初中物理9.4 流体压强与流速的关系优质学案设计

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1. 通过实验，能总结出流体压强与流速的关系。
2. 能利用流体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. 能利用流体压强与流速的关系解释生活中的有关现象。
【学习重点】流体压强与流速的关系。
【学习难点】利用流体压强与流速的关系解释相关现象。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1．物理学中把具有 的液体和气体统称为流体．
2．在气体和液体中，流速越大的位置，压强越 ；流速越小的位置，压强越 .
3. 机翼的形状基本是 下平，飞机起飞时，上方空气流速 ，压强减 ，机翼上方与下方存在压强差，因而有 ，这就形成向上的升力。
【合作探究】
探究一、流体压强与流速的关系
1 . 流体压强与流速的关系
（1）流体：
液体和气体都具有流动性，统称为 。如空气、水等，流体流动时产生的压强称作流体压强。
（2）实验探究：流体压强与流速的关系
【提出问题】流体产生的压强与流速有什么关系？
【猜想与假设】流体流动速度越快，产生的压强越大；流体流动速度越快，产生的压强越小；流体的压强与流动速度无关。
①探究一：分不开的纸
如图所示，手握两张纸，让纸自然下垂，在两张纸中间向下吹气。
【实验现象】发现两张纸不但不分开，反而会靠拢。
【实验分析】吹气时，两张纸条内侧空气流动 ，压强变 ，而纸条外侧空气的流速基本不变，大气压强相对较大，存在压强差，因而有 差，是这个压力差把两纸条压到了一起。
【实验结论】在气体中，流速越大的位置，压强越 。
②探究二：口吹硬币跳跃木块
如图所示，在离桌边20~30cm的地方放一枚铝制硬币，在硬币前10cm左右放置一个高度约2cm的木块，在硬币后放置一本与硬币厚度相当的笔记本。在硬币上方沿着与桌面平行的方向用力吹一口气，观察现象。
【实验现象】硬币会跳过木块。
【现象分析】实验中的硬币，上面只有空气与它接触。吹气时硬币向上“跳”，说明它下面空气向上的压力较 。硬币上下两面的面积相同，因此一定是下面空气向上的 比较大。由于吹气，硬币上面的流速变大，压强变 ；硬币下方空气流速小，压强大。
【实验结论】在气体中，流速越大的位置，压强越小。
③探究三：吹不开的乒乓球
如图所示，在盛水的浅容器中放入两个乒乓球，使两球间隔一定的距离且静止。现用一细纸管向两乒乓球中间吹气，观察现象。
【实验现象】两乒乓球会靠拢。
【实验分析】两个乒乓球向中间靠拢，说明两球内侧受到液体的压强变小，吹气前后两球外侧受到液体压强不变，球内外存在 差，因而存在压力差，两球在 作用下向中间靠拢。
【实验结论】在液体中，流速越大的位置，压强越小。
④探究四：玻璃管中水柱的高度为何不同？
如图所示是一粗细不同的玻璃管，在粗细不同的位置上分别有竖直玻璃细管与其连通；让水流过玻璃管，观察现象。
【实验现象】三个竖直玻璃管中的水柱高度不相同。与粗管处连接的管子，水柱高，与细管处连接的管子，水柱低。
【实验分析】水平管的粗细不同，水流动时，流量是 的，故三段水平管中水的流速是 的（均选填“相同”或“不相同”）；粗管中的水，流速小，细管中的水，流速大。水流动时，小竖管中水柱的高度不相同，根据液体的压强公式p=ρgh可知，各段水平管中水的压强不相同，粗管中水的压强 ，细管中水的压强 。
【实验结论】在液体中，流速大的位置，压强小；流速小的位置，压强大。
（3）探究归纳
在气体和液体中，流速越大的位置，压强越 ；流速越小的位置，压强越 。
该结论也称“伯努利原理”。是由瑞士物理学家、数学家、医学家丹尼尔•伯努利在1738年提出的。伯努利家族，一个家族3代人中产生了8位科学家，后裔有不少于120位被人们系统地追溯过，他们在数学、科学、技术、工程乃至法律、管理、文学、艺术等方面声名显赫。
2. 用“流体压强与流速的关系”解释现象
（1）火车站台上的安全线
【想一想】为什么火车站和地铁站的站台上要画一条安全线？
【分析】当火车或地铁进站时，会带动人和车之间的空气的流速加快，人外侧空气流速慢压强大，而内侧流速快压强 ，会产生一个向内侧的 差，将人推向火车，易出现危险。
（2）喷雾器的工作原理
【分析】喷雾器的小孔处比较细，当有气体流出时，空气流速快，压强 ，容器里液面上方的空气压强大，液体就沿着细管上升，从管口流出后，受气流的冲击，被喷成雾状。
（3）草原犬鼠的洞穴
【想一想】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。这是为什么呢？
【分析】两个洞口的形状不同，决定了洞穴中空气流动的方向。吹过平坦表面的风速 ，压强 ；吹过隆起表面的风速 ，压强 。因此，地面上的风吹进了犬鼠的洞穴，给犬鼠带去了习习凉风（均选填“大”或“小”）。
（4）跑车的气流偏导器
跑车车身形状和机翼类似，高速飞驰时，如果产生向上的力就会发飘，会造成行驶不稳定。
跑车在车尾安装了一种“气流偏导器”， “气流偏导器”上表面平直，下表面呈 向下凸，当跑车高速行驶时，流过它上方的空气速度比下方空气 。此时，上方空气压强比下方空气压强大，这样，“气流偏导器”受到一个向 的压力差，从而使车轮抓紧地面。
【例题1】某物理课外小组制作了如图所示的实验装置，打开A阀门，关闭B阀门，水流入管道，当水稳定后，a管液面高度____b管液面高度；再打开B 阀门，在水向外流的过程中，a管液面高度______b管液面高度（填“高于”、“等于”或“低于”，g=10N/kg）。
【例题2】如图所示的生活情境中，不是流体与流速物理现象的是（ ）
A．热气球慢慢上升 B．向两张中间吹气
C．向漏斗快速吹气 D．列车站台禁越黄标线
探究二、飞机的升力
【想一想】几十吨重的飞机为什么能腾空而起？你观察过飞机的机翼吗？它的横截面是什么形状？
1. 飞机的升力
（1）观察思考
观察如图所示飞机的机翼截面形状。想一想，为什么机翼上部和下部的形状是不对称的？是什么将飞机“托上”天空的呢？
机翼的形状基本是 ，机翼的形状对飞机的起飞起了很重要的作用。
（2）分析探究
飞机起飞前，先在跑道上跑一段距离。空气相对机翼向后运动。因为机翼的形状是上凸下平，所以上方空气流速 ，压强 ，机翼上、下方存在压强差，产生 ，形成了向 的升力。
机翼上、下表面的 是产生升力的原因。
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，所产生的升力就比较大。升力是竖直向上的，它跟飞机所受重力方向相反，当升力大于重力时，飞机上升。
（3）归纳总结
机翼的形状决定了机翼上下表面空气的流速不同，使机翼上下方产生压强差，从而产生压力差，这一压力差使飞机获得向上的升力。
2. 鸟类的滑翔原理
（1）鸟类的滑翔原理
【想一想】鸟类展开双翅，即使不扑打，为什么也能在空中滑翔而不会跌下来？
【分析】鸟翅如同机翼，鸟翅的上方是曲面，下方近似于平面，气流通过上方的速度 下方气流的速度。因此上方的压强 下方的压强，产生向上的升力，所以鸟在空中滑翔不会掉下来（均选填“大于”或“小于”）。
鸟类的滑翔原理 灰雁与其倒飞
（2）灰雁
生活在欧洲的灰雁，如果天气情况很恶劣时，空气流动很大，且非常不稳定，它需要降低高度以摆脱这种不利的状况。它怎样才能迅速的降低高度呢？
【分析】身体完全翻转过来， 飞行。
【例题3】2022年5月14日国产大飞机C919首飞试验成功（如图）。有网友兴奋地说，中国商飞将可能成为继波音和空客之后的第三大民航飞机制造者。有报道称C919最大起飞质量达77吨，如此庞然大物能飞上天，下列说法中正确的是（ ）
A．C919不能垂直地面腾空而起，先滑行再起飞是为了让乘客充分欣赏机场景色
B．C919起飞原理是利用了流体压强与流速的关系
C．C919在高空水平飞行时机翼下方空气的流速大于机翼上方空气的流速
D．C919在长长的跑道上加速滑行再逐渐离地起飞，此过程飞机对地面的压力增大，对地面的压强也增大
探究三、拓展性实验—用传感器研究气体流速与压强的关系
【实验介绍】
如图，三节直径不同的塑料管联结在一起，然后与抽气机相通。当抽气机抽气时，在同一时间内，通过三个管子的气体总量是相同的，所以细管内气体的流速一定比粗管内气体的流速大。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。
看看是不是气体流速大的地方压强小。
【实验与现象】
（1）将三个气体压强传感器探头分别插入三节管中，将传感器与电脑相连，打开抽气机抽气，观察电脑屏幕。
（2）调换抽气机的挡位，重复上述实验，记录电脑屏幕图像，如图乙所示。
【实验分析】如图所示，①、②、③三条图线分别对应粗细不同的三节管中气体压强随时间变化的情况。由图像可知， 处流速大，压强小（传感器 ）， 处流速小，压强大（传感器 ）。
当调换抽气机的挡位后，图乙中的三条图线均下移，由此可判断三节管中气体的流速均 。（选填“增大”或“减小”）
【实验结论】流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大。
【归纳整理】
第4节 流体压强与流速的关系

【精讲点拨】
1. 流体压强与流速的关系规律不仅适用于气体，也适用于液体。
2. 三步解决流体压强相关问题
第一步：要弄清哪部分流速大，哪一部分流速小。
第二步：流速大，压强小，压力也小；流速大，压强大，压力也大；
第三步：物体受到压力差作用而产生各种现象。
3. 应用流体压强与流速的关系解释相关现象时，关键是要正确判断流体流速的大小关系。常用的判断方法有以下三种：
（1）同一流体在相同的时间内，通过较大的路程处流速大；
（2）同一流体经不同的横截面时，流过横截面小的位置流速大，如河道狭窄处水的流速大。
（3）高速运动的物体带动流体流速变快，如列车周围的气体流速变快。
【课堂练习】
1．如图所示，用手握着两张纸，让纸自然下垂。如果在两张纸中间向下吹气，两张纸之间的空气流速变大，压强 ，而吹气前、后两张纸外侧的大气压 ，因而两张纸分别在压力差的作用下向中间靠拢。
2. 如图，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（ ）
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
3．下列现象能用流体压强与流速的关系来解释的是（ ）
①如图甲所示向两张纸中间吹气，纸张向中间靠拢
②如图乙所示装有液体的玻璃管，底部和侧壁的橡皮膜往外凸起
③如图丙所示地铁站台边，人必须站在安全黄线以外的区域候车
④如图丁所示飞机升力的产生原因
A．①② B．①④ C．③④ D．①③④
4. 如图所示，用弹簧测力计挂上飞机机翼模型,再用电风扇对着机翼模型吹风。因为在流体中，流速越大的位置，压强_____(选填“越大”、“越小”或“不变”)，所以增大风速，弹簧测力计示数会_____(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
5. 某兴趣小组利用生活中常见的物品做了一个非常有趣的实验，将吹风机对准三个相同的水平通道左端口向下吹风，在通道右端口处同时放置相同规格的乒乓球，某时刻乒乓球处于如图所示的位置。下列说法合理的是（ ）
A．此实验原理与高压锅工作原理相同
B．三个通道的左端口处，c 处压强最小
C．增大吹风机的风速，乒乓球向左移动更明显
D．若通道变宽，乒乓球向左移动更明显。
6. 如图，甲装置中A、B、C三节直径不同的塑料管连接在一起，左端连抽气泵。传感器1、2、3与电脑相连，可显示出管中气体压强随时间变化的图像。如图乙是抽气泵在两个不同挡位抽气时得到的图像。下列说法中正确的是（ ）

A．抽气时A、B、C三节管内气体流速相同
B．第15s时，C管内气体流速大于A管内气体流速
C．由图像推测抽气泵换挡时间大约是在第15s
D．换挡后B管内气体流速比换挡前大
7．我国具有完全自主知识产权的新一代大型客机C919在上海浦东国际机场首飞，这标志着中华民族百年的“大飞机梦”取得了历史性突破。
（1）如图乙所示，飞机的机翼做成上凸下平的形状，飞机飞行时，机翼上方气流比下方气流的流速大，下方空气的压强 （填“大于”“等于”或“小于”）上方空气的压强，从而使机翼获得了向上的升力；为了缩短飞机起飞或着陆的滑行距离，最好
（填“顺风”或“逆风”）起飞。
（2）在C919客机加速上升的过程中，机舱外的大气压 （填“变大”“变小”或“不变”），机舱内先进的“呼吸系统”，使飞机在气压只有2.5×104 Pa左右的万米高空时，机舱内气压达到8.0×104 Pa , 机体1 m2面积上承受内、外气压的压力差约为 N。
8. 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的水平玻璃管，可以看到A、B处竖直玻璃管中的液面高度不同，这说明A、B处水平管中水的压强不相同。
（1）根据上面的实验现象可知， （选填“A”或“B”）处水的压强小，其依据的物理原理是 。
（2）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，两艘并排的船在航行时常常会不由自主的碰在一起，其原因是什么？
【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？