《9-4 流体压强与流速的关系》教学设计.doc

9-4 流体压强与流速的关系 石河子第八中学物理组 梁丽娟9-4 流体压强与流速的关系石河子第八中学物理组 梁丽娟一、教学分析本节课的教学采用科学实验探究的教学模式，运用自然科学的归纳教学法，通过飞机停在机场上（机舱门打开时人不会被吸“出”）和在高空中快速飞行时（机舱门打开时人被“吸”出）的不同，来引导学生得出可能是飞机外空气流动快的缘故， 激发学生疑惑和强烈的好奇心，引入今天的课题“流体压强与流速的关系”，激发学生探究的欲望。而后让学生自己通过探究，动手做一些带有悬念性的、有趣的小实验，切实体验一下科学家的实验过程，观察实验现象，自己总结实验结论，让学生在玩的当中根据资料片去思考问题的实质。再通过直观的演示，得知不同流速的压强不同，流速大，压强小，再次深刻地理解和领会“流体压强与流速关系”的原理，并会用它来简单地解释生活中遇到的一些实际问题。关于课本上的机翼升力问题是作为“流体的流速大，压强小；流速小，压强大”这一结论的应用来处理的在前面教学的基础上，随堂继续组织学生做好吹纸的实验，结合演示机翼上升、多媒体播放飞机起飞，引导学生观察机翼的形状、分析机翼升力产生的原因。二、教学目标（一）知识目标：通过实验探究，初步了解流体压强与流速的关系及其应用。（二）能力目标：锻炼学生的观察能力、实验能力，提高学生的猜想与假设的能力。（三）情感态度与价值观：激发学生对物理的兴趣，强化学生的安全意识。三、教学重点、难点1、重点：理解流体的压强与流速的关系，培养运用流体的压强与流速的关系解释日常生活中的现象的能力及探究物理规律的方法。2、难点：机翼升力产生的原因。四、教学方法：课堂采用情境教学、演示实验、分组实验、小组讨论等教学方法。五、教具和媒体教师演示实验用：5分的硬币、直尺，漏斗、乒乓球、气泵（带塞子），飞机模型、飞机机翼模型、演示“天女散花”用的彩色的纸，三只相同的碗、极粗吸管。学生实验用：5分的硬币（28枚）、直尺（28把），A4白纸（56张），小试剂瓶（28个）、中间切开（未断）折成直角的饮料吸管（28根）、品红溶液，吸管（28根）、等长的蜡烛（56根）、火柴（28盒），注射器（28个）、装满水的水槽（28个）、塑料瓶盖（当成小船）（56个），用来制作飞机机翼模型宽5cm长20cm的纸片（28张）、固定机翼前端的细线六、教学过程一、情景创设、提出问题教师：同学们喜欢看007系列的电影吗？学生：喜欢！教师：今天老师就和同学们一起看一段007系列电影择日而亡中的片断。播放电影片段 PPT 1在刚才的画面中，为什么快速飞行着的飞机机窗破裂后，飞机里的人和物品都会被“吸”向机舱外？如果一架停在机场的飞机窗户破裂或机舱门打开，也会发生这样的情景吗？学生：不会。教师：为什么停在机场的飞机窗户破裂时人不会被吸“出，而快速飞行的飞机窗户破裂时人会却被“吸”出呢？学生：停在机场上的飞机和快速飞行的飞机，机舱外空气流速不同，压强不同。教师：大家的猜想是否正确，我们一起学完今天的内容 “流体压强与流速的关系”后，就可以揭开谜底了。 板书课题,同时播放PPT 21、知道什么是流体、什么叫流体压强2、理解流体的压强与流速的关系，并能运用“流体的压强与流速的关系”解释日常生活中的现象3、知道飞机的机翼是什么形状的4、了解飞机的升力是怎样产生的教师：首先，我们一起来看一下这节课的“学习目标” PPT 3 投影出“学习目标”下面给同学们5分钟时间，先自学课本P91-P93页的内容，同时针对“学习目标”，把你认为重点的内容用笔勾画出来。通过自学，你已经掌握了哪些知识？谁来说说？学生：.气体和液体都可以流动，是流体。教师板书：一、流体：气体和液体 .流体流动时的压强叫做流体压强。二、流体压强：流体流动时的压强.流体压强与流速的关系是：流速越大的位置压强越小。.飞机机翼的形状通常都做成上凸下平的，上方呈流线型，下方近似于直线。.飞机升力产生的原因是：飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，相当于有气流流过机翼。气流被机翼分成上下两部分，由于机翼横截面的形状上下不对称，在相同时间内，机翼上方气流通过的路程较长，因而速度较大，它对机翼的压强较小；下方气流通过的路程较短，因而速度较小，它对机翼的压强较大。因此，机翼的上下表面存在压强差，这就产生了向上的升力。教师：物理是一门以实验为基础的学科，下面我们就一起来通过实验来验证一下刚才同学们所说的内容。【实验一】首先，我们来进行一场别开生面的跳高比赛-“硬币的跳高比赛”！ 播放PPT 4在离桌边2-3cm处放一铝质的硬币，在硬币前5-6cm左右用直尺或笔做一栏杆，在硬币上方沿着与桌面平行的方向用力吹一口气，硬币就可能跳过栏杆。比比看谁能使硬币跳得最高！是什么力使硬币跳起来？硬币飞起来时，谁与硬币接触了？学生：空气。教师：从受力方面分析，硬币能向上跳，说明硬币受一个向上的力，想想看这个力由什么原因产生？ 播放PPT 5 硬币在向上飞的时候，只有空气和她接触，桌面不可能对它产生作用了。是不是硬币上下的压强不同使他向上运动？硬币与桌面间总有一定的缝隙，这样硬币的下方和上方都有空气。没有吹气时，硬币上面的空气与下面的空气可看做静止，这时硬币上面的空气对硬币向下的压强等于下面的空气产生的向上的压强，硬币受力平衡而静止。当在硬币上方沿着与桌面平行的方向吹气时，造成了硬币的上表面气体的什么发生了变化？学生：速度。教师：哪里的气体流速快？学生：硬币上方的。教师：这时硬币上、下方的空气产生的压强大小关系怎样才能使硬币向上跳起来？学生：上方的压强小于下方的压强，从而产生一个向上的压力差，在这个向上的压力作用下，所以硬币跳起来。教师：这个实验说明流动气体的压强跟流速有什么关系？学生：气体流速越大的位置压强越小。【学生分组实验】现在我们的研究活动以小组进行，探究流体的流速与压强的关系。请大家利用桌面上给你提供的器材，每组至少做二到三个实验。同学们可以先在小组内讨论设计实验方案，然后再进行实验，并把你们观察到的实验现象、发现的问题记录下来。看看在实验中能发现些什么？比一比哪组做得实验最好、最多！提示同学们：你们可以用嘴吹气产生气流，用注射器喷射水产生水流，通过一些物体的运动状况来分析判断压强大小的变化。这里提供几个参考实验装置，请看大屏幕播放PPT 6，如图所示。同学也可以自己设计别的实验方案。时间5分钟，现在大家开始吧！（学生开始实验、探究、讨论，教师巡视各组的实验情况）你们的实验完成了吗？下面我们进行全班交流，要求：各组选取一个实验，准备好后，上台演示，其中由一同学操作，另一同学叙述操作过程以及观察到的现象，并解释其原因。就按顺序来进行，好不好？声音要大些，那么，第一组开始吧。估计学生会回答到的几个情况：（1）.我们组选择老师提供的实验装置第一个图，我们用手捏住两张纸的一端，让两张纸自然下垂，相距35厘米，并使两张纸保持平行。沿两张纸的中间向下吹气时，看到两张纸不但没有被吹开反而互向中间靠近。原因是：不吹气时，纸张两侧的空气相对静止，致使空气对纸作用的压强相同。而向两纸之间吹气时，纸张内侧空气流动快，压强变小，而两纸外侧的空气流速几乎不变，其气压大于内侧，于是将纸张压在了一起。（2）.我们把一根吸管的一端插入水中，用另一根吸管水平地对准该管管口吹气，并在水平放置的吸管口放一张白纸，我们可看到水雾从吸管口处喷出。我们用一根吸管对垂直放置的另一吸管口水平的吹气，使得垂直放置的吸管口处气体的流速加快压强变小，管外气压大于管口处气压，使得水被压入管内上升至管口处，再被水平放置的吸管吹散成雾状。（3）.我们组选择老师提供的实验装置第三个图，将漏斗倒置，先用手指拖住乒乓球放在漏斗中，然后往漏斗里吹气，乒乓球不掉下来。没有吹气时，乒乓球上面的空气与下面的空气看做静止，这时乒乓球由于受重力作用而掉下来。当气体从漏斗的上方吹下来时，乒乓球上方气体的流速大于下方气体的流速，乒乓球上方气体产生的向下的压强小于下方气体向上的压强，从而产生一个向上的压力差，在这个向上的压力作用下乒乓球被托住不掉下来。（4）.我们组选择老师提供的实验装置第四个图，把两根蜡烛点燃，相对靠近一些，用一支吸管向烛焰中间吹气，烛焰相互相靠拢。（5）.我们组选择老师提供的实验装置第五个图，把两个塑料瓶盖当做小船放入装有水的水槽中，将注射器中吸入水，用注射器向漂浮在水面上的两只瓶盖间喷射水流，可观察到两只瓶盖向中间靠近。原因是: 用注射器向两只瓶盖间注水后，两瓶盖之间水流速度快压强小，两瓶盖外侧水流慢压强大，因此瓶盖内外的压强差将两瓶盖挤在了一起。（6）. 我们组选择老师提供的实验装置第六个图，用双手将一张纸靠在嘴唇下，另一端自然下垂，沿纸的上方水平吹气，手中的纸会向上飘。因为沿水平方向向纸片的上方吹气，纸片上方的空气流速加快，而流速越快的地方压强越小，纸片下方的空气流速慢，压强大，从而形成了一个向上的压力差，在这个向上的压力差作用下纸片被托了起来。并且我们发现，如果吹出的气越快，纸条会向上飘得越高。再次说明气流越快压强则越小。教师：非常好！还有没有不按照大屏幕上的实验方案，而设计其他实验方案呢？各组同学实验方案不同，但这些实验却共同说明了一个什么问题？学生：流体在流速大的地方压强小，在流速小的地方压强大。教师：刚才第六幅图“吹纸片”的实验，由于气压差产生了一个向上的升力。大家能举例说明升力在实际生活中的应用吗？ 飞机的升力和纸条的向上飘起有什么异曲同工之处呢？学生：飞机的机翼！教师：（出示飞机模型）飞机能够腾空而起，秘密就在于机翼。请大家仔细观察机翼的形状！学生：机翼的上表面是凸起的流线型，下表面是平直的。教师：下面我们就一起来制作一个飞机机翼的模型。（用大屏幕展示实验步骤）（1）用胶水把宽5cm长20cm的纸条头尾相连成一个环（2）弯曲表面使它成机翼的横断面状（3）将铅笔穿进纸环，在宽的一端支撑一会儿，往机翼的上表面吹气使它运动。把细绳拉平绷紧，用嘴对着“机翼”前端细绳的位置，用力水平吹气，可以看到 什么现象？学生：机翼模型由原本垂下来的变得向上飞起来了！教师：飞机的机翼设计成这种“上凸下平”形状，当飞机飞行时，机翼上、下的空气流速是否相同？学生：不同。机翼上方的气流速度大于下方的气流速度。迎面吹来的气流被机翼分成两部分，由于机翼横截面的形状上下不对称，在相同时间内，机翼上方气流通过的路程较长，因而速度较大，压强较小；下方气流通过的路程较短，因而速度较小，压强较大。因此，机翼的上下表面存在压强差，这就产生了向上的升力。教师：在生活中，不仅飞机利用了升力，水翼船也利用了升力来减小船体的阻力，水翼船的下部，也有类似于飞机机翼的水翼，船在高速行驶时，水翼会获得升力，水翼将船体托出水面，从而减少水对船体的阻力，大大提高船速。你注意到过没有：全速行驶的船与船之间距离很远，是不是可以离得很近呢？昨天，老师看了别莱利曼著的趣味物理学中记述了这样一件事情：1912年秋天，远洋货轮“奥林匹克”号在大海上航行，同时在离它100米远的地方，有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号几乎跟它平行地航行。发生了一起意外的事情：小船好像是服从着一种不可见的力量，竟扭转船头朝着大船，并且不服从舵手操纵，几乎笔直地向大船冲来。“豪克”的船头撞在“奥林匹克”号的船舷上，以致“豪克”号把“奥林匹克”号的船舷撞了一个大洞。谁负有责任？当时的海事法庭判定奥林匹克号的船长应负有责任，未能给巡洋舰让道，真的是奥林匹克号的船长的责任吗，如果不是，那又是谁的责任？请同学们来当小侦探，揪出幕后真凶。学生：当两船近距离行驶时，在两船的共同带动下，两船中间的水流速度比外侧的要快，因为流体流速快的地方压强小，所以两船中间水流的压强比外部小一些，这样，水流的压力差会使两船相互靠拢。而越靠拢中间水流的速度就越快，压强就越小，船靠拢的速度就越快，最终造成两船相撞。教师：为此航海管理规定：同向并行的船必须相距一定的安全距离！提到安全距离，就来考考大家：你在等火车或者地铁的时候应该注意到：离站台边缘1 m左右的地方标有一条安全线，乘客必须站在安全线以外的地方候车，这是为什么？学生：当火车进站时，行驶的火车带动火车周围的空气流动，靠近火车的地方空气流速大压强小，而人背后的空气流速小压强大，形成一个将人推向火车压力差，在这个压力的作用下人很容易被推向火车。所以说，人站在安全线以内很危险。教师：. 放学时下起了大雨，还刮起了风，小丽打一把伞在雨中步行回家，一阵风吹来，伞雨竟然被向上“吸”起来了，风并不是向上刮的，而且雨伞还受到雨向下的压力；. 每当疾驰的汽车通过时，路旁的树叶、细草等常常被吸向汽车。这些都是生活中司空见惯的生活现象，同学们思考过其中的奥妙吗？科学往往就藏在我们身边，下面我们就要应用今天所学的只是来解释生活中的这些现象。学生：. 撑开的伞上方是弯曲的弧线，下方可以看作是一条直线。而遇到大风吹来时，气流被分成上下两部分，相同的时间内，上方气流通过的路程长，速度快，气体流速快的地方压强小，所以伞上方的压强小于下方，所以形成了向上的压强差，从而被下方气压“托”起来。. 汽车行驶过程中，带动车身附近的气流速度加快，而离汽车较远处的气流速度慢，气体流速快的地方压强小，车身附近处的压强小，离车较远处的压强大，所形以成了一个指向车身方向的压力差，在这样一个压力的作用下汽车附近质量较轻的树叶、细草等东西就容易被这个压力推向车身。教师：.跑车的车头呈流线型，那当跑车跑得太快，车会发飘、不稳。为了避免这种危险，汽车设计者在跑车的尾部安装“气流偏导器”，像一只倒置的翅膀，它的上表面平直，底部呈弧线形，为什么要这样设计？学生：由于气流偏导器上表面平直、下表面凸起，所以当跑车高速行驶时，流过气流偏导器上方的空气速度慢压强大，而流过气流偏导器下方的空气速度快压强小。这样，偏导器上、下方所受的压力差形成了一个向下的力，从而使车对地面的压力增大，摩擦力也随之增大,提高了车轮的着地性能.教师：.2011年4月美国受到龙卷风袭击，造成重大损失。龙卷风来袭时，屋顶为什么能被掀掉？请你用物理知识解释一下。学生：风暴在吹过时，屋顶外的空气流速快压强小，而屋内的空气处于相对静止的状态，空气流速慢压强大，此时屋内气压大于屋外气压，从而产生一个向上的压力差，这样屋顶就被掀掉了。教师：龙卷风吹过时怎样才能减少灾难的发生呢？学生：打开窗子，保持屋内外空气的有效流通，以维持内外压强的基本平衡。教师：.其实在大自然中的动物们也在不经意间应用了这个原理。 播放影片“北美犬鼠的洞”这是北美草原犬鼠的洞穴，你注意到了没有，洞穴有两个出口，一个是平的，而另一个则是隆起的，仔细观察，你就会发现：隆起的洞口永远在下风口，这里有什么玄机吗？学生：当空气流过隆起的洞口时，由于经过的路线比较长，所以气流的速度要大于平的洞口，隆起的洞口处的气压比平的洞口的气压低，于是，风从平坦的洞口吹入，从隆起的洞口飘出，正是因为两个洞口形状的不同，洞内的空气才能保持清新。 播放影片“解释北美犬鼠的洞玄机”教师：.如果你经常观看足球比赛的话，一定见过罚前场直接任意球。这时候，通常是防守方五六个球员在球门前组成一道人墙，挡住进球线。进攻方的主罚队员，起脚一记劲射，球绕过了人墙，眼看要偏离球门飞出，却又沿弧线拐过弯来直入球门，让守门员措手不及，眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的香蕉球。怎样才能踢出香蕉球呢?学生：当足球在原地旋转时，周围空气的流速是相等的，对球的压力也是相等的。当足球不旋转向前运动时，周围的空气对它的压力也是相等的。可是，当我们踢香蕉球时，球是一边旋转一边向前，这个时候空气对它的压力还是相等的吗？球在往前飞的过程中，空气迎面而来，同时，由于球的旋转，带动周围的空气随之旋转，左侧空气旋转的方向与迎面而来的气流方向相同，右侧则相反，因此，左侧的空气流速大于右侧，想想看：哪边的空气对球的压力大呢？右侧的空气对球的压力大于左侧！所以，足球的运动轨迹是逐渐向左的。这就是“香蕉球”的原理。“香蕉球”只是形象的叫法，准确的讲，应该叫做“弧旋球”。排球、网球、乒乓球、棒球等都能利用旋转技术，创造出各种飘忽不定、神秘莫测的怪球。教师：同学们想一想，我们日常生产、生活中的哪些物理现象，能用我们实验得出的结论来解释呢？七、总结、扩展教师：