第八章第四节流体压强与流速的关系 教案 --沪科版初中物理八年级下

第四节 流体压强与流速的关系
设计说明 本节是教材中压强部分的升华，本节教学本着从生活走向物理，从物理走向社会的原则，通过参与大量探究活动，观察物理现象，归纳出简单的科学规律。本节课首先向学生演示小球被吹起来的实验，引发学生的疑惑，激起学生的求知欲望。针对学生的疑问，提炼出本节课所研究的问题。教师应根据学生的猜想设计教学方案。引导学生完成探究的几个基本环节：提出问题、猜想与假设、实验探究、分析论证。通过亲身经历的事例总结出来的规律让人深信不疑，甚至有摩拳擦掌之势，基于此，教师引导学生运用所得结论进行解释与应用。最后让学生梳理反思本节所学知识，增强对知识的巩固，加深对知识的理解。 教学目标 【知识与技能】 1.知道流体压强与流速的关系。 2.了解飞机的升力是怎样产生的。 3.能用其解释生活中某些现象。 【过程与方法】 1.通过观察和实验，学会运用归纳、逆向思维等研究方法。 2.培养学生的观察和分析概括信息的能力。 3.分析推理飞机的升力是怎样产生的。 【情感态度和价值观】 通过将所学知识应用到生产、生活实践中，感受科学就在身边，强化STS的要求。 重点难点 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 对流体压强与流速关系的探究活动，设计实验认识“升力”。 教学方法 探究法：通过学生的探究得出气体压强与流速的关系。 分析比较法：通过对实验现象的分析比较，应用流速与压强的关系解释生活中的简单现象。 教具、学具 教师：多媒体课件、漏斗一个、乒乓球一个、吸管、飞机升力演示器。 学生：乒乓球两个、水、纸、软水管、水槽、一根中间切开（未断）折成直角的饮料吸管。 授课时数 2课时 第一课时 流体压强与流速的关系 教学过程 导入新课 课前小魔术：把乒乓球放在漏斗的下方，松手后会发生什么现象？ 如果不停地向下吹气，又会发生什么现象呢？ 现象：乒乓球被吸住了！ 这是怎么回事呢？通过这节课的学习大家就会知道了。 讲授新课 一、流体压强与流速的关系 我们在前两节已经学过了液体和气体的压强，那都是静止状态下的压强特点，如果液体和气体流动起来，它们的压强是否会发生变化呢？ 让我们一起通过下面的两个小游戏探究一下吧！ 学生的实验器材：乒乓球两个、饮料吸管一支、装满水的水槽一个、软水管一只等器材。 学生进行实验与收集证据。 师：研究活动以小组为单位进行，大家在小组内讨论，研究实验方案，用眼睛去观察，用大脑去思考，将发现的问题记录下来，然后小组交流，看看在实验中能发现些什么？集体的力量是巨大的，看看哪一小组做得最好？ 学生进行实验，教师巡回指导。 学生进行分析、论证与交流。 师：类比之前学习大气压强中，吸管吸水的原理，同学们思考一下，乒乓球靠拢的原因是什么？ 学生：纸张的中间与两边产生压强差。 师：那纸张两边和中间的流速有区别吗？ 学生：乒乓球中间流速大，两边流速小。 【教师点拨】 当我们往乒乓球的中间吹气时，它们就靠拢在一起，通过对之前大气压强的学习，我们知道是因为两个球的中间和两边产生了压强差，两侧气压大于中间的气压，才使得两个球靠拢起来。 同时，我们向两个球的中间吹气时，两个球中间的空气快速流动，空气流速大，而两个球两侧的空气没有变化，空气流速相对小。 综上所述，两个乒乓球两侧的空气流速小，压强就大，两个乒乓球中间的空气流速大，压强就小。 师：当用水管向两只小船中间水域冲水时，两只小船发生了什么变化？ 学生：两只小船靠在一起了。 师：那类比之前乒乓球靠在一起的实验，思考一下两只纸船靠在一起的原因是什么？ 学生：因为有压强差。 【教师点拨】 当我们往两只纸船中间水域中冲水时，两只纸船就靠拢在一起，我们知道是因为两只纸船的中间和纸船的两边产生了压强差，纸船的两侧压强大于两只纸船中间的压强，才使得两只纸船靠在一起。 同时，我们往两只纸船中间水域中冲水时，两只纸船中间的水快速流动，水的流速大，而两只纸船两侧的水没有变化，水的流速相对小。 综上所述，两只纸船两侧水的流速小，压强就大，两只纸船中间水的流速大，压强就小。 板书： 一、流体压强与流速的关系 1. 物理学中把具有流动性的液体和气体统称为流体。 2. 流体压强特点：流体在流速大的地方压强小，在流速小的地方压强大。 师：展示图片 师：同学们，观察这幅图，看看两处的水柱高度有什么不同？ 两水管的横截面积又有什么不同？ 学生：水柱柱面高，水柱柱面低。 师：两水管的横截面积又有什么不同？ 学生：水管横截面积大，水管横截面积小。 【教师点拨】 水管的横截面积比水管的横截面积大，所以当水在玻璃管中流动时， 管的水流流速小于管的水流流速，则管的压强大于管，导致水柱高于水柱。 课前魔术大揭秘：原因：流体流速大的地方压强小；流速小的地方压强大。 课后作业：自制魔术道具 自制小魔术道具为家长表演小魔术并讲解其中的原因。 【跟进训练】 1.往两张自然下垂且靠近的纸中间用力吹气，你可以看到两张纸将（ A ） A．向中间靠拢 B．向两边分开 C．向同一边摆动 D．几乎不动 2.让自来水流过如图所示的装置，当水流稳定后（ D ） A．P点流速等于Q点流速 B．P点压强大于Q点压强 C．P点流速小于Q点流速 D．P点压强小于Q点压强 二、升力的产生 师：展示图片。 让学生认真观察图片，回答问题。 师：同学们，我们在生活中、电视中经常会见到飞机，那巨大的飞机是怎么飞起来的呢？还有空中的鸟儿是怎么在空中滑翔的？提示一下，飞机的机翼是上凸下平的形状。 学生：是因为机翼上下流速不同，产生压力差，产生了上升的力。 【教师点拨】 飞机的机翼通常都做成上面凸起、下面平直的形状。当飞机在机场跑道上滑行时，流过机翼上方的空气流速大，流过机翼下方的空气流速小。机翼上下方所受的压力差形成向上的升力。当飞机的滑行速度达到一定值时，机翼所受的升力超过飞机自重，飞机就飞起来了。 板书： 二、飞机升力产生的原因 【跟进训练】 1.（2019 烟台）如图所示，小红手撑雨伞走在路上，一阵大风吹来，伞面被“吸”，将发生严重变形。下列判断推理及其解释，正确的是（ C ） A．伞面被向下“吸”，伞上方的空气流速小于下方 B．伞面被向下“吸”，伞上方的空气流速大于下方 C．伞面被向上“吸”，伞上方的空气流速大于下方 D．伞面被向上“吸”，伞上方的空气流速小于下方 2.（2019 邵阳）截至2017年底，我国高铁占世界高铁总量的66.3%，2019年中国高铁总里程将突破3万千米，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，当有列车驶过时，如果人站到安全线以内，即使与车辆保持一定的距离，也是非常危险的，这是因为（ B ） A．流体流速大的位置压强大 B．流体流速大的位置压强小 C．流体流速小的位置压强小 D．流体压强大小与流速大小无关 三、生活实例应用 师：学习完《流体压强与流速的关系》，同学们还知道生活中哪些事物应用了这一知识呢？ 学生积极发言，踊跃回答举例子。 【教师点拨】 1. 火车站台都有一条安全线，火车行驶时严禁人们进入安全线以内的区域。 2. 并排行驶的两船不得靠得太近。 3. 喷雾剂的工作原理。 4. 足球比赛中的香蕉球。 板书： 三、生活实例应用 资料： 1. 车站站台上的安全警戒线。 苏联曾发生过一起离奇的车祸。当时苏联有一个访问团从欧洲回来，有关部门组织了人员到火车站欢迎。火车以极快的速度经过站台，结果站台上40多人莫名其妙“扑”上火车，当场死亡。事后有关人员严密调查，却没有发现任何线索，这件案子成了一件悬案。学了本节课后，你能破案吗？（学生解释） 火车和地铁的站台上要画一条安全线（安全教育：遵守交通规则）。 2. 轮船并排行驶距离不能太近。 1912年秋天，奥林匹克号正在大海上航行，在距离这艘当时世界上最大远洋轮的100米处，有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰豪克号正在向前疾驶，两艘船似乎在比赛，彼此靠得较近，平行着驶向前方。忽然，正在疾驶中的豪克号好像被大船吸引似地，一点也不服从舵手的操纵，竟一头向奥林匹克号闯去。最后，豪克号的船头撞在奥林匹克号的船舷上撞出个大洞，酿成一件重大海难事故。（学生解释） 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形式，如果并排护航则会保持较远的距离。（爱国主义情感教育） 3. 喷雾器的工作原理。（课后小制作：自制简易喷雾器） 将一根吸管弯成直角，在弯折处剪开一个口，如图，将端插入瓶中液面下，从管口处用力吹气，一个简易喷雾器就做好了，赶快自己动手试试吧！ 4. 足球比赛中的香蕉球。（视频展示） 主罚球员一记猛射，足球绕过人墙，眼看就要偏离球门却又转过弯来直奔球门，守门员刚要扑球，球已应声入网。能踢出这种“香蕉球”的球员可没有魔法，而是通过不断练习，以流体力学的原理让对方守门员望球兴叹。 【跟进训练】 1.随着人们生活水平的提高，扫地机器人逐步进入普通家庭。如图所示为某款扫地机器人，其工作时是通过电机转动使内部气流 大 ，压强_小 ，使杂物进入吸尘器达到清扫的目的。 ` 2.如图是人与鸟“比翼齐飞”的情景，滑翔机的机翼与鸟的翅膀结构类似,都是上表面凸起，下表面平直。滑翔机在滑翔的过程中，上表面比下表面的空气流速 大 ，压强 小 ，在压强差的作用下受到向 上 的力。 课堂小结 一、流体的概念：具有流动性的气体和液体，统称为流体。 二、（1）气体压强与流速的关系：气体在流速大的地方压强就小，在流速小的地方压强就大。 （2）液体压强与流速的关系：液体在流速大的地方压强就小，在流速小的地方压强就大。 三、飞机“升力”产生的原因 飞机的机翼通常都做成上面凸起、下面平直的形状。流过机翼上方的空气流速大，流过机翼下方的空气流速小。机翼上下方所受的压力差形成向上的升力。 当堂达标 物理学中把具有流动性的液体和气体统称为____体，当流体流动时，流速越大的位置其压强越_____；流速越小的位置其压强越______。 答案：流 小 大 飞机的机翼是上凸下平，当飞行时，机翼上方的空气流速____，压强小，下方空气流速____，而压强____，这一压强差，就使飞机获得了向上的升力。 答案：大 小 大 3．秋天树叶落在路面，当一辆高速行驶的汽车驶过时，路旁的树叶（ ） A．从路旁吸向汽车　　　　B．从路中间飞向路边 C．不受任何影响　　　　　D．只向上飞扬 答案：A 4．刮大风的天气，我们如果迎风走路或骑车，一阵大风刮来时，我们会感觉吸气困难，但可以向外吐气，当风过去又恢复了正常呼吸，其原因是（ ） A．风大时，脸上空气压强变大，压得人难以吸气 B．风大时，脸上空气压强变小，使人难以吸气 C．与气压没关系，是人缺乏锻炼 D．风大时，脸前气压大，所以容易向外吐气 答案：B 5. 如图所示，小汽车受到的重力为G，它在平直的高速公路上以120 km/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（　　） A.G＞F B.G=F C.G＜F D.无法比较 答案：A 6.诗人杜甫在《茅屋为秋风所破歌》中写到：“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅”，你能用本节课所学的知识解释这一现象产生的原因吗？ 答案：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，所以将茅草吸上去。 7. 非洲草原犬鼠的洞穴有两个出口，一个是平的，另一个则是隆起的土堆。这一构造使鼠洞能保持自然通风，这是为什么呢？ 答案：等质量的空气在相同的时间内通过出口的上表面，由于前一个出口平直，后一个出口向上突起，所以空气通过前一个出口上表面的流速小，压强大；通过后一个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，地面上的风吹进了犬鼠的洞穴，让鼠 保持自然通风。 板书设计 流体压强与流速的关系 一、流体压强与流速的关系 1. 物理学中把具有流动性的液体和气体统称为流体。 2. 流体压强特点：流体在流速大的地方压强小，在流速小的地方压强大。 二、飞机升力产生的原因 三、生活实例应用 第二课时 习题课 教学过程 题型一 固体压力、压强的判断 例1 一块长为L、质量分布均匀的木板A放在水平桌面上，木板A右端与桌边相齐(如图所示)，在木板A的右端施一水平力F使木板A右端缓慢地离开桌边的距离，在木板A移动过程中，木板A对桌面的压力　　　　，木板A对桌面的压强不断　　　　，木板A受到的摩擦力　　　　。(均选填“变大”“变小”或“不变”) 解析:（1）因水平面上物体的压力和自身的重力相等，所以，在木板A移动过程中，A对桌面的压力不变；因在板的右端施一水平力F使木板A右端缓慢地离开桌边时，木板与桌面的接触面积变小，受力面积变小，所以，由可知，A对桌面的压强不断变大；（2）滑动摩擦力的大小只与接触面的粗糙程度和压力的大小有关；在板的右端施一水平力F使板A右端缓慢地离开桌边时，压力大小和接触面的粗糙程度不变，所以，A受到桌面的摩擦力不变。 答案：不变 变大 不变 点拨：(1)首先确定压力(水平面):,注意受力面积S,根据公式计算压强。当物体发生移动、倒置、切割、叠加时,注意分析F、S的变化，即可得出正确的结论。(2)若柱状固体密度均匀,可用直接计算对水平面的压强，再根据计算压力。 跟踪训练 1. 如图所示,质地均匀的长方体重7 N,放在水平桌面上,它与桌面的接触面积为0.01 m2,则它对桌面的压强为 700 Pa;竖直切除该物体右侧的阴影部分,剩余部分对桌面的压强会 变小 ,桌面受到的压力会 变小 。(后两空均选填“变小”“不变”或“变大”) 2. 高度、材料相同的实心长方体A和B放在水平桌面上,它们的大小如图所示。它们对桌面的压力分别为FA、FB,压强分别为pA、pB。关于它们的大小关系,下列说法正确的是( B ) A.FAFB　pA=pB C.FA>FB　pA>pB D.FA=FB　pA（2）将试管由竖直改为倾斜且与水平方向成30°夹角时，试管内竖直方向的深度减小，由p=ρgh可知，试管底部受到水的压强减小。 答案：1 000 减小 点拨：(1)首先确定压强:,注意受力面积S,根据公式计算压力。当容器倒置、倾斜时,注意深度的变化,再判断压强、压力的变化。 (2)不同形状容器底所受压力、压强以及对支持面压力、压强的比较如下表所示。 容器容器底受 到的压强p=ρ液ghp=ρ液ghp=ρ液gh容器底受 到的压力F=pS, F>G液, 底大压力大F=pS, F=G液F=pS, F跟踪训练 1. 如图所示,质量和底面积都相同的两个容器分别装有质量和深度均相等的甲、乙两种不同液体,甲液体的密度 大于 乙液体的密度;甲容器对桌面的压强 等于 乙容器对桌面的压强;甲容器底部所受液体的压强 大于 乙容器底部所受液体的压强;甲容器底部所受液体的压力 大于 乙容器底部所受液体的压力。(均选填“大于”“等于”或“小于”) 2.如图所示,向两支同样的试管中注入质量相等的甲、乙两种液体,发现液面在同一水平线上,可以判断出,甲液体的密度 大于 乙液体的密度,甲液体对试管底部的压强 大于 乙液体对试管底部的压强。 题型三 压强的计算 例3 （2019·岳阳）人工智能逐渐融入我们的生活。如图所示,某餐厅的送餐机器人的质量为40 kg,它与地面的接触面积为0.01 m2。 (1)求送餐机器人的重力。(g取10 N/kg) (2)送餐机器人的外壳是由玻璃钢材料制作的。有一小块玻璃钢材料的质量为90 g,体积为50 cm2,求该材料的密度。 (3)若送餐机器人托着3 kg的物体,求此时机器人对水平地面的压强。 解：（1）送餐机器人的重力G=mg=40 kg×10 N/kg=400 N。 （2）该材料的密度。 （3）对水平地面的压强 。 跟踪训练 1.（2019·徐州）一位同学体重为600 N,自然站立在水平地面上,对地面压力为　600　N,双脚站立对地面的压强比行走时　小　;某沼泽地能承受的压强为2×104 Pa,这位同学与沼泽地的接触面积至少为　0.03　m2,才不会陷入沼泽地。 2.如图所示，轻质薄壁圆柱形容器置于水平地面，容器中盛有体积为的水。 （1）求水的质量。 （2）求0.1m深处水的压强。 （3）现有质量为3kg的柱状物体，其底面积是容器的三分之二。若通过两种方法增大地面受到的压强，并测出压强的变化量，如下表所示。 方法地面受到压强的变化量（Pa）将物体垫在容器下方2 940将物体放入容器中1 225
请根据表中的信息，通过计算判断将物体放入容器时是否有水溢出，若有水溢出请求出溢出水的重力；若无水溢出请说明理由。 解：（1）由可得，水的质量： ； （2）0.1m深处水的压强： ； （3）若不溢出，将物体放入容器中时，地面受到压强的变化量， 将物体垫在容器下方，地面受到压强的变化量， 其中G水＝G物＝3kg，， 则 p1: p2＝1:2≠1125:2940， 所以有水溢出， 则， ， 由 p2解得S容＝0.02 m2 再由 p1解得G溢＝4.9N。 当堂达标 1.（2019·杭州）如图所示,几个完全相同的条形磁体叠放在水平桌面上。关于比较甲、乙两图中桌面受到的压力的大小,下列说法正确的是(　　) A.图甲中桌面受到的压力比图乙大 B.图乙中桌面受到的压力比图甲大 C.两图中桌面受到的压力相等 D.无法确定 答案：C 2.（2019·杭州）双脚站立在水平地面上的一位初中生,对地面的压强大约为(　　) A.1250 Pa B.2500 Pa C.5000 Pa D.12500 Pa 答案：D 3.（2019·枣庄）如图所示现象中,属于减小压强的是(　　) 答案：D 4.如图所示是甲、乙两种物质的质量和体积的关系图像,若用质量相等的甲、乙两种物质分别制成等高的实心圆柱体A、B,把它们并排竖放在水平地面上,则两圆柱体A、B对水平地面的压强之比是(　　) A.8∶1 B.4∶3 C.4∶1 D.1∶2 答案：A 5.（2019·聊城）A、B两个实心正方体的质量相等,密度之比ρA∶ρB=8∶1,若按甲、乙两种不同的方式,分别将它们叠放在水平地面上(如图所示),则地面受到的压力之比和压强之比分别是(　　) A.F甲∶F乙=1∶1, p甲∶p乙=1∶2 B.F甲∶F乙=1∶1, p甲∶p乙=1∶4 C.F甲∶F乙=1∶2, p甲∶p乙=2∶1 D.F甲∶F乙=8∶1, p甲∶p乙=1∶8 答案：B 6.（2019·黄石）如图所示,有三个实心圆柱体甲、乙、丙,放在水平地面上,其中甲、乙高度相同,乙、丙的底面积相同,三者对地面的压强相等,下列判断正确的是(　　) A. B. C. D. 答案：A 7.（2019·贵港）在放假外出旅游时,小明发现所乘坐的汽车窗边放置有在紧急情况下使用的逃生安全锤,如图所示。这种逃生安全锤有一端设计成锥形,这样做的目的是通过　　　　受力面积的方法,从而　　　　压强来破坏玻璃窗逃生。(均选填“增大”或“减小”) 答案：减小 增大 8.图钉尖的面积是5×10-8 m2,图钉帽的面积是1×10-4 m2,木块能承受的最大压强是6×108 Pa,手指至少要用　　　　N的力,图钉尖才能进入木块,此时手受到的力是　　　　N,手受到的压强是　　　　Pa。 答案：30 30 3×105 9.（2019·内江）如图所示,有两组同样的砖,A组一块,B组两块。每块砖平放时的长*宽*高为4*2*1。A组砖对地面的压力和压强分别为FA和pA,B组砖对地面的压力和压强分别为FB和pB,则FA　 　　FB, pA　 　　pB。(均选填“>”“=”或“<”) 答案：< = 10.（2019·广州）如图甲所示,钢制的圆柱展示台,底面积S=1 dm2,另一个为钢制的圆台零件,上底面积S1=3 dm2,下底面积S2=12 dm2。把零件分别按图乙和图丙所示的方式静置在展示台上,两物体的轴在同一直线上。图乙中零件对展示台面的压力为F1,压强为p1。图丙中零件对展示台面的压力为F2,压强为p2。F1　　　　F2,p1　　　　p2。(均选填“>”“=”或“<”) 答案：= = 教学反思