《流体压强与流速的关系》教学设计
江苏省丰县初级中学 刘庆贺
一、教学目标
(一)知识与技能
1.通过实验,能总结出流体的压强与流速的关系。
2.能利用流体的压强与流速的关系解释升力产生的原因,进而解释飞机在空中飞行的原因。
3.能利用流体的压强与流速的关系解释生活中的有关现象。
(二)过程与方法
1.经历探究流体的压强与流速的关系的实验过程,感受液体的压强。
(三)情感态度与价值观
1.在观察实验的过程中,培养学生实事求是、尊重自然规律的科学态度。
2.通过学生主动探究,让学生体会到科学探究的乐趣和认识规律的快乐,培养学生的动手能力和创新意识。
3.领略流体压强差异所产生现象的奥妙,提高将科学技术应用于日常生活和社会的意识。
二、教学重难点
气体和液体都能够流动,称为流体。流体压强 ( http: / / www.21cnjy.com )与流速的关系,是对液体压强和气体压强的拓展。本节内容由“流体压强与流速的关系”“飞机的升力”两部分内容组成。教学的重点是流体压强与流速的关系,难点是利用流体压强与流速的关系解释相关现象。
三、教学策略
流体压强与流速有关,学生这方面的生活经验并 ( http: / / www.21cnjy.com )不多。因此,教学时尽量选取操作简单、现象明显、直观且生动有趣的小实验,引导学生把压力、压强跟流速联系起来,了解流体压强与流速的关系及其在生活中的应用。对于飞机的升力,可以通过制作小小的机翼模型并进行分析,进一步说明气体压强与流速的关系,让学生体会科学原理的价值。
四、教学资源准备
多媒体课件、一角硬币、直尺、两个乒乓球、细线、蜡烛、火柴、两根塑料吸管、两张纸、机翼模型。
五、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课(5分钟) 做两个“漏斗”吹球球不走的小实验:准备两个 ( http: / / www.21cnjy.com )漏斗,一个漏斗朝上放置,一个漏斗朝下放置。把乒乓球放置于漏斗中间,往漏斗里吹气。事先让同学猜想,球会不会被吹走,球会不会掉下来,然后再实验。学生活动:硬币“跳高”比赛(1)比赛设计:如图1,将一枚一角硬币放在离桌边5cm处,在硬币前10cm处用直尺架高约2cm。图1(2)比赛规则:使嘴巴靠在 ( http: / / www.21cnjy.com )桌边,沿着与桌面平行的方向吹气(不准吹硬币),使硬币翻越直尺。每个人都进行活动,使硬币成功翻越直尺或看谁硬币“跳”得更高。(3)思考:吹气前,硬币上下两个面受不受大气压?吹气时硬币上下两个面所受大气压是否发生改变? 学生猜想、观赏、体验有关的现象。 针对问题积极思考,并尝试回答:吹气前, ( http: / / www.21cnjy.com )硬币上表面受向下的大气压,下表面受向上的大气压,它们大小相等,相互抵消。吹气时硬币向上“跳”,说明硬币受到向上的压强比较大,这可能是硬币上表面受到的压强减小造成的。因为吹气,加快了硬币上方空气的流动速度 实验现象与学生猜想不一致,激发学生强烈的好奇心,激发学生强烈的学习动机。
新课教学(30分钟) 一、流体压强与流速的关系物理学中 ( http: / / www.21cnjy.com )把没有一定形状,且很容易流 ( http: / / www.21cnjy.com )动的液体和气体统称为流体。前面我们学习过的液体压强和气体压强都是流体静止时产生的。当流体流动起来以后对物体的压强会发生改变,那么流体产生的压强与流速有什么关系?1.提出问题:流体产生的压强与流速有什么关系? 2.猜想与假设: 猜想1:液体和气体流动速度越快,产生的压强越大。 猜想2:液体和气体流动速度越快,产生的压强越小。猜想3:液体和气体流动速度越快,产生的压强不变。 3.设计进行实验 实验1:如图2两张纸自然下垂,向两张纸中间吹气,看见了什么现象?图2实验2:杯子里放入乒乓球,往杯口水平吹气,能否让乒乓球在杯子之间跳跃,试一下看看。实验3:如图3,将事先折好的两只小船,放入脸盆内,然后用注射器向船中间的水域冲水,两船如何运动?图3一组选其中一个实验探究,做完后可以探究其它实验。 4.交流与合作请每小组派一个代表就刚才的实验,上来重新演示,说说观察到的实验现象,并发表一下自己的看法。5.结论:流体在流速大的地方压强较小,在流速小的地方压强较大。 利用流体压强与流速的关系解释现象:(1)在火车站或地铁站的站台上,离站台边缘1m左右的地方标有一条黄色的安全线,乘客必须站在安全线以外的地方候车,这是为什么?(2)狂风发作时,经常会揭起屋顶的瓦片,这是为什么? (3)夏季我们经常把门窗打开,“过堂风”让我们凉爽不已。可是风却经常把门给关上,你能解释这个现象吗?(4)1912年秋季的某一天,当时世界上最大的远洋海轮──“奥林匹克号”正航行在大海上。在离“奥林匹克号”100米远的地方,有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克号”与它平行疾驶着。这时却发生了一件意外事情:小船好像被大船吸过去似的,完全失控,一个劲儿地向“奥林匹克号”冲去。小船怎么会被大船“吸”过去呢? 实验1的现象是纸向中间靠扰了。原因:不吹气时 ( http: / / www.21cnjy.com ),纸张两侧的空气相对静止,致使空气对纸作用的压强相同,气体压强不会引起纸张运动。而吹气时,纸张内侧空气流动快,压强变小,内外造成压强差,空气将纸张压在了一起。 实验2的现象是乒乓球会跳出来,跳到另一杯子。原因:往杯口水平吹气,杯口空气流速大压强小,杯子内的空气流速小压强大,内外压强差把乒乓球托出来。 实验3的现象是:分开的小船 ( http: / / www.21cnjy.com )靠在了一起。原因:冲水后,两船之间的水流快,压强小,两船外面水流慢,压强大,因此船内外的压强差将两船挤在了一起。 学生思考并回答。 以科学探究的学生研究流速与压强的关系,培养学生科学探究能力。 让学生做并分析原因,培养思维和表达能力。 用学过的知识解释生活中的实际问题,体现科学的应用价值。
二、飞机的升力教师示范让学生跟着做:如 ( http: / / www.21cnjy.com )图4,取一张纸条,手持一端靠在嘴唇下,另一端自然下垂,沿纸的上方水平吹气,手中的纸会怎样?使气流加快,看到的情况有什么不同?图4视频展示飞机起飞,思考:飞机的机翼形状是怎样的?飞机飞行时升力是如何产生的?飞机起飞时,顺风和逆风哪种起飞方式有利?然后利用电吹风吹机翼模型演示飞机机翼上升与流速的关系。 学生做实验,描述观察到的现象并解释原因。观察到纸条会上飘。如果吹出的气流越快,纸条会向上飘得越高。由于吹气时,纸片上方空气的流速大,压强变小,下方较大的压强将纸片“举”起来了。机翼上表面是曲面,下表面是平面。飞机前 ( http: / / www.21cnjy.com )进时,机翼与周围空气发生相对运动,相当于气流快速流过机翼。上方空气和下方空气在相同时间所通过的路程不同,上方空气通过的路程长,下方空气通过的路程短。所以上方空气流速快,气压变小;下方空气流速慢,气压变大。产生了压强差,即下方气压大于上方气压,将飞机向上托住。机翼上下表面由于产生气压差,而产生了压力差,这个压力差就是升力。 先用一个小实验做铺垫,学生更容易理解飞机升力产生的原因。
课堂小结(5分钟) 通过今天的学习,同学们有哪些收获?在实验探究中又存在哪些问题?还有什么想探究的问题? 学生可以个别回答,或相互交流,在交流的基础上进行学习小结。 促进知识的巩固掌握。提升学生的交流表达能力。
《流体压强与流速的关系》同步测试
江苏丰县初级中学 董慧玲
一、选择题
1.如图1所示能够说明流体压强与流速关系的是( )
图1
答案:B
解析:拦河坝设计成下宽上窄是考虑到水的 ( http: / / www.21cnjy.com )压强随深度增加而增大;用漏斗向下吹气乒乓球不下落是因为乒乓球上方的气体流速大于下方,流速大的地方压强小;高压锅容易煮熟食物是因为高压锅内气压大,沸点高;玻璃厂用吸盘搬运玻璃是利用了大气压。
2.(2013年庆阳中考题)小明同 ( http: / / www.21cnjy.com )学在倒置的漏斗里放一个乒乓球,用手指托住乒乓球.然后将手指移开同时从漏斗口向下用力吹气,如图2所示,则乒乓球( )
A.不会下落,因为其上方气体流速增大,压强变大
B.不会下落,因为其上方气体流速增大,压强变小
C.会下落,因为其上方气体流速增大,压强变大
D.会下落,因为其上方气体流速增大,压强变小
答案:B
解析:乒乓球由于受到重力作用,要下落。如 ( http: / / www.21cnjy.com )图2中,从漏斗口向下用力吹气,就是将手指移开,乒乓球也没有下落。这说明乒乓球受到了向上的压强,产生向上压强的原因就是乒乓球上方气体流速增大压强变小,下方的流速小,压强大,就会产生一个向上的压强差,使乒乓球不会掉下来。
3.你是否有这样的经历:撑一把雨伞行走在雨中,如图3所示,一阵大风吹来,伞面可能被“吸”并严重变形。下列有关这一现象及解释正确的是( )
图3
A.伞面被向上“吸”,因为伞上方的气压大于下方气压
B.伞面被向上“吸”,因为伞上方的气压小于下方气压
C.伞面被向下“吸”,因为伞上方的气压小于下方气压
D.伞面被向下“吸”,因为伞上方的气压大于下方气压
答案:B
解析:伞的形状是上方凸起的,当气流经过时,在相同时间里雨伞上方气流通过的曲线路程较长,这就造成雨伞上部气流的速度较大,由于流速大的地方压强小,流速小的地方压强大,因此,雨伞上方的气压小于下方气压。
4.如图4所示,灰鹅在飞行途中突遇强风,会将身体翻转180°,以脚朝上但头保持不变的怪异姿势飞行。灰鹅转体后( )
图4
A.翅膀下方空气流速大于上方的流速,有助于迅速降低高度
B.翅膀下方空气流速大于上方的流速,有助于迅速提升高度
C.翅膀下方空气流速小于上方的流速,有助于迅速降低高度
D.翅膀下方空气流速小于上方的流速,有助于迅速提升高度
答案:A
解析:鸟类正常飞行时翅膀与周围的空气发生相对运动,由于翅膀上面凸起,在相同时间里翅膀上方气流通过的曲线路程较长,使上部气流的速度较大,由于流速大的地方压强小,所以鸟获得一个向上的力,使它们能够在太空翱翔。灰鹅转体后,情况正好相反,翅膀下方空气流速大于上方的流速,有助于迅速降低高度。
5.如图5所示,两只纸船浮在水面上静止不动,用大注射器向两船之间的水面快速注水。两船将( )
图5
A.静止不动 B.向中间靠拢 C.向两侧分开 D.向同侧偏移
答案:B
解析:用大注射器向两船之间的水面快速注水,使两船之间的水流速变大,压强变小,所以两船将向中间靠拢。
6.高速列车经过时,若人离铁道太近很可能被吸进铁道,应特别注意安全。从物理学的角度看,这是因为( )
A.车与人之间的空气流速减小,压强增大
B.车与人之间的空气流速减小,压强减小
C.车与人之间的空气流速加大,压强增大
D.车与人之间的空气流速加大,压强减小
答案:D
解析:高速列车行驶时,会带动周围的空气一起高速运动,流速大的地方压强小,所以人离铁道不能太近,否则人后面的空气会把人压向铁道,发生危险。
7.(2013年深圳中考题)深圳地区经常会有台风(如图6所示),市政府要求居民将简易房的屋顶加固,对于这一要求下列解释正确的是( )
图6
A.屋顶上方空气的流速大于下方,屋顶被向下压垮
B.屋顶上方空气的流速大于下方,屋顶被向上掀起
C.屋顶上方空气的流速小于下方,屋顶被向下压垮
D.屋顶上方空气的流速小于下方,屋顶被向上掀起
答案:B
解析:空气在屋顶上方和屋内流过,在相 ( http: / / www.21cnjy.com )同时间里屋顶上方气流通过的曲线路程较长,造成屋顶上方空气的流速大于下方,由于流速大的地方压强小,所以不牢固的屋顶会被向上掀起。
8.(2013年山东省青岛市)请你想象一下,假如“流体中,流速越大的位置压强越大”,则可能会出现( )
A.两船并行,造成相吸相撞
B.室外有风时,窗帘飘到窗外
C.台风刮过,压塌屋顶
D.汽车驶过,路边的树叶被卷入车底
答案:C
解析:船航行时,会带起周围的水一起向前 ( http: / / www.21cnjy.com )运动。两船并行时,两船中间的水流速较大,假如“流体中,流速越大的位置压强越大”,这会造成两船远离。室外有风时,外面空气的流速大于室内,如果流速越大的位置压强越大,窗帘将会飘向窗内。台风刮过时,屋顶的空气流速大于屋内,如果流速越大的位置压强越大,这将会压塌屋顶。汽车行驶时,会带动车附近的空气一起运动,如果流速越大的位置压强越大,路边的树叶会更远离汽车。
9.(2013年广东省中考题)如图6所示,以下四个关于“气体压强与流速的关系”的现象中,压强P1、P2大小关系正确的是( )
图6
答案:A
解析:A中由于模型下面凸起,在 ( http: / / www.21cnjy.com )相同时间里翅膀下方气流通过的曲线路程较长,使下部气流的速度较大,压强较小,所以P1>P2;B中模型两侧形状相同,空气流速相同,两处压强相同;C中只有中间的流速大,两边的流速相同,压强相同;D中乒乓球上方的空气流速大,压强小。
10.(2013年黄冈中考题)学习了“ ( http: / / www.21cnjy.com )流体压强与流速的关系”后,为了解决“H”形地下通道中过道的通风问题,同学们设计了如下几种方案。如图7所示,黑色部分为墙面凸出部分,“M”为安装在过道顶的换气扇,其中既有效又节能的是( )
答案:C
解析:要使过道有风流过,必须使过道两旁通道 ( http: / / www.21cnjy.com )里的压强不相同。A、B中的两个通道里空气流速相同,压强相同,不会再过道里产生风;C中右边通道里空气流速大,压强小,过道里会产生从左向右的风;D中的换气扇能通风,但要用电,不节能。
二、填空题
11.如图8所示,用电吹风吹 ( http: / / www.21cnjy.com )机翼模型,机翼模型上升。图中A、B、C三点,气体流速最快的是_____,气体压强最大的是______。若增大风力,机翼模型获得的升力将________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
答案:B A 增大
解析:机翼模型上面凸起,当气流经过时,在相同时间里上方气流通过的路程较长,速度较大,流速大的地方压强小。增大风力,B处流速更大,压强更小,机翼模型获得的升力将增大。
12.如图9所示,是喷雾器的原理示意图 ( http: / / www.21cnjy.com ),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。
图9
答案:小于
解析:当空气从小孔迅速流出,使细管上方的空气流速增大,压强减小,当压强小于容器里液面上方的空气压强,液体就沿细管上升。
13.(2013年漳州中考题)小文有一 ( http: / / www.21cnjy.com )辆喷气海豚玩具小车(如图10所示),顶部喷出的气流可以把小球顶起一定高度,小车移动,小球也会跟着移动,并且不会轻易从气流旁侧跌落。请你猜想小球不会轻易从气流旁侧跌落的原因与____________有关,请对你的猜想进行合理的解释:____________________________________。
图10
答案:流体压强(或流速) 如果小球偏 ( http: / / www.21cnjy.com )离了气流上方,则小球靠近气流一侧的空气流速大,压强小,而远离气流一侧的空气流速小,压强大,小球会被压回气流上方。
三.实验题
14.物理学中把具有流动性的液体和气体统称为流体。当流体处于流动状态时,其内部各处的压强有什么规律呢?
小明同学将图11所示的玻璃管装置接到水流稳定 ( http: / / www.21cnjy.com )的自来水管上,当水在玻璃管中流动时,可看到两个竖直管中液面的高度并不相同。从图中可以看出在A、B两处管的粗细不同,因而A处流速小,B处流速大,可见流体的压强与流速之间有着一定的关系。
接着,小明又自制了一个飞机翼模型(如 ( http: / / www.21cnjy.com )图12),将其固定在托盘测力计上,在机翼模型的正前方用电扇迎面吹风来模拟飞机飞行时的气流,比较机翼上下方气流压强的大小,进一步验证了上面的关系。
(1)由图11所示的实验,可以得出流体的压强与流速之间有什么关系?
答:_________________________________________;
(2)在图12所示的实验中,电扇转动后,托盘测力计的示数发生了什么变化?
答:_________________________________________;
(3)下列四种情形中,哪几种情形能够运用上述的实验规律进行解释?
A.乒乓球运动员拉出的弧圈球能急速旋转而下沉
B.将氢气球放手后,它会漂向空中
C.直升飞机能够停在空中一定高度处
D.船舶航行时应避免两艘靠近的船并排前进
答:( )
答案:(1)流速大的地方,压强小,流速小的地方,压强大
(2)托盘测力计的示数会减小
(3)A D
解析:(1)从图中看出,A、B两个竖直 ( http: / / www.21cnjy.com )管中液面的高度并不相同,A处较高,说明A处流体的压强较大。又A处较粗,流速较小。把上面两点结合起来可以得出:流速小的地方,压强大,反之流速大的地方,压强小。
(2)机翼模型上凸下平,当气流经过时,在相同时间里上方气流通过的路程较长,速度较大,流速大的地方压强小。机翼模型将获得向上的升力,托盘测力计的示数会减小。
(3)当乒乓球带着旋转飞行时,会带着球体 ( http: / / www.21cnjy.com )周围的空气一起旋转。当球前进时,球前方的空气相对于球向后运动。两团空气相互作用,就会使球体上方周围空气旋转方向和迎面空气方向相反,导致其流速降低,压强增大。而球体下方的气流与迎面空气阻力方向相同,因而流速加快,压强减小,因此乒乓球会下沉;将氢气球放手后,它会漂向空中,是由于氢气球受到浮力的作用,浮力大于重力而升空;直升飞机的螺旋桨旋转时给周围空气一个向下的力,空气就会给飞机一个向上的力,使它能够停在空中一定高度处;两艘船并排高速行驶时,两艘船之间的水流流速大压强小,容易发生相撞事故。