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流体的压强与流速的关系
1.流体压强和流速的关系:当流体稳定流动时,在流速越大的地方压强越小,在流速越小的地方压强越大。
2.生活中的应用:火车站人要站在安全线以外;飞机的机翼产生升力;鼠洞的通风系统;乒乓球的上旋和下旋等。又如航海规定两艘轮船同向航行时不能靠得太近,否则容易造成事故。 www-2-1-cnjy-com
3.飞机的升力:机翼上方气流通过的路程长,速度大, 它对机翼上表面的压强较小;机翼下方气流通过的路程较 短,速度小,它对机翼下表面的压强较大。这样,机翼上、 下表面就存在着压强差,因而有压力差,这就是产生升力的原因。21*cnjy*com
典例精析
例1、)高铁站台边缘一定距离的地方都标有安全线,人必须站到安全线以外区域候车,否则当有列车驶过时是非常危险的,这是因为( )21cnjy.com
A.气体流速大压强小,人会趋向列车 B.气体流速大压强大,人会远离列车
C.气体流速小压强小,人会趋向列车 D.气体流速小压强大,人会远离列车
【答案】A
【解答】解:当列车驶进站台时,会带动人和车之间的空气流动速度加快,此时人外侧的空气流动速度慢;根据流体压强与流速的关系可知,人外侧空气流速慢压强大,而内侧流速快压强小,会产生一个向内侧的压强差,将人推向火车,易出现危险。
故选:A。
变式1、(2023 和田市模拟)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( )
A.流速小,压强小 B.流速小,压强大
C.流速大,压强大 D.流速大,压强小
【答案】D
【解答】解: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,产生一个向上的压强差和压力差,所以秋风“卷”走屋顶茅草,故D正确、ABC错误。21教育名师原创作品
故选:D。
例2、如图是一只三端开口的T形玻璃管,当从B端向管中吹气时,A管中的水面会( )
A.下降 B.上升
C.仍与管外液面相平 D.无法判断
【答案】B
【解答】解:如图是一只三端开口的T形玻璃管,从B端向管中吹气时,A管上方的空气流速变大,压强减小,所以A管中的水面会上升;21教育网
故选:B。
变式2、有一种家庭使用的淋浴器,设备很简单,设计却很巧妙,如图甲所示。淋浴器有两个进水口,一个是冷水口,一个是热水口,冷水口直接与自来水管连接,热水口的管道很细,插在热水壶或热水瓶里。使用的时候,拧开自来水龙头,热水会自动向上流,冷水、热水混合后,从喷头里喷出适宜淋浴的温水。其工作原理如图乙所示,冷水和热水是通过混合阀混合后变成温水的。混合阀像个三通管.冷水管比较粗,在汇合点附近突然变细。由于出水口狭窄便水流速度 (选填“加快”或“减慢”),出水口处压强 (选填“增大”或“减小”);水壶里的热水在 的作用下升到三通管中,与冷水混合后,从喷头喷出。21·cn·jy·com
【解答】解:混合阀是一个三通管,冷水管比较粗,但在汇合点附近突然变细,而热水管进水口正位于最细部,当打开冷水管水龙头时,冷水经过混合器最细部分时,由于管子突然变细,水流速度加快,细部分压强变的很小,热水壶中的热水在大气压的作用下被压上,进入混合阀和冷水混合,变成温度适宜的温水,从而从淋浴器的喷头处流出。
故答案为:加快;变小;大气压。
例3、(2023 江岸区模拟)如图所示,三个直径不同的塑料管a、b、c连接在一起(a管直径最大,c管直径最小),然后与抽气机相通。当抽气机抽气时,将三个气体压强传感器分别放入管内,将传感器与计算机相连,从计算机上就可以读出三个位置气体的压强值。图中显示器所显示的是“压强﹣时间”图象,则下列判断正确的是( )
A.a管中气体流速最快,压强最大
B.b管中气体流速最快,压强最小
C.c管中气体流速最快,压强最小
D.a管、b管、c管中气体流速相同,压强相等
【答案】C
【解答】解:读图可知,a、b、c三个位置中,a处最粗,c处最细,当气流流过时,c处的气体流速最快,压强最小。由坐标图可知,三条曲线中,最下面一条曲线表示随时间的变化,压强最小,故最下面一条曲线对应的塑料管是c管。2·1·c·n·j·y
故选:C。
变式3、(2023 越秀区一模)图中的乙是一个较长的连通器,在e上方持续水平吹气,水面稳定后如图所示,此时d、e处的气压为pd、pe,水面下b、c处水的压强为pb、pc。装有酒精的甲放在乙的左侧,酒精中的a处酒精的压强为pa,大气压保持不变,则(ρ水=1.0×103kg/m3,ρ酒精=0.8×103kg/m3)(以下空格均选填“大于”或“等于”或“小于”)2-1-c-n-j-y
(1)pd pe;
(2)pb pc;
(3)pa pb。
【答案】(1)大于;(2)等于;(3)小于。
【解答】解:(1)d与大气相通,pd处气压与大气相同,在e上方持续水平吹气,根据流体流速越大的位置压强越小,故pd大于pe;21·世纪*教育网
(2)液体压强p=ρgh中的h是与大气相连的自由液面以下的“深度”,因此图乙中,同一水平面上的b、c两点深度值均取大气相连的自由液面到b点竖直距离,所以pb等于 pc;
(3)由图甲、乙可知,b点的深度大于a点深度,且酒精密度小于水的密度,根据液体压强p=ρgh可知,pa小于pb。
故答案为:(1)大于;(2)等于;(3)小于。
实战演练
1.如图所示,在一只点燃的蜡烛边上,用吸管朝着未点燃的蜡烛吹气,可以看到蜡烛的火焰向未点燃的蜡烛偏移,将未点燃的蜡烛点燃,以下原理与其相同的是( )
A.覆杯实验 B.吸盘挂钩
C.真空压缩袋 D.飘出来的窗帘
【答案】D
【解答】解:如图所示,在一只点燃的蜡烛边上,用吸管朝着未点燃的蜡烛吹气时,烛焰右侧空气流速大、压强小,而烛焰左侧空气流速小、压强大,所以在压强差的作用下,蜡烛的火焰向未点燃的蜡烛偏移,将未点燃的蜡烛点燃。
A、覆杯实验中纸托住了水,说明大气压的存在,故A不符合题意;
B、用吸盘挂钩挂物件,是大气压将其压在墙上,能说明大气压的存在,故B不符合题意;
C、真空压缩袋是利用了大气压,故C不符合题意;
D、当刮风时,室外的空气流速大压强小,室内的空气流速小压强大,窗帘受到向外的压强大于向内的压强,把窗帘压向室外,故D符合题意。
故选:D。
2.如图是北美草原犬鼠洞穴的横截面示意图。下列有关洞内风向分析正确的是( )
A.风总是从A口吹入B口吹出
B.风总是从B口吹入A口吹出
C.风总是从A、B口同时吹入
D.风有时从A口吹入,有时从B口吹入
【答案】B
【解答】解:等质量的空气在相同的时间内通过出口的上表面,由于B出口平直,A出口向上突起,所以空气通过B出口上表面的流速小,压强大;通过后A出口上表面的流速大,压强小,在两个出口间形成一个向右的压强差,因此,地面上的风总是B口吹入A口吹出。
故选:B。
3.近期交警部门加大对电动车安装遮阳伞的检查、拆除力度,遮阳伞(如图所示)虽能遮挡阳光,但存在安全隐患。当电动车快速行驶时,下列说法正确的是( )
A.遮阳伞上边空气流速小,压强大,伞面被向下压
B.遮阳伞上边空气流速大,压强小,伞面被向上吸
C.遮阳伞下边空气流速小,压强小,伞面被向上吸
D.遮阳伞下边空气流速小,压强小,伞面被向下压
【答案】B
【解答】解:伞面“上凸下平”,当电动车快速行驶时,伞上方空气流速大,压强小;伞下方空气流速小,压强大,伞就受到一个向上的压强、压力差,伞面被向上压,故B正确。
故选:B。
4.如图所示,小汽车受到的重力为G,它在平直的高速公路上90km/h的速度行驶时,受到地面的支持力为F.若考虑周围空气对它的影响,则下列关于G和F的大小关系正确的是( )【版权所有:21教育】
A.G>F B.G=F C.G<F D.无法比较
【答案】A
【解答】解:
由题知,轿车做水平方向的匀速直线运动,所以竖直方向上受力平衡。
等质量的空气在相同的时间内同时通过汽车的上表面和下表面,由于汽车上表面弯曲,下表面平直,所以当汽车在平直的公路上快速行驶时空气通过汽车上表面的空气流速大,压强较小;通过汽车下方的空气流速小,压强大,所以汽车受到一个向上的升力。即有:F+F升力=G,所以轿车受到地面的支持力F小于车的重力。
故选:A。
5.如图所示,是中国科技馆的“球吸”展项,不吹风时两球静止,当风自下而上吹向两球中间时,两球会相互靠拢,出现“球吸”现象。这个实验现象揭示的物理原理,在下列四个事例中得到应用的是( )
A.拔火罐 B.孔明灯 C.飞机升力产生 D.潜水艇
【答案】C
【解答】解:
气流从两只空心球中间的缝隙通过,由于中间空气流速快、压强小,两侧空气流速慢,压强大,所以会发现两只小球向中间靠拢,其原理是流体压强与流速的关系。
A、拔火罐利用了大气压强的作用,与流体压强和流速的关系无关。故A不合题意;
B、孔明灯升空是利用了空气的浮力,没有运用流体压强与流速的关系。故B不合题意;
C、飞机的机翼“上凸下平”,使机翼上方的空气流速大、压强小,下方空气流速小、压强大,从而产生向上的压强差,即产生向上的升力,故C符合题意;
D、潜水艇是靠改变自身的重力实现上浮和下潜的,与流体压强和流速的关系无关。故D不合题意。
故选:C。
6.(1)如图甲所示,把长20cm左右的饮料吸管A插在盛水的杯子中,另一根吸管B的管口贴靠在A管的上端。往B管中吹气时,A管上方空气流速 (填“增大”或“减小”),压强 (填“增大”或“减小”),A管中的水面 (填“上升”、“下降”或“不变”)。21世纪教育网版权所有
(2)如图乙所示是一种水翼船,船体下安装了水翼。当船在高速航行时,水面下的水翼会使船体整体抬高从而减小水对船体的阻力,则水翼安装正确的图是 (填字母序号)。
【答案】(1)增大;减小;上升;(2)D
【解答】解:(1)当向B管吹气时,A管上方的空气流动速度增大,压强减小,A管下方压强不变,A管内的液体受到向上的压强大,液面上升;
(2)A、两个水翼都是上面平面,下面弧形,水经过上方流速小于下方流速,下方压强小于上方压强,水对船体产生一个向下的压力作用,故A不符合题意;
BC、两个水翼相反放置,两个水翼受到水的压力相反,对船体不会产生向上的升力作用,故BC不符合题意;
D、两个水翼都是上面弧形,下面平面,水经过上方流速大于下方流速,上方压强小于下方压强,水对船体产生一个向上的升力作用,故D符合题意。
故选:D。
故答案为:(1)增大;减小;上升;(2)D。
7.如图所示,气象气球上升过程中,受到的外界大气压逐渐 (选填“变大”或“变小”);飞机是利用流体流速越大、压强越 而获得升力升空的。
【答案】变小;小。
【解答】解:(1)大气压随海拔的升高而减小,所以气象气球上升过程中,受到的外界大气压逐渐变小;
(2)飞机机翼上凸下平,起飞时,上方空气流速快、压强小,下方空气流速慢、压强大,于是产生向上的升力。【出处:21教育名师】
故答案为:变小;小。
8.如图是翼装运动员表演时的情景,翼装的形状与机翼相似,这是利用空气流速越快的位置 来获得升力。随着其高度的降低,大气压强将会变 。此时,翼装运动员以大地为参照物,是 (选填“运动”或“静止”)的。
【答案】压强越小;大;运动。
【解答】解:(1)翼装上表面弯曲,下表面较平,上方空气流速越大,压强越小;下方空气流速越小,压强越大,所以翼装上方的气流对翼装的压强小于翼装下方的气流对翼装的压强,使翼装上下表面存在向上的压强差,这就是向上的升力;
(2)大气压的大小与高度有关,随着其高度的降低,大气压强将会变大;
(3)翼装运动员与大地之间有位置的变化,翼装运动员以大地为参照物,是运动的。
故答案为:压强越小;大;运动。
9.为了探究气体流动时压强大小的特点,小王将两纸片靠拢,纸片下端自然下垂,如图(a)所示。然后他向两纸片间慢速吹气,实验现象如图(b)所示,接着他快速吹气,实验现象如图(c)所示。
①分析比较图 可知:气体流动时,压强会变小。
②分析比较图(b)和(c)可知: 。
【解答】解:a图,未吹气时,两纸片内外侧气体流速相同,压强相等,纸片自然下垂;
当向中间吹气时,中间的空气流动速度增大,压强减小。纸外侧的压强不变,纸受到向内的压强大于向外的压强,受到向内的压力大于向外的压力,纸在压力差的作用下向中间靠拢,说明气体流速越大的地方压强越小;
c图比b图气体流速更快,纸片靠拢得更近,说明流速越大,压强越小;流速越小,压强越大。
故答案为:a、b(或a、c);流速越大,压强越小;流速越小,压强越大。
10.爱动脑的小树同学,在学习了流体相关知识后,结合生活中和课堂上的观察,就提出了如下问题来考考大家。
(1)用自制仪器演示了如下实验:将一只去盖、去底的饮料瓶的瓶口朝下,把乒乓球放入瓶内并注水,看到有少量水从瓶口流出,此时乒乓球静止(如图1甲所示),然后用手堵住瓶口,一会儿乒乓球浮起来了(如图1乙所示)。
①乒乓球在图1甲位置静止时, (选填“受到”或“不受到”)水对其浮力;
②乒乓球从图1甲位置上浮到图1乙位置过程中,乒乓球受到的液体压强将 。
(2)请根据流体中流速与压强关系回答以下问题:
①如图2,小汽车的外形类似于飞机机翼上凸下平,当一辆飞奔的小汽车在平直的公路上匀速行驶时,小汽车受到的重力 (选填“大于”、“小于”或“等于”)地面对它的支持力;
②为解决某地下商城“工”字形通道中过道的通风问题,技术员设计了以下几种方案。如图3所示,黑色部分为墙面凸出部分,其中方案即有效、节能且过道风流向标注正确的是 。
【答案】(1)①不受到;②变小;(2)①大于;②C
【解答】解:(1)①因为浮力是由于物体上下表面压力差产生的,而甲图中小球下方没有水,因此小球不受浮力的作用;
②乒乓球上浮的过程中,距离水面的高度越来越小,由p=ρgh可知,受到的液体压强逐渐变小;
(2)①小汽车的外形类似于飞机的机翼,当一辆飞奔的小汽车在平直的公路上匀速行驶时,车子上方的流速大于车子下方空气的流速,因而车子上方气体的压强小于车子下方气体的压强,从而产生一个向上的升力,因此使得小汽车对地面的压力小于车的重力,所以小汽车受到的重力大于地面对它的支持力;
②为解决某地下商城“工”字形通道中过道的通风问题,让过道中空气流动起来,那就要使过道两侧通道空气流速不同,从而使两侧通道压强不同,通过这个压强差促使通道内空气流动产生通风的效果,根据探究实验结论,我们只要在两通道的其中一个加凸起,就可以保证两侧有压强差,为了节能我们也没有必要加装换气扇,综上所述此题应选C。
故答案为:(1)①不受到;②变小;(2)①大于;②C。
11.在“小实验、小制作”比赛活动中,物理兴趣小组利用身边的小玻璃瓶、单孔橡皮塞、两端开口的透明吸管、水,展示了如图实验。
(1)“力学实验”。如图甲,用带着厚手套的双手挤压玻璃瓶,我们看到玻璃管内水柱高度将升高,这一现象说明力的作用效果是改变物体的 。
(2)自制水气压计。如图乙,提着瓶子从一楼走到四楼,观察到吸管中的液面 (选填“上升”“下降”或“不变”),说明了大气压强随海拔高度升高而 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)自制“喷雾器”。如图丙,往B管中吹气,可以看到A管中的液面上升,这表明在气体中,流速越大的位置压强 (选填“越大”“越小”或“不变”)。
【答案】(1)形状;(2)上升;减小;(3)越小
【解答】解:
(1)用双手挤压玻璃瓶,因瓶子的容积会减小,玻璃瓶中的水已灌满且体积一定,所以会观察到细玻璃管内的水面上升;这一现象说明力是使物体发生形变的原因;
(2)大气压不是固定不变的,随着高度的升高而减小,所以提着瓶子从一楼走到四楼,观察到吸管中的液面上升。
(4)往B管中吹气,可以看到A管中的水面上升,原因是:往B管中吹气,吸管A上方空气的流速变大,压强减小,A管中液体受到向上的压强大于向下的压强,所以A管水上升。表明在气体中,流速越大的位置压强越小。
故答案为:(1)形状;(2)上升;减小;(3)越小。
12.在气体中,流速越大的位置,压强越 ,如图所示,电风扇没有吹风时,托盘测力计示数等于机翼模型的重力大小,当电风扇转动对着机翼模型吹风后,托盘测力计的示数将 。
【答案】小;变小
【解答】解:在气体中,流速越大的位置,压强越小;
用电风扇对着机翼模型吹风,机翼上方流速大,压强小;测力计的读数等于机翼的重力减去机翼受到的升力,而机翼的重力是不变的,所以,测力计读数会减小。
故答案为:小;变小。
如图甲所示,我国自行研制的ZBD﹣05两栖步兵战车,是世界上水上行驶最快的战车。它具有独特的前部防浪板和尾部滑行板,水中航行时,两者配合可以降低阻力,提高速度,有力增强了我军抢滩登陆的能力,它的部分参数如表。已知ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg。则:
战车质量 26t
水上最大速度 25km/h
履带着地总面积 4m2
发动机功率 1100kW
(1)尾部滑行板设计成如图乙所示的水翼形状,使其在水中行驶时获得向上的抬升力,请你依据物理学原理解释获得抬升力的原因。21*cnjy*com
(2)战车在离岸10km的距离以最快速度冲击,可以多长时间到达岸边?
(3)战车在抢滩登陆接近水平岸滩时,收起尾部滑行板,履带已着地,但仍有4m3的车体浸在水中,如图丙所示,此时履带对地面的压强是多少?www.21-cn-jy.com
【答案】(1)流体在流速越大的地方,压强越小;在流速越小的地方,压强越大;
(2)战车在离岸10km的距离以最快速度冲击,可以0.4h到达岸边;
(3)地面对履带的压强是5.5×104Pa
【解答】解:(1)当船在水中高速航行时,水翼上表面凸起,它与船体间的水流速度大,压强小;水翼下表面的水流速度小,压强大,因此在水翼的上下表面存在向上的压力(压强)差,所以船便获得升力;所以物理学原理是流体在流速越大的地方,压强越小;在流速越小的地方,压强越大;
(2)根据v=可知,到达岸边的时间为:t===0.4h;
(3)根据阿基米德原理可知,战车受到的浮力为:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×4m3=4×104N;
战车的重力为:G=mg=26×103kg×10N/kg=2.6×105N;
地面对履带的压力为:F=G﹣F浮=2.6×105N﹣4×104N=2.2×105N;
履带受到的压强为:p===5.5×104Pa。
答:(1)流体在流速越大的地方,压强越小;在流速越小的地方,压强越大;
(2)战车在离岸10km的距离以最快速度冲击,可以0.4h到达岸边;
(3)地面对履带的压强是5.5×104Pa。
14.地效飞行器,作为贴海面或水面高速行驶的运载工具,兼具舰船及飞机的特点,在近海军事行动中,有广泛的用途。机翼下表面离地面很近,形成气流的堵塞,使机翼受到的升力增加,称为地面效应。由于地效这种特殊的现象,当飞机飞的特别贴近地面(或水面)时,它的升力会突然变得比正常情况下大很多。地效飞行器在飞行过程中受到的阻力较小,因此其速度也快得多。如图所示为某型号地效飞行器,如表是它的参数。升阻比是指飞行器在飞行过程中,升力与飞行阻力的比值。(g取10N/kg)
(1)地效飞行器贴近地面(或水面)高速飞行时,机翼上方气流流速比下方气流流速快。下列现象能用地效飞行器借助机翼获得升力的原理来解释的是 。(多选,填字母)
A.行驶的车上,窗帘往外飘
B.通过拍打窗帘来清除它上面的灰尘
C.用注射器吸取药液
D.站在列车站台上的安全线外候车
(2)飞行器空载停放在地面时,对地面的压强是多少?
(3)某次执行运输任务时,飞行器以最大载重起飞后,飞机的升阻比为25时,飞行器水平匀速飞行过程中前进的动力为多少?【来源:21·世纪·教育·网】
自重/kg 3300 最大载重/kg 1500 单次最大飞行距离/km 600 起落架轮数/个 6 空载吃水深度/m 0.5
升阻比 20~40 飞行高度/m 1~4 最大飞行速度/(km/h) 200 每个轮子与地面接触面积/cm2 200 满载吃水深度/m 0.7
(4)抵达目的地后,飞行器在水面降落时,底部被撞出一个面积为30cm2的洞,驾驶员立刻用质量不计的小钢片从内部堵住这个洞,则对小钢片施加的压力至少为多少?
【答案】(1)AD;(2)对地面的压强是2.75×105Pa;(3)飞行器水平匀速飞行过程中前进的动力为1920N;(4)对小钢片施加的压力至少为21N。
【解答】解:(1)地效飞行器的机翼能获得向上的升力,是应用了流速越大流体的压强越小的原理;
A、看到车上窗帘往外飘,是因为车外空气流速快压强小,车内空气流速慢压强大,从而产生向外的压力差,故A符合题意;
B、通过拍打窗帘清除它上面的灰尘,窗帘运动时,灰尘由于惯性将保持静止状态,则灰尘会脱离窗帘,是利用灰尘的惯性,故B不符合题意;
C、注射器吸取药液时,把注射器活塞往外拉时,注射器内的气体体积增大,气压减小,药液在管外的大气压的作用下进入注射器,故C不符合题意;
D、人在列车站台上候车要站在安全线外,是因为列车一侧空气流速大、压强小,人身后的空气流速小、压强大,会产生向列车一侧的压强差,使人发生危险,故D符合题意。
故选:AD;
(2)飞行器空载停放在地面时所受的重力:
G=mg=3300kg×10N/kg=3.3×104N;
静止时对地面的压力:
F=G=3.3×104N,
对地面的压强:
p===2.75×105Pa;
(3)当飞行器受到的升力大于总重时才能起飞;
地效飞行器满载的质量m=m自身+m载=3300kg+1500kg=4800kg,
飞行器满载的总重力G=mg=4800kg×10N/kg=4.8×104N,
飞行器水平匀速飞行过程中为平衡状态,
因此F升=G=4.8×104N,F动=f阻===1920N;
(4)由表格数据可知,满载吃水深度h=0.7m,
水对洞的压强p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.7m=7×103Pa,
洞的面积S=30cm2=3×10﹣3m2,
水对小钢片施加的最小外力F=p′S′=7×103Pa×3×10﹣3m2=21N。
答:(1)AD;(2)对地面的压强是2.75×105Pa;(3)飞行器水平匀速飞行过程中前进的动力为1920N;(4)对小钢片施加的压力至少为21N。【来源:21cnj*y.co*m】
15.大多数轿车的外形纵截面类似于飞机机翼的纵截面(俗称“流线型”),如图所示。这样设计的优点是可以减小汽车受到的阻力。当车静止在地面上时,车对地面的压力F (选填“>”“<”或“=”)车身重力G;但这种形状的轿车在高速行驶时,车对地面的压力F′ (选填“>”“<”或“=”)车身重力G,可能出现“发飘打滑”的现象,具有一定的危险性。
请用所学过的物理知识解释该现象: 。
【答案】=;<;等质量的空气在相同的时间内同时通过轿车的上表面和下表面,由于轿车上表面弯曲,下表面平直,所以空气通过轿车上表面的流速大,通过下表面的流速较小,流体中流速越大的地方压强越小,流速越小的地方压强越大,形成向上的压强差即压力差,对地面的压力减小,粗糙程度不变时,摩擦力减小,所以车会打滑,当车速达到一定数值时,升力就会克服车重而将车子向上托起,减少了车轮与地面的附着力,使车子发飘,造成行驶稳定性变差。
【解答】解:(1)车子静止在水平面上,车子对路面的压力等于重力;若车在水平路面上急速行驶,小汽车对地面的压力小于汽车的重力。原因是:小汽车外型是流线型,类似于飞机机翼,当汽车高速行驶时,相同时间内,空气经过上方的路程比下方路程长,流速大,压强小,汽车在压强差下产生向上的升力,汽车对路面的压力减小,小于汽车的重力;
(2)等质量的空气在相同的时间内同时通过轿车的上表面和下表面,由于轿车上表面弯曲,下表面平直,所以空气通过轿车上表面的流速大,通过下表面的流速较小,流体中流速越大的地方压强越小,流速越小的地方压强越大,形成向上的压强差即压力差,对地面的压力减小,粗糙程度不变时,摩擦力减小,所以车会打滑,当车速达到一定数值时,升力就会克服车重而将车子向上托起,减少了车轮与地面的附着力,使车子发飘,造成行驶稳定性变差。
故答案为:=;<;等质量的空气在相同的时间内同时通过轿车的上表面和下表面,由于轿车上表面弯曲,下表面平直,所以空气通过轿车上表面的流速大,通过下表面的流速较小,流体中流速越大的地方压强越小,流速越小的地方压强越大,形成向上的压强差即压力差,对地面的压力减小,粗糙程度不变时,摩擦力减小,所以车会打滑,当车速达到一定数值时,升力就会克服车重而将车子向上托起,减少了车轮与地面的附着力,使车子发飘,造成行驶稳定性变差。
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流体的压强与流速的关系
1.流体压强和流速的关系:当流体稳定流动时,在流速越大的地方压强越小,在流速越小的地方压强越大。
2.生活中的应用:火车站人要站在安全线以外;飞机的机翼产生升力;鼠洞的通风系统;乒乓球的上旋和下旋等。又如航海规定两艘轮船同向航行时不能靠得太近,否则容易造成事故。 www-2-1-cnjy-com
3.飞机的升力:机翼上方气流通过的路程长,速度大, 它对机翼上表面的压强较小;机翼下方气流通过的路程较 短,速度小,它对机翼下表面的压强较大。这样,机翼上、 下表面就存在着压强差,因而有压力差,这就是产生升力的原因。21*cnjy*com
典例精析
例1、)高铁站台边缘一定距离的地方都标有安全线,人必须站到安全线以外区域候车,否则当有列车驶过时是非常危险的,这是因为( )21cnjy.com
A.气体流速大压强小,人会趋向列车 B.气体流速大压强大,人会远离列车
C.气体流速小压强小,人会趋向列车 D.气体流速小压强大,人会远离列车
变式1、(2023 和田市模拟)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( )
A.流速小,压强小 B.流速小,压强大
C.流速大,压强大 D.流速大,压强小
例2、如图是一只三端开口的T形玻璃管,当从B端向管中吹气时,A管中的水面会( )
A.下降 B.上升
C.仍与管外液面相平 D.无法判断
变式2、有一种家庭使用的淋浴器,设备很简单,设计却很巧妙,如图甲所示。淋浴器有两个进水口,一个是冷水口,一个是热水口,冷水口直接与自来水管连接,热水口的管道很细,插在热水壶或热水瓶里。使用的时候,拧开自来水龙头,热水会自动向上流,冷水、热水混合后,从喷头里喷出适宜淋浴的温水。其工作原理如图乙所示,冷水和热水是通过混合阀混合后变成温水的。混合阀像个三通管.冷水管比较粗,在汇合点附近突然变细。由于出水口狭窄便水流速度 (选填“加快”或“减慢”),出水口处压强 (选填“增大”或“减小”);水壶里的热水在 的作用下升到三通管中,与冷水混合后,从喷头喷出。21·cn·jy·com
例3、(2023 江岸区模拟)如图所示,三个直径不同的塑料管a、b、c连接在一起(a管直径最大,c管直径最小),然后与抽气机相通。当抽气机抽气时,将三个气体压强传感器分别放入管内,将传感器与计算机相连,从计算机上就可以读出三个位置气体的压强值。图中显示器所显示的是“压强﹣时间”图象,则下列判断正确的是( )
A.a管中气体流速最快,压强最大
B.b管中气体流速最快,压强最小
C.c管中气体流速最快,压强最小
D.a管、b管、c管中气体流速相同,压强相等
变式3、(2023 越秀区一模)图中的乙是一个较长的连通器,在e上方持续水平吹气,水面稳定后如图所示,此时d、e处的气压为pd、pe,水面下b、c处水的压强为pb、pc。装有酒精的甲放在乙的左侧,酒精中的a处酒精的压强为pa,大气压保持不变,则(ρ水=1.0×103kg/m3,ρ酒精=0.8×103kg/m3)(以下空格均选填“大于”或“等于”或“小于”)2-1-c-n-j-y
(1)pd pe;
(2)pb pc;
(3)pa pb。
实战演练
1.如图所示,在一只点燃的蜡烛边上,用吸管朝着未点燃的蜡烛吹气,可以看到蜡烛的火焰向未点燃的蜡烛偏移,将未点燃的蜡烛点燃,以下原理与其相同的是( )
A.覆杯实验 B.吸盘挂钩
C.真空压缩袋 D.飘出来的窗帘
2.如图是北美草原犬鼠洞穴的横截面示意图。下列有关洞内风向分析正确的是( )
A.风总是从A口吹入B口吹出
B.风总是从B口吹入A口吹出
C.风总是从A、B口同时吹入
D.风有时从A口吹入,有时从B口吹入
3.近期交警部门加大对电动车安装遮阳伞的检查、拆除力度,遮阳伞(如图所示)虽能遮挡阳光,但存在安全隐患。当电动车快速行驶时,下列说法正确的是( )
A.遮阳伞上边空气流速小,压强大,伞面被向下压
B.遮阳伞上边空气流速大,压强小,伞面被向上吸
C.遮阳伞下边空气流速小,压强小,伞面被向上吸
D.遮阳伞下边空气流速小,压强小,伞面被向下压
4.如图所示,小汽车受到的重力为G,它在平直的高速公路上90km/h的速度行驶时,受到地面的支持力为F.若考虑周围空气对它的影响,则下列关于G和F的大小关系正确的是( )【版权所有:21教育】
A.G>F B.G=F C.G<F D.无法比较
5.如图所示,是中国科技馆的“球吸”展项,不吹风时两球静止,当风自下而上吹向两球中间时,两球会相互靠拢,出现“球吸”现象。这个实验现象揭示的物理原理,在下列四个事例中得到应用的是( )
A.拔火罐 B.孔明灯 C.飞机升力产生 D.潜水艇
6.(1)如图甲所示,把长20cm左右的饮料吸管A插在盛水的杯子中,另一根吸管B的管口贴靠在A管的上端。往B管中吹气时,A管上方空气流速 (填“增大”或“减小”),压强 (填“增大”或“减小”),A管中的水面 (填“上升”、“下降”或“不变”)。
(2)如图乙所示是一种水翼船,船体下安装了水翼。当船在高速航行时,水面下的水翼会使船体整体抬高从而减小水对船体的阻力,则水翼安装正确的图是 (填字母序号)。
7.如图所示,气象气球上升过程中,受到的外界大气压逐渐 (选填“变大”或“变小”);飞机是利用流体流速越大、压强越 而获得升力升空的。
8.如图是翼装运动员表演时的情景,翼装的形状与机翼相似,这是利用空气流速越快的位置 来获得升力。随着其高度的降低,大气压强将会变 。此时,翼装运动员以大地为参照物,是 (选填“运动”或“静止”)的。
9.为了探究气体流动时压强大小的特点,小王将两纸片靠拢,纸片下端自然下垂,如图(a)所示。然后他向两纸片间慢速吹气,实验现象如图(b)所示,接着他快速吹气,实验现象如图(c)所示。
①分析比较图 可知:气体流动时,压强会变小。
②分析比较图(b)和(c)可知: 。
10.爱动脑的小树同学,在学习了流体相关知识后,结合生活中和课堂上的观察,就提出了如下问题来考考大家。
(1)用自制仪器演示了如下实验:将一只去盖、去底的饮料瓶的瓶口朝下,把乒乓球放入瓶内并注水,看到有少量水从瓶口流出,此时乒乓球静止(如图1甲所示),然后用手堵住瓶口,一会儿乒乓球浮起来了(如图1乙所示)。
①乒乓球在图1甲位置静止时, (选填“受到”或“不受到”)水对其浮力;
②乒乓球从图1甲位置上浮到图1乙位置过程中,乒乓球受到的液体压强将 。
(2)请根据流体中流速与压强关系回答以下问题:
①如图2,小汽车的外形类似于飞机机翼上凸下平,当一辆飞奔的小汽车在平直的公路上匀速行驶时,小汽车受到的重力 (选填“大于”、“小于”或“等于”)地面对它的支持力;
②为解决某地下商城“工”字形通道中过道的通风问题,技术员设计了以下几种方案。如图3所示,黑色部分为墙面凸出部分,其中方案即有效、节能且过道风流向标注正确的是 。
11.在“小实验、小制作”比赛活动中,物理兴趣小组利用身边的小玻璃瓶、单孔橡皮塞、两端开口的透明吸管、水,展示了如图实验。
(1)“力学实验”。如图甲,用带着厚手套的双手挤压玻璃瓶,我们看到玻璃管内水柱高度将升高,这一现象说明力的作用效果是改变物体的 。
(2)自制水气压计。如图乙,提着瓶子从一楼走到四楼,观察到吸管中的液面 (选填“上升”“下降”或“不变”),说明了大气压强随海拔高度升高而 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)自制“喷雾器”。如图丙,往B管中吹气,可以看到A管中的液面上升,这表明在气体中,流速越大的位置压强 (选填“越大”“越小”或“不变”)。
12.在气体中,流速越大的位置,压强越 ,如图所示,电风扇没有吹风时,托盘测力计示数等于机翼模型的重力大小,当电风扇转动对着机翼模型吹风后,托盘测力计的示数将 。
如图甲所示,我国自行研制的ZBD﹣05两栖步兵战车,是世界上水上行驶最快的战车。它具有独特的前部防浪板和尾部滑行板,水中航行时,两者配合可以降低阻力,提高速度,有力增强了我军抢滩登陆的能力,它的部分参数如表。已知ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg。则:
战车质量 26t
水上最大速度 25km/h
履带着地总面积 4m2
发动机功率 1100kW
(1)尾部滑行板设计成如图乙所示的水翼形状,使其在水中行驶时获得向上的抬升力,请你依据物理学原理解释获得抬升力的原因。21*cnjy*com
(2)战车在离岸10km的距离以最快速度冲击,可以多长时间到达岸边?
(3)战车在抢滩登陆接近水平岸滩时,收起尾部滑行板,履带已着地,但仍有4m3的车体浸在水中,如图丙所示,此时履带对地面的压强是多少?www.21-cn-jy.com
14.地效飞行器,作为贴海面或水面高速行驶的运载工具,兼具舰船及飞机的特点,在近海军事行动中,有广泛的用途。机翼下表面离地面很近,形成气流的堵塞,使机翼受到的升力增加,称为地面效应。由于地效这种特殊的现象,当飞机飞的特别贴近地面(或水面)时,它的升力会突然变得比正常情况下大很多。地效飞行器在飞行过程中受到的阻力较小,因此其速度也快得多。如图所示为某型号地效飞行器,如表是它的参数。升阻比是指飞行器在飞行过程中,升力与飞行阻力的比值。(g取10N/kg)
(1)地效飞行器贴近地面(或水面)高速飞行时,机翼上方气流流速比下方气流流速快。下列现象能用地效飞行器借助机翼获得升力的原理来解释的是 。(多选,填字母)
A.行驶的车上,窗帘往外飘
B.通过拍打窗帘来清除它上面的灰尘
C.用注射器吸取药液
D.站在列车站台上的安全线外候车
(2)飞行器空载停放在地面时,对地面的压强是多少?
(3)某次执行运输任务时,飞行器以最大载重起飞后,飞机的升阻比为25时,飞行器水平匀速飞行过程中前进的动力为多少?【来源:21·世纪·教育·网】
自重/kg 3300 最大载重/kg 1500 单次最大飞行距离/km 600 起落架轮数/个 6 空载吃水深度/m 0.5
升阻比 20~40 飞行高度/m 1~4 最大飞行速度/(km/h) 200 每个轮子与地面接触面积/cm2 200 满载吃水深度/m 0.7
(4)抵达目的地后,飞行器在水面降落时,底部被撞出一个面积为30cm2的洞,驾驶员立刻用质量不计的小钢片从内部堵住这个洞,则对小钢片施加的压力至少为多少?
15.大多数轿车的外形纵截面类似于飞机机翼的纵截面(俗称“流线型”),如图所示。这样设计的优点是可以减小汽车受到的阻力。当车静止在地面上时,车对地面的压力F (选填“>”“<”或“=”)车身重力G;但这种形状的轿车在高速行驶时,车对地面的压力F′ (选填“>”“<”或“=”)车身重力G,可能出现“发飘打滑”的现象,具有一定的危险性。
请用所学过的物理知识解释该现象: 。
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