流体压强与流速的关系 教学设计 初中物理人教版八年级下册（2022-2023学年）

第4节流体压强与流速的关系年级八年级授课时间课题第4节流体压强与流速的关系教学目标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。教材分析教学器材教学过程教师活动学生活动导入新课【讲解历史典故、播放视频】【播放视频】——《无需吸气就能将球吸入水管》学习新课一、流体压强与流速的关系【想想做做】“硬币跳高实验”。在离桌边2～3cm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同的笔记本。在硬币上方沿着与桌面平行的方向用力吹一口气，硬币就可能跳过木块。口吹硬币跳跃木块【提出问题】硬币能飞起，说明硬币受到向上的力，是谁才能给它向上的力呢？【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”，说明它上面空气向下的压力比较小，下面空气向上的压力比较大。硬币上下两面的面积相同，因此一定是下面空气向上的压强比较大。由于吹气，硬币上面空气的流速变大了。由此我们猜想：是不是气体的压强跟气体的流速有关？【过渡】气体和液体都具有流动性，所以就统称为流体。液体、气体静止时的压强前面我们已经研究过了；当液体、气体处于流动时压强又是怎样的呢？与什么因素有关呢？1.气体的压强与流速的关系【学生实验1】给你一只漏斗和一个乒乓球，怎么可以让乒乓球在漏斗口不掉下来？可以有几种方法？方法①：把乒乓球堵严漏斗下端口，然后用力把直管内的空气吸走。方法②：把乒乓球放在下端口附近，不堵住漏斗口，用力向下吹气。方法一方法一吸气方法二吹气【现象与分析】（1）方法①中出现的现象是乒乓球静止不动。原因是漏斗中的空气被吸走，球被大气压压在漏斗口。（2）方法②中出现的现象是乒乓球会旋转，并且悬浮在空中。是什么力支持住乒乓球？吹气时，乒乓球上方气体流速大，空气压强小，乒乓球下方气体流速小，空气压强大，出现向上的压强差，所以产生一个向上的力。【现象与分析】发现两张纸没有向两边分开，而是向中间靠拢。为什么吹气时，两张纸没被吹开，反而吸到了一起？吹气时，纸条内侧空气流动快，压强变小，纸条外侧空气流动慢，压强大，两纸条被吸到了一起。【归纳结论】气体流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。2.液体的压强与流速的关系【播放视频】——《演示实验：液体压强与流速的关系》让水流过粗细不同的一水平管，观察与水平管相连的竖直玻璃管中的液面是不是相平？实验现象：发现与水平管相连的竖直玻璃管中的液面不是相平。【分析】水平管的粗细不同，水流动时，流量是相同的，故三段水平管中水的流速是不同的，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，粗管中水的压强大，细管中水的压强小。【结论】在液体中，流速越大的位置，压强越小。3.流体的压强与流速的关系在在气体和液体中，流速越大的位置，压强越小。4.生活中有关流体压强与流速关系的现象【提出下列问题】①为什么火车站和地铁站的站台上要画一条安全线？【学生回答】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，根据流体压强与流速的关系可知，人外侧空气流速慢压强大，而内侧流速快压强小，会产生一个向内侧的压强差，将人推向火车，易出现危险。喷雾器喷雾器②喷雾器的工作原理【学生回答】喷雾器的小孔处比较细，当有气体流出时，空气流速快，压强小，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航海规则为什么规定，两艘轮船不能近距离同向航行？④草原犬鼠的“空调”洞穴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？【学生回答】实际上，两个洞口的形状不同，决定了洞穴中空气流动的方向。吹过平坦表面的风运动速度小，压强大；吹过隆起表面的风速度大，压强小。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。⑤跑车的尾翼安装“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。【学生回答】气流偏导器。【例题1】如图甲所示，小明同学在两张纸片中间向下吹气，可观察到两纸片靠拢，此实验现象说明：气体流速越大的地方越小。在一个雨天，小丽撑着雨伞走在回家的路上，如图乙所示，一阵大风吹来，雨伞可能发生的现象及其正确的解释是（）A．由于风力作用，雨伞将做匀速直线运动B．雨伞上方空气流速等于下方，雨伞将保持静止C．雨伞上方空气流速小于下方，雨伞边缘会向下压低D．雨伞上方空气流速大于下方，雨伞边缘会向上翻起【答案】D【解析】BCD．等质量的空气在相同的时间内同时通过伞的上表面和下表面，由于上表面弯曲，下表面平直，所以空气通过上表面的流速大，通过下表面的流速较小。因为伞上方的空气流速大，压强较小；伞下方的空气流速小，压强大，所以伞面受到一个向上的压强差，伞被向上“吸”，不能保持静止，故BC错误，D正确；A．由上面的分析，伞面受到的合力方向上，为非平衡力，故雨伞不能做匀速直线运动，故A错误。故选D。【例题2】某物理课外小组制作了如图所示的实验装置，大缸内水深1m，在距缸底30cm处水的压强是___________Pa，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）。【答案】7×103

，等于，高于。【解析】在距缸底30cm处水的压强是p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×（1m-0.3m）=7×103Pa打开A阀门，水流入管道，a管、b管、大烧杯组成了连通器，因为连通器中装有同种液体，所以，由连通器原理知道，当水稳定后，a管液面高度等于b管液面高度。再打开B阀门，粗管和细管中水的流量相同，细管处水的流速大、压强小，支持的水柱低；粗管处水的流速小、压强大，支持的水柱高，所以a管液面高度大于b管液面高度。进行实验，激发兴趣，思考问题，提高探究的欲望。通过观看视频，与老师一起进行分析，归纳出液体的压强与流速的关系。学习新课二、飞机的升力【想一想】几十吨重的飞机为什么能够腾空而起？你观察过飞机的机翼吗？它的横截面是什么形状的？1.机翼上下表面的压强差是产生升力的原因。【播放视频，讲解】机翼的形状基本是上凸下平。飞机起飞之前，先得在跑道上跑一段距离。飞机向前跑，空气就相对地向后移动。因为机翼的形状基本是上凸下平，所以上方空气流速加大，压强减小，机翼上方与下方存在压强差，因而有压力差，这就形成向上的升力。机翼截面图机翼截面图F1＜F2【播放视频】——《飞机升力的产生》2.鸟类的滑翔原理【提问】①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？【回答】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大于下方气流的速度。因此上方的压强小于下方的压强，产生向上的升力，所以鸟在空中滑翔不会掉下来。②聪明的动物世界——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。请同学们帮它想想办法，它怎样才能迅速的降低高度呢？【学生回答】身体完全翻转过来，倒立飞行。【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【答案】B【解析】ABC．C919起飞的原理是利用了流体压强与流速的关系。飞机的机翼上凸下平，飞机飞行时，在相同的时间内，经过机翼上方的空气路程长，机翼上方的空气流速快，压强小，经过机翼下方的空气路程短，下方的空气流速慢，压强大，上下表面从而产生了压力差，使飞机获得向上的升力，只有当速度足够快，升力足够大，飞机才能起飞，所以飞机不能垂直起飞，需要先滑行获得足够的速度，才能起飞，故AC错误，B正确；D．C919在长长的跑道上加速滑行再逐渐离地起飞，飞机受到的升力不断增加，对地面的压力不断减小，由于受力面积不变，根据压强的公式p=F/S得，压力变小，受力面积不变，压强也变小，故D错误。故选B。【例题4】甲甲乙丙丁A．图甲，赛车尾部安装气流偏导器 B．图乙，气垫船船体脱离水面行驶C．图丙，飞机的机翼设计成流线型 D．图丁，高铁站站台上划定安全线故选B。与老师的讲解配合，知道飞机机翼上下表面的压强差是产生升力的原因。观看视频。课堂练习课堂练习1.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”).【答案】越小，减小。【解析】在流体中，流速越大的位置，压强越小。飞机机翼模型上凸下平，增大风速时，会产生一个向上的升力，所以弹簧测力计示数会减小。第1第1题图第2题图2．如图所示，以下四个关于“流体压强与流速的关系”的现象中，压强大小关系正确的是（）【答案】A【解析】在气体和液体中，物体的形状决定了流体的流速，流速越大的位置，压强越小。四个图中，A图正确，所以选A。3．近期交警部门加大对电动车安装遮阳伞的检查拆除力度，遮阳伞虽能遮挡阳光，但存在安全隐患，当电动车快速行驶时，如图所示，下列说法正确的是（）A.遮阳伞上边空气流速小，压强小，伞面被向下压B．遮阳伞下边空气流速大，压强小，伞面被向上吸C．遮阳伞上边空气流速大，压强大，伞面被向下压D．遮阳伞下边空气流速小，压强大，伞面被向上吸【答案】D。【解析】如图所示，遮阳伞上面为凸面，当电动车快速行驶时，上方空气流动的速度变大，压强变小；遮阳伞下边空气流速小，压强大，遮阳伞会产生一个向上的压强差，因而产生一个向上的压力差，伞面被向上吸。选项D正确。第3题图第3题图第4题图4.龙卷风的实质是高速旋转的气流，它能把地面上的物体“吸”起卷入空中（如图所示），龙卷风能“吸”起物体的主要原因是（）A．龙卷风内部的气压远小于外部的大气压；B．龙卷风增大了空气对物体的浮力；C．龙卷风使物体受到的重力变小了；D．龙卷风产生了强大的静电，将物体吸上天空【答案】A.【解析】龙卷风是高速旋转的气流，龙卷风内部的气压远小于外部的大气压，地面上的物体靠近龙卷风的一面，流速快，压强小，会受到一个压力差，所以会被“吸”起卷入空中。故选A。【答案】C.【解析】A．根据图片可知，当左端有风吹过时，气体流速大压强小，于是三个小球在大气压强的作用下被推向左端，而高压锅的工作原理为液体沸点随气压的变化规律，故A错误；B．c处小球运动的距离最短，则说明c处的小球受到的推力最小，即c处压强最大，故B错误；C．增大吹风机的风速，则左端气体压强更小，那么乒乓球受到的推力更大，则向左运动更明显，故C正确；D．乒乓球移动的距离只与左右两端的气压差大小有关，而和通道的宽窄没有关系，故D错误。第5题图第5题图第6题图6.在中央电视台“是真的吗”节目中曾验证过：“无需吸气就能将球吸入水管”的说法，如图所示，主持人一只手握住洗衣机排水管的一端，保持不动，另一只手抓住管的上半部，使其在空中快速转动，这时下管口附近的乒乓球被吸进管中，并“天女散花”般地从上管口飞了出来。产生这一现象的原因是由于（）。A．下管口空气流速大，导致下管口的压强大于上管口的压强B．下管口空气流速大，导致下管口的压强小于上管口的压强C．上管口空气流速大，导致上管口的压强大于下管口的压强D．上管口空气流速大，导致上管口的压强小于下管口的压强【答案】D.【解析】当手抓住管的上半部，使其在空中快速转动时，管口附近的气体流速快，压强小，下管口附近的碎纸屑受到一个压力差的作用，就会被吸进管中，并“天女散花”般地从上管口飞了出来。所以选D.【答案】①气体流动时，气体的压强会变小，并且气体的流速越快，气体的压强越小。②若站在安全线以内，当列车进站时，其周围的空气随列车一起运动，流动速度变快，压强变小，而人身后的空气流速较小，压强较大，形成向车身方向的压强差，会把人推向列车，发生危险。【解析】①分析比较图（b）、（c）、（d）的实验现象可知：气体流动时，气体的压强会变小，并且气体的流速越快，气体的压强越小。②若站在安全线以内，当列车进站时，其周围的空气随列车一起运动，流动速度变快，压强变小，而人身后的空气流速较小，压强较大，形成向车身方向的压强差，会把人推向列车，发生危险。8．如图所示，当硬币上气体的流速达到一定时，硬币就会“飞”起来。小羽同学很好奇，决定探究“硬币起飞”的条件。查阅资料：在地面附近同一高度或高度差不显著的情况下，空气流速v与压强p的关系可表示为eq\f(1,2)ρv2+p=C，式中C是一个常数，ρ表示空气密度。根据上述关系式可知：（1）空气流速与压强的关系为：流速越______（选填“大”或“小”），压强越小；当空气流速v为0时，常数C表示___________；（2）设一个硬币的重力为G，当需要将硬币吹起时，硬币上下表面的受到的压力差至少为_________；（3）当在水平桌面上放置一个硬币并沿箭头所示方向吹气，由于气流通过硬币上部，而硬币下面没有气流通过，硬币上下表面就会产生差值为eq\f(1,2)ρv2的压强差，此压强差就是硬币向上的动力；（4）设硬币的表面积为S，请写出刚好将硬币吹起时吹气速度v的表达式（用ρ、S、m或G表示）___________。【答案】（1）20，大；（2）空气流速为0时的压强；（3）G；（4）。【解析】（1）由公式eq\f(1,2)ρv2+p=C（式中C是常量，ρ表示空气密度）可知：空气流速越大，压强小；