沪科版8.4液体压强与流速的关系学案

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第四节 液体压强与流速的关系
一、温故知新
1．马德堡半球实验证明了__________的存在。
（答案：大气压强）
2．小博在做托里拆利实验时，测得大气压强76cm汞柱，他又向水银槽里注入水银，使槽内水银面上升了1cm，则竖直放置在槽里的玻璃管内的水银面上升了______，这时管内外水银面的高度差为_______。
（答案：1cm 76cm）
3．关于大气压的值，下列说法正确的是（ ）
A.一个标准大气压的值相当于760mm长的水柱产生的压强
B.一个标准大气压的值大约是76mm水银柱
C.一个标准大气压的值相当于76cm高的水银柱产生的压强
D.一个标准大气压的压强相当于1.01×105Pa
（答案：CD）
二、名师解读点拨
知识点1：流体压强和流速的关系
我们把能够流动的物体叫做______，例如液体和气体
（答案：流体）
流体压强和流速的关系是：流体在流速大的地方压强较____，流速小的地方压强较_______
（答案：小 大）
【说明】（1）气体
如图所示，把一纸条放在嘴边，用力从纸条上方向前吹气，纸条就会向上飘起来。这是因为在纸条上方吹气，纸条上方的气流流速大，纸条下方的气流流速小。纸条向上飘动，说明上方流体的压强小，下方流体的压强大，于是就推着纸条向上运动。
（2）液体
打开水龙头，使自来水流过如图所示的玻璃管，由于一定时间里流过A、B、C处的水量是相等的，而B处的水管较细，所以B处的流速一定比A、C两处的流速大。从图可以看出B处竖直水柱的高度较小，表示B处的压强较小。
知识点2：升力的产生
飞机机翼的升力产生原因：如图所示，飞机的机翼形状类似鸟的翅膀形状，下方平上方凸起。当气流迎面吹来时，在相同的时间内上方气流经过路程大于下方气流的路程，因此上方气流流速较大，压强较______，下方流速较小，压强较______。机翼上、下表面受到了不平衡力的作用，向上的力_______向下的力，二者合力是向_____的，便是我们所说的升力。
（答案：小 大 大于 上）
【比较】飞机的升力和飞机的浮力
不同点 相同点
升力 机翼上下表面由于气体流速不同造成压力差产生的 方向都竖直向上
浮力 飞机排开空气的重力
【注意】如果机翼的前缘稍向上仰，跟气流的方向成一个小的仰角，则机翼上、下方的压强差比机翼跟气流方向平行时还要大，因此产生的升力也较大。例如，飞机起飞时，将机翼的前缘稍向上仰。
三、拓展整合创新
类型之一：流体压强与流速的关系
【例1】（05年苏州）化学实验室里常用的水流抽气机的结构如图所示。使用时让自来水流入具有内置喷口的T型玻璃管内。由于水流的作用，喷口 A处气流的速度将________(选填“减小”“增大”或“不变”)，A处气体的压强将_________(选填“减小”“增大”或“不变”)，从而使喷口A处的气体和抽气容器内的气体之间产生压力差，以达到抽气的目的。
【答案】增大 减小
【变式题】夏天蚊、蝇较多时，用手指按动“灭害灵”钢瓶上的按钮，就可喷出雾状的药液，将害虫很快杀死。试解释其工作原理。
【解析】农业生产、生活中用的喷雾器，化妆品中的“发胶”、“摩丝”等都应用了与“灭害灵”同样的工作原理。即喷出压缩气体，使瓶口处气体流速快、压强小，里面的液体在压力的作用下顺吸管上升到喷气口，从而被高速的气流冲成雾状。
【答案】“灭害灵”钢瓶内部结构示意图如图所示，钢瓶内充有压缩液化气和药液，用手向下压按钮时，将阀门向下打开，瓶内液化气迅速汽化成气体；当气体高速从喷口冲出时，吸管上方气体流速快压强小，使瓶底的药液沿吸管上升；药液到达吸管上方流出，被高速气体冲成雾状从喷口射出。
【例2】长江中下游地区每年夏季都会遭遇一次洪水的袭击，为了确保人民生命财产安全，每年各级防汛指挥部都要在汛期派人日夜坚守在各重点险段，确保长江大堤安全度汛．确定这些险段所在地点的依据是（ ）
A．历年抗洪抢险中容易出事故的地段
B．河道狭窄、河床过浅，江水湍急地段
C．靠近居民集中居住的地段
D．重点工业、重点设施所在地段
【解析】需抗洪抢险的地段，河水流速较其他地段快，水中压强小，在岸上地下水作用及河水冲刷作用下堤岸下部受指向河流方向的压力，使堤脚泥沙向江中塌陷，从而使堤脚产生“空穴”引起“管涌”现象，严重时会使堤身倒塌。
【答案】AB
【拓展】在长江枯水期采取拓宽河道、加深河床、用铜板桩、水泥桩加固堤身、堤脚，可有效地防止水患的发生；在汛期利用各个大型水库的蓄水功能可适当控制江水流量、减缓流速，使堤坝承受的压强差减小．
类型之二：升力的产生
【例3】（05年广西南宁（课改实验区））如图所示是飞机机翼的截面图，当飞机水平飞行时（ ）
A.机翼下方空气速度大，压强小
B.机翼下方空气速度大，压强大
C.机翼上方空气速度大，压强大
D.机翼上方空气速度大，压强小
【答案】D
【变式题】(05年南通市海门卷)以下实例中，应用了流体压强与流速规律使物体向上运动的是（ ）
A．气球的升空 B．潜水艇上浮
C．大型客机的升空 D．火箭的升空
【解析】气球的升空和潜水艇的上浮是利用了浮力，火箭的升空是利用了力的作用是相互的原理。只有大型客机的升空是应用了流体压强与流速规律，所以选择C。
【答案】C
类型之三：综合应用创新
【例4】乒乓球运动员打弧旋球时，球飞行时高速向上旋转（称为上旋球），然后在空中拐弯向下弯曲，其飞行路线十分复杂，使对方来不及弄清球的方向，造成回球失误，从而取胜。试分析这种球利用了什么原理。
【答案】由于球向上旋转时，其表面空气也跟着运动，球上方气流速度比下方慢，所以上方的气压比下方大，受压力差作用迫使球飞行的路线向下弯曲，球旋转的速度越大，上下方压力差越大，迫使球向下弯曲得越大，由于球的运动方向改变复杂，使对方不易判断而造成回球失误。
【变式题】乒乓球前进过程中由于不同的旋转方向沿不同的径迹运动。运动员用三种不同的击球方法把乒乓球击出，请判断，图中1、2、3三条径迹哪一种是上旋球（图中乒乓球沿逆时针方向旋转）的、下旋球（图中乒乓球沿顺时针方向旋转）的、不转球的。说明你为什么认为上旋球应该沿着你所选的径迹运动。
【解析】本题的解答对学生在乒乓球方面的知识、技能的要求也很高．要求：①会打乒乓球，了解乒乓球的各项攻防技术．②了解乒乓球的上旋球和下旋球技术．③能运用物理知识对上旋球和下旋球技术进行正确的分析。如果学生不具备上述能力，就很难完全正确回答这个小题。
要想打出上旋球，球拍应摩擦球的后上部，如图甲，这时，球受到一个指向斜上方的力F，如图乙。这个力，既使球产生一个斜向上的初速度，又使球产生强烈的逆时针旋转。假设球没有旋转不受到向下的附加压强，则球将沿着一条近似于抛物线的径迹运动（图丙中的实线）。附加压强的影响同样会使乒乓球的运动径迹发生改变，但要注意，在球开始运动的阶段，附加压强对球的影响不明显，只是在球运动的后半段才会使球的径迹有较大的改变，球的实际运动轨迹如图丙中的虚线所示，即原题中的径迹1。
要想打出下旋球，球拍要摩擦球的后下部，使球受到一个斜向下的力（如上图）。这个力有使球沿图中实线运动的趋势，但球受到的向上的附加压强将使球在运动时有上升的趋势，最终，球将沿图中虚线所示的径迹运动，也就是原题中的径迹3。
由上述分析可知，由于击球的方式不同，上旋球开始有向斜上方运动的趋势，下旋球开始有向斜下方运动的趋势。因球的旋转使球受到的附加压强对上旋球的作用是使球在落台前有一个突然下沉的过程；对下旋球的作用是使球的运行径迹变得平缓。而不转的球的径迹介于上旋球和下旋球之间。不会打乒乓球的人，不了解乒乓球运动时弧线的高低和球拍摩擦球的方向之间关系的人，或者说对球类运动一点都不了解的人，恐怕很难做对此题。
【答案】l、2、3分别是上旋球、不转球、下旋球的轨迹。由于球的转动，周围的空气也随之绕球转动．对于上旋球（径迹1），由于球的旋转，球上方的空气随之向左运动；但同时球向左运动，则空气相对于球向右运动。空气相对于球的两种运动作用相抵，球上方的气流速度比下方的慢，所以上方压强大。因此，球受到向下的压力，沿弧线迅速下落。
四、当堂检测反馈
1．喷雾器为什么能喷水
【答案】常用的喷雾器，当压人活塞时，圆筒里的空气就从圆筒末端的小孔A以很大的速度流出，因此小孔附近的空气压强小于大气压强，于是容器F内的药液面上的空气压强迫使药液从小孔下方的B管内上升，到小孔A附近时，被空气流冲散成雾状喷出．
2．巨大的狂风为什么会把房顶掀翻 请你根据今天学到的知识作简单的解释．
【答案】气流的压强差对房顶会产生破坏作用．因为房屋内空气对房顶下表面用的压强是静止空气的压强，而刮飓风时，沿房顶上表面的高速气流对房顶作用压强比房屋内的气压小．结果在房顶内外就形成了气压差，方向自下向上的压力可能会把整个房顶掀开，或者把房顶的瓦掀翻．为了减少狂风对房顶的损害，尖顶房屋的山墙上常安装百叶窗，这可以使刮大风时，通过百叶窗在房顶的下表面也产生气流。以减少房顶上下表面的气压差．
3．在火车道旁行走的人，为什么不能靠车道太近 否则会出现什么危险
【答案】火车在高速行驶时，速度非常快，因此靠近火车的地方压强小，与大气压形成了一个压强差，使周围的物体受到一个向里的吸力，如果人靠车太近就有可能被吸过去。)
4．轮船为什么会相互吸引 别莱利曼著的《趣味物理学》记述了这样一件事情：
l 912年秋天，远洋货轮“奥林匹克”号在大海上航行着，同时在离它100 m远的地方，有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号几乎跟它平行地疾驰着．当两艘船到了如图所示的位置时，发生了一起意外的事情：
【答案】当两艘船平行航行时，在它们的船舷中间就好像有一条沟．在普通的沟里，沟壁不动，水在动；这里正相反，是水不动而沟壁在动．在这条能动的沟的狭窄部分，由于水相对船的流速较大，使得两艘船的相对两侧受到的压力比两船外侧部分受到的压力小，从而使两船相向运动，发生撞船事故．
5．一次龙卷风发生时，屋外风速很大，造成压强急剧减小，降到只有90 kPa。当时门窗紧闭，可以认为室内是一个标准大气压，若室内屋顶的面积为100m2．这时屋顶所受到的内外压力差是多少牛
五、课后延伸阅读
为什么公共汽车后面的窗子是不打开的
当你坐在疾驰的公共汽车中的时候，是否发现，汽车的后窗总是关闭的，这是怎么回事，为什么在很热的夏季，都不打开车的后窗呢
如果有一条小鱼在茫茫的大海里游泳，水面是不会产生什么波浪的。如果大鲸鱼游来就会激起滚滚的浪花。这是由于鲸的身体很大，它要占据很大的体积，当他往前游的时候，它离开的地方就会有水补充进来，因此，鲸的尾部常常出现巨大的浪头。
公共汽车也是这样的，在车身刚经过的地方，就要有空气来补充，因此，空气就由两旁和后面这些地方涌来，形成一股涡流。空气的涡流卷起地上的尘土，紧跟在汽车后面，卷起一个大灰柱；这就是我们看到的汽车后面的飞扬的尘土。如果我们把公共汽车的后面的窗子打开，那么空气必然夹带着尘土，一个劲地往车里挤。因此，公共汽车后面的窗子，大多是不打开的。
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