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第4节
流体压强与流速的关系
学习目标
1.了解气体的压强与流速的关。
2.了解飞机的升力是怎样相关的现象。
3.学会通过实验的方法研究物理规律。
知识点全解
知识点一：流体压强与流速的关系
例1：如图所示，在两根筷子中间放上两只乒乓球，用吸管向中间吹气，可观察到两只乒乓球将
（选填“靠近”“远离”或“静止不动”），原因是流速大的地方气体压强较
。
知识点二：飞机的升力
飞机之所以受到升力，是由飞机机翼的形状所决定的。如图所示，正在飞行的飞机，迎面吹来的风被机翼分为上、下两部分，由于机翼横截面的形状上下不对称，在相同的时间内，机翼上方气流通过的路程长，流速大，压强小，下方气流通过的路程短，流速小，相对上方的压强就大，上、下表面就存在压强差，因而有压力差，就产生了升力。
例2：快递公司尝试用无人机运送包裹，在带着包裹匀速飞行过程中，无人机受到的升力的施力物体是 ????。
知识点全练
练习1：你知道汽车中的“负压换气”吗？如图，汽车行驶时将天窗打开，由于天窗上方空气流动速度
，此处的气压
，使汽车内部的气压
外部的气压，汽车内部污浊的空气快速流出，从而实现“负压换气”。
练习2：读下面的短文，并回答问题：
我们已经知道静止液体内部压强的规律，那么流动着的液体的压强大小又有什么规律呢？我们可以通过下面的实验来研究这个问题。打开水龙头，使自来水流过图甲所示玻璃管，可以看到A、B处从水龙头竖直玻璃管中的液面高度不同，这说明A、B处的压强不相同。
?（1）根据上面的实验现象可知，A、B两处的 ??处压强小，其物理依据是
???。
（2）请你总结出流动液体压强大小与流速的关系。
。
（3）根据你得到的“流动液体压强大小与流速的关系”解释下面的现象：如图乙所示的是两艘并排的船，在航行时，常常会不由自主地碰在一起。原因是
。
自我检测
一、选择题
1.下列四幅图，能研究流体压强与流速关系的是（
）
2.如图所示，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（
）
3.学习了“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，同学们设计了几种方案。如图所示，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（
）
二、填空题
4.如图所示，用细线悬挂着的轻质塑料汤勺靠近水流，汤勺和水流会 (选填“靠拢”或“远离”)。这是因为汤勺和水流之间空气流速增大，压强 。?
5.据报道，某地曾经发生过天空中下“鱼”的奇观，实际上这是龙卷风的杰作。当龙卷风经过湖面时，其气旋中心速度很
,压强很
,将湖中的水和鱼一起“吸”向空中，水和鱼随龙卷风运动到别处落下，形成奇观。?
6.让自来水流过如图所示的装置，当水流稳定后最后喷出的是
(选填“冷水”、“热水”或“温水”)；利用了在气体和液体中，流速
的位置压强
。?
7.如图所示的甲、乙两图，图 中的模型由于上下表面气体流速不同，产生压强差，形成对模型向下的压力；假如你是一位设计师，制造飞机机翼应设计成图 中的模型形状。?
三、实验探究题
8.某兴趣小组的同学观察到：①飞机在起飞和航行时机翼的仰角不同；②飞机越大其机翼越大。他们想探究“机翼获得升力的大小与机翼仰角、机翼面积有什么关系？”(注：机翼仰角为机翼下表面与水平面的夹角，机翼面积指机翼在水平面上投影的面积)
他们利用塑料泡沫等材料自制了三个质量相同、形状相同、面积不同的机翼模型，把圆柱形空心笔杆穿过“机翼”并固定在“机翼”上，将一根金属杆从笔杆中穿过并上下固定，确保“机翼”能沿金属杆在竖直方向移动。将“机翼”挂在测力计的下方，实验装置如图所示。
（1）用鼓风机对着“机翼”吹风模拟飞机在空中飞行。当鼓风机向右吹风时，以气流为参照物，飞机向 飞行。?
（2）为了研究“机翼”获得的升力与仰角的关系，他们对同一个“机翼”吹风，并保持风速不变，只改变“机翼” 的大小，观察并记录测力计的示数；在其他条件相同时，更换面积不同的“机翼”重复上述实验。实验记录如下表。?
(每次吹风前测力计示数均为3.5
N)
“机翼”仰角“机翼”面积/cm2测力计示数/N
275
395
566
0°(水平)
3.2
3.0
2.6
较小
3.0
2.9
2.4
较大
2.9
2.8
2.3
最大
3.1
2.9
2.7
①在上述实验中，吹风前后测力计示数的 即为“机翼”获得升力的大小。?
②通过分析数据可以得出结论：当质量、形状、面积和风速相同时，仰角增大，获得的升力
(选填“一定”或“不一定”)增大；当质量、形状、仰角和风速相同时，“机翼”面积越大，获得的升力
。?
（3）实验时，“机翼”沿金属杆上升，金属杆对笔杆有向
的摩擦力，因此测得的升力应
“机翼”实际获得的升力。?
四、科普阅读题
9.阅读短文，完成下列问题。
澡精灵简易热水器由于易于安装，价格低廉，实用性强，被网友评为没有热水器的宿舍必备“神器”之一。如图为它的产品实拍图(图甲)和原理图(图乙)，它是利用自来水的水流通过混合器流速变快压强变小而在大气压的作用下将开水“吸”上来混合成温水淋浴的一种简易淋浴器。
使用时将接头套在水龙头上，喷头挂钩安装在不高于1.8
m位置，把“吸管”插入准备好的热水容器里，打开水龙头,，喷头就会流出混合好的温水，安装时最好将盛热水的容器放置在50
cm以上的凳子上并加固，以提高出水温度。
水温可以通过温度调节阀(如图丙)进行调节，它的滚轮向下调节时吸管的横截面积会变小，另外对水温影响还有几个要素：第一，自来水流速越大，出水温度越高；第二，热水与喷头的高度差越小，出水温度越高；第三，热水温度越高，出水温度越高。
（1）如果觉得喷头出水温度偏低，则可以将水龙头开 (大/小)，或者将温度调节阀的滚轮向 (上/下)调节。?
（2）下列与该热水器的工作原理相同的是 。?
A.图钉帽大头尖
B.飞机机翼上凸下平
C.水坝上窄下宽
（3）为了提高“吸”热能力，混合器的结构示意图最好设计成下列中的 。(注：左为冷水进口，下为热水进口，右为温水出口)?
（4）热水在吸管中上升，是由于
的作用。?中小学教育资源及组卷应用平台
第4节
流体压强与流速的关系
学习目标
1.了解气体的压强与流速的关。
2.了解飞机的升力是怎样相关的现象。
3.学会通过实验的方法研究物理规律。
知识点全解
知识点一：流体压强与流速的关系
例1：如图所示，在两根筷子中间放上两只乒乓球，用吸管向中间吹气，可观察到两只乒乓球将
（选填“靠近”“远离”或“静止不动”），原因是流速大的地方气体压强较
。
【解析】向乒乓球中间吹气时，乒乓球中间流速变大，压强变小，乒乓球外侧大气压不变，所以乒乓球外侧压强大于内侧压强，所以两只乒乓球将靠近。
【答案】靠近 小
知识点二：飞机的升力
飞机之所以受到升力，是由飞机机翼的形状所决定的。如图所示，正在飞行的飞机，迎面吹来的风被机翼分为上、下两部分，由于机翼横截面的形状上下不对称，在相同的时间内，机翼上方气流通过的路程长，流速大，压强小，下方气流通过的路程短，流速小，相对上方的压强就大，上、下表面就存在压强差，因而有压力差，就产生了升力。
例2：快递公司尝试用无人机运送包裹，在带着包裹匀速飞行过程中，无人机受到的升力的施力物体是 ????。
【解析】升力是由于机翼上下表面空气流动速度不同，受到的流体压强不同而产生的，故其施力物体是空气。
【答案】空气
知识点全练
练习1：你知道汽车中的“负压换气”吗？如图，汽车行驶时将天窗打开，由于天窗上方空气流动速度
，此处的气压
，使汽车内部的气压
外部的气压，汽车内部污浊的空气快速流出，从而实现“负压换气”。
【解析】汽车行驶时将天窗打开，在车顶形成一个凸面，天窗上方空气的流速大、压强小，汽车内部空气的流速小、压强大，则汽车内部的气压大于外部的气压，在向上压力差的作用下车内污浊的空气被自动“抽出”，从而保持车内空气清新。
【答案】大
小
大于
【点拨】解答流体压强类问题的一般策略首先要确定物体上、下(或左、右)表面流体的流速大小，以流动的气体为例，有气体流动的一侧比不流动的一侧流速大，流过曲面的速度比流过平面的速度大；对于液体，管子细的地方比粗的地方流速大。然后根据流体压强与流速的关系，判断物体运动方向，即从压强大的地方向压强小的地方运动。
练习2：读下面的短文，并回答问题：
我们已经知道静止液体内部压强的规律，那么流动着的液体的压强大小又有什么规律呢？我们可以通过下面的实验来研究这个问题。打开水龙头，使自来水流过图甲所示玻璃管，可以看到A、B处从水龙头竖直玻璃管中的液面高度不同，这说明A、B处的压强不相同。
?（1）根据上面的实验现象可知，A、B两处的 ??处压强小，其物理依据是
???。
（2）请你总结出流动液体压强大小与流速的关系。
。
（3）根据你得到的“流动液体压强大小与流速的关系”解释下面的现象：如图乙所示的是两艘并排的船，在航行时，常常会不由自主地碰在一起。原因是
。
【解析】（1）A、B两处水的压强等于它所支撑的水柱产生的压强。由题图知，B处水柱的高度低于A处，根据液体压强的计算公式p=ρgh可知，B处的压强小于A处的压强。（2）由于A、B两处是在同一水管中，在相同的时间内流过的水量相同，由于B处水管最细，所以B处的水流速度最大。再结合B处的压强小于A处的压强，由此可得结论：在流体中，流速越大的位置，压强越小。（3）两艘并排的船，它们在航行时，常常不由自主地碰在一起，这是由于两船之间的水流速度大，压强小，两船外侧水流速度小，压强大，形成向里的压力差，使两船相互靠拢。
【答案】（1）B??
（2）流速越大的位置压强越小
（3）两船之间的水流速度大，压强小，两船外侧水流速度小，压强大，形成向里的压力差，使两船相互靠拢。
【点拨】本题以科普阅读题的形式综合考查根据题中信息解答问题的能力，重点考查的核心素养如下：（1）问考查了“信息获取和处理”的科学探究素养及“进行分析和推理”的科学思维素养；（2）问考查了“分析数据得到结论”的科学探究素养；（3）考查了“应用物理知识解决实际问题”的物理观念素养。
自我检测
一、选择题
1.下列四幅图，能研究流体压强与流速关系的是（
）
【解析】向两张纸中间吹气时，两张纸中间空气流速大，压强小，两张纸向中间靠拢，能研究流体压强与流速的关系，故B选项符合题意。
【答案】B
2.如图所示，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（
）
【解析】A图中，当空气流过时，由于s下>s上,故v下>v上，因为流速大的地方压强小，所以p1>p2；同理，在B图中，p1=p2；在C图中两纸片的外侧受到的大气压强是相等的，故p1=p2；在D图中，由于吹气使小球上方的空气流速大于下方的空气流速，故p1
【答案】A
3.学习了“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，同学们设计了几种方案。如图所示，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（
）
【解析】C选项中，过道右端的通风道有凸起，所以相同时间风经过过道右端的通风道时的路程长，则风速较快，所以过道右端的气压小于左端的气压，所以空气会从过道的左端流向右端，过道中有风通过，此方案不需要消耗其他能量，既有效又节能。
【答案】C
二、填空题
4.如图所示，用细线悬挂着的轻质塑料汤勺靠近水流，汤勺和水流会 (选填“靠拢”或“远离”)。这是因为汤勺和水流之间空气流速增大，压强 。?
【解析】由于水流动，汤勺和水流间的空气流动速度较快，压强较小，汤勺和水流的另一侧空气流速较慢，压强较大，空气压力差使汤勺和水流靠拢。
【答案】 靠拢 减小
5.据报道，某地曾经发生过天空中下“鱼”的奇观，实际上这是龙卷风的杰作。当龙卷风经过湖面时，其气旋中心速度很
,压强很
,将湖中的水和鱼一起“吸”向空中，水和鱼随龙卷风运动到别处落下，形成奇观。?
【解析】龙卷风是空气高速旋转形成的，空气流动速度越大，压强越小。
【答案】大 小
6.让自来水流过如图所示的装置，当水流稳定后最后喷出的是
(选填“冷水”、“热水”或“温水”)；利用了在气体和液体中，流速
的位置压强
。?
【解析】当冷水未流出时，热水管中的热水静止不动，当冷水流出时，水的流速增大，压强减小，热水管上端的压强减小，热水在大气压的作用下上升与冷水混合成温水。
【答案】温水
大
小
7.如图所示的甲、乙两图，图 中的模型由于上下表面气体流速不同，产生压强差，形成对模型向下的压力；假如你是一位设计师，制造飞机机翼应设计成图 中的模型形状。?
【解析】图甲中，在相同时间内，气体经过模型下方的路程比经过上方的路程短，模型上方的气体流速大，模型上方的压强小于下方，产生向上的升力，故飞机机翼应设计成图甲中的模型形状；图乙中，在相同时间内，气体经过模型下方的路程比经过上方的路程长，模型下方的气体流速大，模型下方压强小，故产生向下的压力。
【答案】 乙 甲
三、实验探究题
8.某兴趣小组的同学观察到：①飞机在起飞和航行时机翼的仰角不同；②飞机越大其机翼越大。他们想探究“机翼获得升力的大小与机翼仰角、机翼面积有什么关系？”(注：机翼仰角为机翼下表面与水平面的夹角，机翼面积指机翼在水平面上投影的面积)
他们利用塑料泡沫等材料自制了三个质量相同、形状相同、面积不同的机翼模型，把圆柱形空心笔杆穿过“机翼”并固定在“机翼”上，将一根金属杆从笔杆中穿过并上下固定，确保“机翼”能沿金属杆在竖直方向移动。将“机翼”挂在测力计的下方，实验装置如图所示。
（1）用鼓风机对着“机翼”吹风模拟飞机在空中飞行。当鼓风机向右吹风时，以气流为参照物，飞机向 飞行。?
（2）为了研究“机翼”获得的升力与仰角的关系，他们对同一个“机翼”吹风，并保持风速不变，只改变“机翼” 的大小，观察并记录测力计的示数；在其他条件相同时，更换面积不同的“机翼”重复上述实验。实验记录如下表。?
(每次吹风前测力计示数均为3.5
N)
“机翼”仰角“机翼”面积/cm2测力计示数/N
275
395
566
0°(水平)
3.2
3.0
2.6
较小
3.0
2.9
2.4
较大
2.9
2.8
2.3
最大
3.1
2.9
2.7
①在上述实验中，吹风前后测力计示数的 即为“机翼”获得升力的大小。?
②通过分析数据可以得出结论：当质量、形状、面积和风速相同时，仰角增大，获得的升力
(选填“一定”或“不一定”)增大；当质量、形状、仰角和风速相同时，“机翼”面积越大，获得的升力
。?
（3）实验时，“机翼”沿金属杆上升，金属杆对笔杆有向
的摩擦力，因此测得的升力应
“机翼”实际获得的升力。?
【解析】(1)鼓风机向右吹风，以飞机为参照物，气流向右运动；如果以气流为参照物，则飞机向左飞行。（2）现在是研究“机翼”获得的升力与仰角的关系，我们应运用控制变量的思想，控制其他因素不变，而只改变“机翼”仰角的大小。①吹风前，“机翼”受重力和拉力；吹风时，若不考虑摩擦，“机翼”受重力、拉力、升力三个力的作用，由平衡力知识知道，吹风前后弹簧测力计示数的差值即为“机翼”获得升力的大小。②由表可知，当质量、形状、面积和风速相同时，“机翼”仰角从0°到最大时弹簧测力计的示数先减小后增大，可知获得的升力不一定增大；而当质量、形状、仰角和风速相同时，“机翼”面积越大，获得的升力越大。(3)实验时，“机翼”是沿着金属杆上升的，则金属杆对笔杆有向下的摩擦力。考虑到这一因素，测得的升力应小于“机翼”获得的升力。
【答案】（1）左 （2）仰角 ①变化量(或差值、减小量) ②不一定 越大 （3）下 小于
四、科普阅读题
9.阅读短文，完成下列问题。
澡精灵简易热水器由于易于安装，价格低廉，实用性强，被网友评为没有热水器的宿舍必备“神器”之一。如图为它的产品实拍图(图甲)和原理图(图乙)，它是利用自来水的水流通过混合器流速变快压强变小而在大气压的作用下将开水“吸”上来混合成温水淋浴的一种简易淋浴器。
使用时将接头套在水龙头上，喷头挂钩安装在不高于1.8
m位置，把“吸管”插入准备好的热水容器里，打开水龙头,，喷头就会流出混合好的温水，安装时最好将盛热水的容器放置在50
cm以上的凳子上并加固，以提高出水温度。
水温可以通过温度调节阀(如图丙)进行调节，它的滚轮向下调节时吸管的横截面积会变小，另外对水温影响还有几个要素：第一，自来水流速越大，出水温度越高；第二，热水与喷头的高度差越小，出水温度越高；第三，热水温度越高，出水温度越高。
（1）如果觉得喷头出水温度偏低，则可以将水龙头开 (大/小)，或者将温度调节阀的滚轮向 (上/下)调节。?
（2）下列与该热水器的工作原理相同的是 。?
A.图钉帽大头尖
B.飞机机翼上凸下平
C.水坝上窄下宽
（3）为了提高“吸”热能力，混合器的结构示意图最好设计成下列中的 。(注：左为冷水进口，下为热水进口，右为温水出口)?
（4）热水在吸管中上升，是由于
的作用。?
【解析】（1）因为自来水流速越大，出水温度越高，滚轮向上调节时吸管的横截面积会变大，所以，觉得喷头出水温度偏低，则可以将水龙头开大，或者将温度调节阀的滚轮向上调节。（2）、（4）该混合器的构造特点是：混合器是一个三通管，冷水管比较粗，但在与热水管汇合前突然变细，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，水流速度猛增，压强变得很小，热水容器中的热水在大气压的作用下上升，进入混合器和冷水混合，变成温度适宜的温水，从喷头处流出，故“飞机机翼上凸下平”与其工作原理相同。（3）B设计中，当冷水从左端流入时，在热水进口上方突然“变细”，流速变大，流体压强变小，使热水在大气压的作用下上升，故能起到“自来水流速越大，出水温度越高”的作用，所以为了提高“吸”热能力，B设计符合要求。
【答案】（1）大 上
（2）B
（3）B
（4）大气压