6.6 流体压强与流速的关系（教学课件）-【上好课】八年级物理下册同步高效课堂（沪科版·五四学制·上海2024）

第六章 密度与压强 八年级下册 •沪教版 五四•学制 大型客机是重要的现代交通工具，C919 大型客机是我国首次按照国际通行适航标准自行研制、具有自主知识产权的喷气式干线客机，彰显我国工业技术的整体水平。飞机的研制涉及材料的密度和流体的压强等问题。本章我们将学习密度和压强的相关知识。 通过本章内容的学习，你将了解液体压强和大气压强，理解密度和压强等基本概念，知道流体压强与流速的关系；学会测量固体和液体密度的基本方法；经历探究影响液体压强因素的过程；了解密度与压强知识在日常生活中的具体应用；初步建立物质观念。 导入新课 第6节 流体压强与流速的关系 如图所示，地铁站的候车区一般安装有安全玻璃墙，或在地面上标有黄线，称为安全线。当地铁列车进站的时候，车站的工作人员都会提醒人们注意站在安全线以外，这是为什么呢？ 流体的压强与流速的关系 01 流体压强规律有的应用 02 课堂总结 03 提升训练 04 第6节 流体压强与流速的关系 流体的压强与流速的关系 01 第6节 流体压强与流速的关系 一、流体的压强与流速的关系 1 . 探究流体压强与流速的关系 （1）流体：液体和气体没有一定的形状，都具有流动性，因此统称为流体。前面我们已经学习的液体压强和大气压强，都是流体静止时的压强。 （2）实验探究：流体压强与流速的关系 【提出问题】当液体和气体流动时，其压强是否会发生变化呢？ 【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。 一、流体的压强与流速的关系 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，反而向中间靠拢。 【实验分析】吹气时，两张纸外部的大气压力没有发生大的变化，两张纸向中间靠拢，说明中间的气体向外的压力变小了。纸两侧的面积一样，压力小，说明压强也小。 【实验结论】空气流动时的压强比静止时的压强小。 流速慢 流速慢 一、流体的压强与流速的关系 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2厘米的木块，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。 一、流体的压强与流速的关系 【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。 空气流动 流速小，压强大 流速大，压强小 由于吹气，硬币上面的流速变大，压强变小；硬币下方空气流速小，压强大。 【实验结论】 气体压强与气体的流速有关，流速大的位置压强小。 一、流体的压强与流速的关系 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。 一、流体的压强与流速的关系 【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，球内外存在压强差，因而存在压力差，两球在压力差作用下向中间靠拢。 流速快,压强小 压强大 压强大 【实验结论】 液体压强与液体的流速有关，流速大的位置压强小。 一、流体的压强与流速的关系 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，水柱最高，与细管处连接的管子，水柱最低。 一、流体的压强与流速的关系 【实验分析】 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。 流速小 流速小 压强小 流速大 压强大 压强大 【实验结论】 液体压强与液体的流速有关，流速大的位置压强小。 一、流体的压强与流速的关系 2. 流体的压强与流速的关系 大量实验表明： 流体压强与流速有关，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。 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。 一、流体的压强与流速的关系 视频欣赏——《无需吸气就能将球吸入水管》 一、流体的压强与流速的关系 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（均选填“高于”“等于”或 “低于”）。 【例题1】物理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 等于    高于 打开A阀门，关闭 B 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，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。 一、流体的压强与流速的关系 【例题2】在火车站的站台上，离站台边缘一定距离的地方标有一条安全线，旅客必须站在如图所示的区域候车，以防被行驶列车“吸入”。小明为探明被“吸入”的原因，他查阅资料获得以下信息： （1）运动的物体会带动附近的空气随之一起运动； （2）具有流动性的气体（或液体）称为流体，当流体经过较窄通道时，流速变大，经过较宽通道时，流速变小； （3）流体压强随流速变化而变化。接着小明用三节直径不同的塑料管道连接在一起，一端与吹风机相通，用数字气压计测量各管道内空气流动时的压强大小，现象如图所示。 一、流体的压强与流速的关系 ①根据上述信息及图所示现象，可得流体压强与流速的关系是_____________________________； ②结合所学压强知识及上述信息，指出被行驶列车“吸入”的原因，并写出分析过程__________。 流体中，流速越快，压强越小 见解析 一、流体的压强与流速的关系 （1）根据题意知道， 流体压强与流速的关系是：流体中，流速越快，压强越小。 （2）列车开动时，会带动列车周围的空气流动；列车通过站台，站台上旅客与列车之间的空气流速快，压强小，离列车较远处的空气流速慢，压强大；旅客会被空气从压强大的地方压向压强小的地方，从而造成被列车“吸入”的危险。 流体压强规律的应用 02 第6节 流体压强与流速的关系 1. 文丘里流量计 文丘里流量计是一种测量有压管道流量的装置，常用于测量空气、天然气、水等流体的流量。 图所示是文丘里流量计的结构示意图。 【分析】流体在通过流量计时局部收缩，从而使流速增大，压强减小，因此流体在截面1和截面2处有压强差，通过测量压强差来测量流量大小。 二、流体压强规律的应用 2 . 火车站和地铁站的站台上的安全线 为什么火车站和地铁站的站台上要画一条安全线？ 地铁站台的安全线 火车站台的安全线 【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，而内侧流速快压强小，会产生一个向内侧的压强差，将人推向火车，易出现危险。 二、流体压强规律的应用 3. 在海上做编队航行的舰船之间需保持一定距离 【分析】高速同向行驶的船舶如果靠得太近，两船之间水流的流速大，压强小于船外侧的压强。水流的压力差会使两船相互“吸引”而发生碰撞事故。因此，大型舰队在海上做编队航行时，各舰船之间需保持一定距离，以防止相邻舰船间因水流的压力差而发生碰撞。 二、流体压强规律的应用 4. 飞机的升力 二、流体压强规律的应用 （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？ 机翼的形状基本是上凸下平。机翼的形状对飞机的起飞起了很重要的作用。 机翼截面图 二、流体压强规律的应用 （2）分析探究 机翼 上表面 下表面 空气流速 压强 产生升力原因 机翼产生向 的压强差 小 小 大 上 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，所以上方空气流速快，压强小，机翼上、下方存在压强差，产生压力差，形成了向上的升力。 机翼上、下表面的压强差是产生升力的原因。 大 F2 >F1 二、流体压强规律的应用 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。 二、流体压强规律的应用 视频欣赏——《飞机升力的产生》 5. 喷雾器的工作原理 喷雾器 【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。 二、流体压强规律的应用 6. 草原犬鼠的洞穴 非洲草原犬鼠的洞穴有两个出口，一个是平的，另一个则是隆起的圆形土堆。两个洞口的形状不同，决定了洞穴中空气流动的方向。 气流慢，压强大 气流方向 气流快，压强小 【分析】吹过平坦表面的风速小，压强大；吹过隆起表面的风速大，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。 二、流体压强规律的应用 7. 跑车的气流偏导器 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，下表面呈弧形向下凸，当跑车高速行驶时，流过它上方的空气速度比下方空气小。此时，上方空气压强比下方空气压强大，这样，“气流偏导器”受到一个向下的压力差，从而使车轮抓紧地面。 气流 偏导器 二、流体压强规律的应用 二、流体压强规律的应用 8. 科学与人文 流体力学 物理学的分支——流体力学是在人类生活实践中发展起来的一门学科，主要研究作用于静止或运动流体中各种力的关系。它既包含自然科学的基础理论，又涉及工程技术的实际应用。 流体力学的相关理论广泛应用于航空、航天、大气、海洋、航运、土木、医学、地质、给排水、石油、化工、能源和交通等众多领域。 二、流体压强规律的应用 流体力学可分为流体静力学、流体动力学、空气动力学等，其中空气动力学对航空航天工程具有至关重要的作用。 我国科学家钱学森和郭永怀均为空气动力学的基础理论及相关工程技术实践做出了世界公认的开拓性工作。 “两弹一星功勋奖章”获得者， 我国近代力学和系统工程理论与应用 研究的奠基人和倡导人，被誉为“中国航天之父”。组织领导我国火箭、 导弹和航天器的研究发展工作，为我国航天事业和国防事业的迅速发展作出了卓越贡献。 钱学森（1911—2009） 二、流体压强规律的应用 郭永怀是“两弹一星功勋奖章”获得者， 我国近代力学事业的奠基人之一。 先后领导、参与“两弹一星”研制和试验工作，解决了核弹研制和试验中力学方面的许多重大难题，在推动核武器发展方面有着突出贡献，在核弹、导弹、地球卫星三个领域都作出重大贡献。 郭永怀（1909—1968） 二、流体压强规律的应用 流体中存在不规则的起伏和扰动，称为湍流。求解湍流问题会遭遇超乎想象的数学困难。 我国科学家周培源为湍流模式理论做出奠基性的工作。湍流至今仍然是未被解决的流体力学难题。 周培源（1902—1993） 二、流体压强规律的应用 【例题2】上海市夏季烈日炎炎，有不少摩托车主选择加装如图所示的遮阳伞。虽然这样的遮阳伞能够让车主免受阳光的荼毒，但是存在很大的安全隐患，这是因为，当摩托车快速行驶时，伞上方的空气流速______（选填“大于”或“小于”）下方的空气流速，导致上方的大气压强______（选填“大于”或“小于”）下方的大气压强，驾驶员会感觉车被向_____（选填“上”或“下”）提起。 上 遮阳伞“上凸下平”，当摩托车快速行驶时，伞上方空气流速大，压强小；伞下方空气流速小，压强大，伞就受到一个向上的压强（或压力）差，伞面会被吹起，驾驶员会感觉车被向上提起，存在严重的安全隐患。 大于 小于 二、流体压强规律的应用 【例题3】如图是某同学分析飞机如何获得升力时所画的示意图。下列说法正确的是（　　） A．飞机获得升力利用了流体流速大的位置压强大的原理 B．根据机翼上凸下平分析出机翼上方空气流速大 C．根据所知原理可推理出机翼下方空气压强小 D．机翼受到空气向上的压力小于向下的压力 B  二、流体压强规律的应用 A．根据流体压强与流速的关系，流速越大的位置，压强越小。飞机获得升力利用了流体流速大的位置压强小的原理。故A错误； BCD．观察机翼的形状，机翼上方是凸起的，而下方是平的。当飞机飞行时，机翼上方的空气需要流经更长的路程，所以流速会相对较大。因此，根据机翼上凸下平的形状，我们可以分析出机翼上方空气流速大，压强小。机翼下方空气流速小，所以压强相对较大，所以机翼受到空气向上的压力大于向下的压力，这个压力差使飞机获得向上的升力。故CD错误，B正确。 故选B。 课 堂 总 结 03 第6节 流体压强与流速的关系 课堂总结（1） 流体压强与 流速的关系 流体压强规律的应用 流体压强与 流速的关系 流体压强与流速有关，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。 ①文丘里流量计； ②火车站和地铁站的站台上的安全线； ③编队航行的舰船间保持一定距离； ④喷雾器的工作原理； ⑤跑车的气流偏导器。 ┈┈ 38 课堂总结（2） 39 提 升 训 练 04 第6节 流体压强与流速的关系 提升训练 1. 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 C 由图知，相同时间内，空气通过伞上方的路程大于伞下方的路程，所以伞上方的空气流速大于下方，根据流体的流速越大、压强越小，伞下方的压强大于上方的压强，伞在向上压强差的作用下被吸向上方，故ABD错误，C正确。 故选C。 提升训练 2. 下列现象能用流体压强与流速的关系来解释的是（　　） D 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 提升训练 ①对两张平行的纸吹气，两纸间的空气流速大压强小，而两纸的外部空气流速小压强大，两纸受到向内的压力差，所以两张纸被压到一起，能用流体压强与流速的关系来解释，故①符合题意； ②装有液体的玻璃管，底部和侧壁的橡皮膜往外凸起，是因液体对容器底和侧壁有压强，不能用流体压强与流速的关系来解释，②不符合题意； ③当列车驶进站台时，会带动人和车之间的空气流动速度加快，压强小，此时人外侧的空气流动速度慢，压强大，会产生一个向内侧的压强差，将人推向火车，易出现危险，能用流体压强与流速的关系来解释，故③符合题意； ④相等的时间内，空气经过机翼上面的路程大于下面的路程，则机翼上面的空气流速大于下面的流速，所以机翼上面的压强小于下面的压强，产生一个向上压强差，出现一个向上压力差，就是机翼向上的升力，故④符合题意。 故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D. 提升训练 3. 如图，把一根吸管A插在盛水的杯子中，将另一根吸管B的管口贴靠在A管的上端。往B管中吹气，可以看到A管中的水面上升，这是什么原因？如果用力吹气，A管中的水将从管口流出。想一想，这个现象有什么实用价值? 往B管中吹气时，A管上方空气流速加大，压强减小，杯中水面上方与A管上方存在压强差，因而有压力差，使A管中的水面上升。 利用这种现象可以制作喷雾器。 提升训练 4. 如图所示，使用燃气灶时，打开燃气阀门，拧动点火装置，燃气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃，而燃气不会从进口处向空气中泄漏，其原因是（ ） A.进口处燃气流速小，压强大于大气压强 B.进口处燃气流速小，压强小于大气压强 C.进口处燃气流速大，压强大于大气压强 D.进口处燃气流速大，压强小于大气压强 D 流体流速越快的位置压强越小，进口处煤气流速大，压强小于大气压，煤气和空气在大气压的作用下流向燃烧头，而煤气不会向空气中泄漏，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 提升训练 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。 B　 提升训练 A．当左端有风吹过时，气体流速大压强小，于是三个小球在压强差的作用下被推向左端，高压锅的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。 故选C. 提升训练 6. 如图所示，两个相同的机翼模型a和b被弹簧测力计悬挂在竖直方向，机翼模型只能上下自由运动，当相同的风速吹向机翼模型时，A、B两弹簧测力计的示数分别为Fa、Fb，已知机翼模型所受重力为G，则Fa G，Fb G（选填“>”“＜”或“=”）；停止吹风后，机翼模型 （选填“a”或“b”）将下降。 < a > 提升训练 如图所示，a的形状类似于机翼，气流流过时，上方空气流速大、压强小，下方空气流速小、压强大，会产生向上的升力，所以弹簧测力计A的示数变小，则Fa＜G。 图中b的形状是装反了的机翼，气流流过时，下方空气流速大、压强小，上方空气流速小、压强大，会产生向下的力，所以弹簧测力计B的示数变大，则Fb＞G。 当风突然停止时，模型a受到的向上的力减小，所以将下降。 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf58.45.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$