三重茅”。诗中秋风“卷”走“三重茅”主要是由于屋顶外侧空气相对于屋内空气的流速________、压强________,从而产生一个向________的力。
10.如图所示,泡沫块正沿粗糙斜面缓慢下滑,现用吸管沿泡沫块上表面吹气。请判断吹气过程中它将继续下滑还是停止滑动?写出判断理由。
核心素养全练
11.如图甲装置中A、B、C三节直径不同的塑料管连接在一起,左端连抽气泵,抽气时细管内气体流速比粗管内气体流速大。传感器与电脑相连,可显示出管中气体压强随时间变化的图像。如图乙是抽气泵在两个不同挡位抽气得到的图像。
(1)第15s时,________管内气体压强最大(选填“A”“B”或“C”),由此可得气体压强与流速的关系____________________
(2)由图像推测抽气泵换挡时间大约是在第________(选填“20s”“25s”或“30s”),换挡后A管内气体流速比换挡前________(选填“大”“小”或“相等”)。
12.飞机在空中飞行时都有一定的迎角(机翼轴线与水平气流的夹角)。飞机飞行时的升力除了与机翼形状有关外,是否还与迎角大小有关?为了研究这一问题,在老师的帮助下,小明利用电风扇、升力测力计、飞机模型,按图甲方式进行如下实验。
①闭合电风扇的开关,调节挡位使其风速最大,并使飞机模型的迎角为0°,记录测力计的示数。重复5次实验并计算升力平均值。
②改变迎角大小,使其分别为5°、10°、15°、20°,重复步骤①。
③处理相关数据得到“升力与迎角的关系”如图乙。
(1)本实验得出的结论是:____________________________________________________________。
(2)小明若要进一步研究“飞机的升力与其飞行速度的关系”。利用现有器材,如何操作可以模拟飞机不同的飞行速度?____________________________________________________________。
(3)资料显示:本实验结论与实际相符,且飞机迎角一定时,飞行速度越大升力也越大。若某飞机以500千米/时做水平匀速直线飞行时的迎角为θ1,而以800千米/时做水平匀速直线飞行时的迎角为θ2(θ1、θ2均小于15°)。请比较θ1、θ2的大小关系:____________________
【参考答案及解析】
第4节 流体压强与流速的关系
知识能力全练
1.对着两乒乓球的中间吹气,两乒乓球中间的空气流速变大,压强变小,小于两侧的气压,产生了一个向内的压强差,将两球压向中间,故两球相互靠近。
2.【答案】变小 重力
【解析】在流体中流速越大的位置压强越小,流速越小的位置压强越大。高速旋转的气流,内部气流运动速度大于外部气流运动速度,内部气体压强小于外部气体压强,所以物体在内外气压差的作用下被压入龙卷风。卷起的物体最终由于受到重力作用而落回地面。
3.【答案】8 竖直向上
【解析】无风时,托盘测力计示数为15N,说明飞机受到的重力为15N。对飞机吹风时托盘测力计的示数变为7N,示数减小,说明飞机受到了一个竖直向上的力,该力的大小为F=15N-7N=8N。
4.【答案】大 小
【解析】等质量的空气在相同的时间内同时通过机翼的上表面和下表面,由于上表面弯曲,所以机翼上方的空气流速就大于机翼前方的空气流速;而下表面平直,因此机翼下方的空气流速大致等于前方的空气流速,从而可以知道,机翼下方的空气流速就小于机翼上方的空气流速,所以机翼上方的压强小于机翼下方的压强,这样就产生了作用在机翼上的向上的升力。
三年模拟全练
5.B A液面上方管的横截面积大,空气经过A液面上方的流动速度小于经过B液面上方的流动速度,A液面上方的压强大于B液面上方的压强,所以A液面下降,B液面上升。
6.A A选项的设计中,风刮过屋顶,屋顶上方的空气流动速度小于屋顶下方的空气流动速度,故屋顶受到向上的压强小于向下的压强,受到的向下的压力大于向上的压力,能使整体更加稳定,不会被强横风吹得移位,所以A选项符合题意。
7.【答案】操作方法:把吸管A插在盛水的杯子中,吸管B的管口贴靠在A管的上端,往吸管B中用力吹气,如图所示。
(1)流体流速大的地方压强小 (2)改变物体的运动状态 (3)喷雾器
【解析】
(1)往B管中吹气,可以看到A管中的水面上升,是因为流体的压强与流速有关,流速越大,压强越小;
(2)水被吹散,本来上升的水珠变成水平运动,说明力可以改变物体的运动状态;
(3)喷雾器就是利用流体流速越大的地方压强越小的原理来工作的,与该实验的原理一致。
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8.BD 拦河坝设计成上窄下宽,是因为同种液体内部压强与液体的深度成正比,与流体压强无关,故A错。通过漏斗向下吹气,乒乓球上面的空气流速快,因此乒乓球上面的气压小于下面的气压,所以乒乓球被“托”了起来,故正确。由于吸盘内部气压小于外界大气压,所以大气将吸盘压在了玻璃上,与流体压强无关,错。列车快速通过时,轨道处的空气流速快,气压低,轨道外围的大气压强大于轨道处的气压,所以会将靠近列车的人“压入”轨道,造成危险,所以人应该在安全线以外候车,故D正确。
9.【答案】大 小 上
【解析】秋风刮过屋顶,屋顶上方的空气流动速度大,压强小;屋内空气流动速度小,压强大,屋顶受到向上的压强大于向下的压强,产生一个向上的力,所以秋风“卷”走屋顶茅草。
10.【答案】继续下滑。用吸管吹气过程中,泡沫块上表面空气流速快,压强小,泡沫块受到向上的压力差,从而使其对斜面的压力减小,受到的摩擦力减小,所以将继续滑动。
【解析】从流体压强与流速的关系、影响摩擦力的因素等角度进行分析作答。
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11.【答案】(1)C 气体流速越小,压强越大 (2)20s 大
【解析】本题结合图像考查了信息收集处理能力和推理分析能力。
(1)由题图乙可知,在第15s时,A管内气体的压强最小,C管内气体的压强最大,三个塑料管的空气流量相同,A管横截面积最小,气体流速最大,管横截面积最大,气体流速最小,由此可知,气体压强与流速的关系为:气体流速越小,压强越大;
(2)由题图乙可知,20s时三个管内的气体压强同时开始减小,可推测抽气泵此时开始换挡,换挡后管内气体的压强变小,说明流速比换挡前大。
12.【答案】
(1)飞机以一定的速度飞行时,迎角从0°到20°,随着迎角的增大,飞机所受升力先增大后减小,15°附近时达到最大
(2)改变电风扇的挡位来改变风速大小
(3)θ1>θ2
【解析】本题以实验探究题的形式综合考查了“获取和处理信息”“制订科学探究方案”“应用物理知识解决实际问题”以及“进行分析和推理”等多种物理学科核心素养。
(1)由图乙可以看出:飞机以一定的速度飞行时,迎角从0°到20°,随着迎角的增大,飞机所受升力先增大后减小,15°附近时达到最大;
(2)小明若要进一步研究“飞机的升力与其飞行速度的关系”,需要控制迎角相同,改变飞行速度,在实验中通过改变电风扇的挡位来改变风速大小;
(3)飞机在水平匀速直线飞行时升力一定,根据“飞机迎角一定时,飞行速度越大升力也越大”和图乙知,迎角小于15°的情况下,飞机飞行时升力一定,速度越大,迎角越小,所以θ1>θ2。
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