内容正文:
9.5 流体压强与流速的关系
基础训练
知识点一 流体压强与流速的关系
1.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。将吹风机对准竖管上端向下吹风,在3个相同的水平玻璃管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的工作原理相同
B.三个玻璃管的左端口处,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.增大水平玻璃管的直径,乒乓球向左移动更明显
【答案】C
【详解】A.根据图片可知,越靠近吹风机口的位置空气流速越大,压强越小,大气对乒乓球的推力越大,则乒乓球向左移动的距离越大,而高压锅的工作原理是液体沸点与压强的关系,二者不同,故A不符合题意;
B.三个玻璃管左端口处,a处离吹风机最近,空气流速最大,压强最小,故B不符合题意;
C.增大吹风机的风速,管口的压强会更小,乒乓球向左移动更明显,故C符合题意;
D.增大水平玻璃管的直径,那么相当于降低管口处空气流速,因此乒乓球向左移动不明显,故D不符合题意。
故选C。
2.如图所示,室内的窗户上悬挂的窗帘静止不动,窗户处于打开状态。当室外风沿着水平方向吹且风速足够大时,窗帘将 (选填“飘向室内”“飘向室外”或“保持静止”)。
【答案】飘向室外
【详解】风沿着外墙吹过时,窗帘外侧空气流速大,压强小,内侧空气流速慢,压强大,窗帘受到向外的压强大于向内的压强,把窗帘压向窗户外面。
3.如图所示的装置,模拟了飞机起飞时机翼升力产生的情境。鼓风机使管道内A点的空气流速加快,此时管道内A点的气压 (选填“大于”或“小于”)B点的气压,乒乓球上升。
【答案】小于
【详解】由流体压强与流速的关系可知,鼓风机使管道内A点的空气流速比瓶内B点快,所以A点处压强小于B点处压强,乒乓球在压强差的作用下上升。
4.如图所示,屋顶风帽是节能环保装置,人们利用自然风推动风帽旋转,从而实现室内外气体流动。当风帽转动时,其内部气体流速变大,压强变 ,室内污浊气体在 的作用下向上运动,从而被排出。
【答案】 小 大气压
【详解】[1][2]由于在流体中,流速越大的位置,压强越小。所以,风帽转动时其内部空气流速变大、压强变小,小于室内的大气压,室内的污浊气体在大气压作用下被排出。
5.如图所示,在蓄水槽中装入一定量的水,蓄水槽与一根粗细不均匀的管道相连,在管道的不同部位分别装有底部连通的竖直管A、B、C。当阀门关闭,水处于静止状态时,A、B、C三根管中水柱的高度关系是 (选填“相等”或“不相等”);当阀门打开,水流动时, (选填“A”“B”或“C”)管中的水柱最低。
【答案】 相等 B
【详解】[1]当阀门关闭,三根管子构成连通器,当水处于静止状态时,根据连通器的原理,可知三根管中的水柱高度相等。
[2]由于流体流速越大的地方压强越小,则当阀门打开水流动时,B管底部管道面积最小,水的流速最大,压强最小,水的高度最低。
6.如图所示,在火车站或地铁站,离站台边缘一定距离的地方标有一条安全线,人必须站在安全线以外的区域候车。这是因为列车进站时,列车与人之间的空气流速 人身后的空气流速,列车与人之间的气体压强 人身后的气体压强,人容易被推向列车,发生危险。(均选填“大于”“小于”或“等于”)
【答案】 大于 小于
【详解】[1][2]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,大于人身后的空气流动速度,根据流体流速与压强的关系可知,人外侧空气流速慢压强大,而内侧空气流速快压强小,会产生一个向内侧的压强差,将人推向列车,发生危险。
7.鼹鼠洞挖成如图甲所示的形状,能较好地保持洞内的通风和干燥。图示情境中,左边为鼹鼠洞的 (选填“出”或“进”)风口。喷雾器的工作原理如图乙所示,当推动活塞时,管口的空气流速增大,管口处的压强 (选填“增大”“减小”或“不变”),水在大气压的作用下进入管子并上升,在瓶口处遇到高速气流被打散成雾状。
【答案】 进 减小
【详解】[1]由图可知,鼹鼠洞左边洞口较平,右边洞口凸起,空气水平吹过左边洞口时,流速慢、压强大;空气水平吹过右边洞口时,流速快、压强小,这样空气从左边洞口进入洞中,从右边洞口出来,从而能较好地保持洞内的通风和干燥。
[2]如图乙所示,当推动活塞时,管口的空气流速增大,管口处的压强减小,小于大气压,容器内的水在大气压的作用下进入管子上升,在瓶口处遇到高速气流打散成雾状。
8.小明同学做“探究流体的压强与流速的关系”的实验。
(1)如图所示,取两张白纸,让其平行地自然下垂,向两纸中间用力吹气。观察到的现象是: ;
(2)如图所示,先在水平桌面上固定两根平行的铅笔,接着在铅笔上放了间隔一定距离的两个乒乓球,他向两个乒乓球中间的间隙用力吹气,则两个乒乓球将 (选填“靠近”或“远离”);
(3)通过上述两个实验现象,可以得出的初步结论是: 。
(4)请你联系实际,举出一个生产、生活中与此知识有关的实例 。
【答案】(1)两张纸(向中间)靠拢
(2)靠近
(3)流体中流速大的地方,压强小
(4)飞机的机翼、流线型的轿车、火车(高铁、地铁)站台画有安全线等
【详解】(1)向两张自然下垂的纸中间吹气,中间空气流速增大,压强减小,纸外侧的压强不变,纸在压强差下向中间靠拢
(2)两个乒乓球中间的间隙用力吹气,两个乒乓球中间空气流速增大,压强减小,乒乓球外侧的压强不变,乒乓球在压强差下向中间靠拢。
(3)由实验现象可得流体压强与流速的关系是:在流体中流速越大的位置压强越小。
(4)飞机的机翼上凸下平、流线型的轿车、火车(高铁、地铁)站台画有安全线等都与流体压强与流速的关系有关。
知识点二 飞机的升力
9.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,如图所示,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。
【答案】 大于 逆风
【详解】[1]飞机的机翼做成上凸下平的形状,飞机飞行时,机翼上方空气流速比下方空气流速大,空气流速越大,压强越小,所以机翼下方空气的压强大于机翼上方空气的压强,从而使机翼获得了向上的升力。
[2]与顺风起飞相比,飞机逆风起飞时,机翼上下表面的压强差较大,产生向上的升力较大,为了缩短飞机起飞或着陆的滑行距离,最好逆风起飞。
10.他日卧龙终得雨,今朝放鹤且冲天!2024年2月,我国具有完全自主知识产权的新一代大型客机C919参加第九届新加坡国际航空航天与防务展,首次在海外试飞。
(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;
(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Pa左右的万米高空时,机舱内气压达到Pa,机体1m2面积上承受内、外气压的压力差约为 N。
【答案】(1)大于
(2) 变小
【详解】(1)根据流体压强与流速的关系可知,飞机的机翼做成上凸下平的形状,等质量的空气在相同时间内同时通过机翼的上表面和下表面,由于机翼的上表面弯曲、下表面平直,所以空气通过机翼上表面的流速大,通过下表面的流速较小;因为机翼上方的空气流速大,压强较小;机翼下方的空气流速小,压强大,所以机翼受到一个向上的压强差,飞机受到向上的压力差,也就是升力。
(2)[1]因为大气压随高度的增加而减小,所以,C919客机加速上升的过程中,高度增加,舱外的大气压变小。
[2]由题意知,机舱内、外的压强差为
由得,机体1m2面积上承受内、外气压的压力差约为
能力提升
11.“飞机迷”小王学习了流体压强知识后,他想探究飞机升力大小与哪些因素有关。他猜想: 升力大小与机翼形状、飞机飞行速度和飞机的迎角(机翼轴线与水平气流方向的夹角)有关。
(1)小王制作了如图甲所示的飞机机翼模型,机翼做成该形状的原因是流体流速大处压强 ,从而获得向上的升力;
(2)他利用如图乙和丙的电风扇、升力测力计、飞机模型进行实验探究。在探究升力与迎角的关系时,按以下步骤进行:
①调节使风扇风速最大,并使飞机模型的迎角为0°,记录测力计的示数,多次实验求平均值;
②改变迎角大小,重复步骤①并计算升力平均值;
③得到“升力与迎角的关系”的图像如图丁。由图像可知:飞机速度一定时,迎角增大,升力会 (填序号);
A.逐渐变大 B.逐渐变小 C.先增大后减小 D.先减小后增大
(3)小王若要进一步研究“飞机的升力与其飞行速度的关系”,只需要控制该模型的 不变,通过调节风扇吹出风的 来改变飞机模型的飞行速度,实验数据如下表。此时若以风为参照物,飞机是 (选填“运动”或“静止”)的;
档位
弱风
中风
强风
升力/N
2
5
9
(4)资料显示:本实验结论与实际相符,若某飞机以80km/h做水平匀速直线飞行,迎角为θ1,后来以500km/h做水平匀速直线飞行时的迎角为θ2(θ1、θ2在15°和20°之间),则θ1 θ2(选填“>”“ <”或“=”)。
【答案】 小 C 迎角 速度 运动 >
【详解】(1)[1]流体压强特点:流体流速越大,压强越小。
(2)[2]由图丁可知:飞机速度一定时,迎角在小于15°时,升力增大,大于15°时,升力减小,所以升力会先增大后减小,故ABD不符合题意,C符合题意。
故选C。
(3)[3][4]在飞机的升力与其飞行速度的关系时,根据控制变量可知,需要控制机翼形状和飞机的迎角一定,改变了飞行速度,而实验中使用固定模型,因此只需要控制该模型的迎角不变;改变飞机模型的飞行速度需要通过调节风扇吹出风的速度来改变。
[5]以风为参照物,风和飞机模型的相对位置发生了变化,所以飞机是运动的。
(4)[6]飞机在水平匀速直线飞行时升力一定,根据“飞机迎角一定时,飞行速度越大升力也越大”知飞行时升力一定,速度越大,仰角越小,所以θ1>θ2。
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9.5 流体压强与流速的关系
基础训练
知识点一 流体压强与流速的关系
1.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。将吹风机对准竖管上端向下吹风,在3个相同的水平玻璃管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的工作原理相同
B.三个玻璃管的左端口处,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.增大水平玻璃管的直径,乒乓球向左移动更明显
2.如图所示,室内的窗户上悬挂的窗帘静止不动,窗户处于打开状态。当室外风沿着水平方向吹且风速足够大时,窗帘将 (选填“飘向室内”“飘向室外”或“保持静止”)。
3.如图所示的装置,模拟了飞机起飞时机翼升力产生的情境。鼓风机使管道内A点的空气流速加快,此时管道内A点的气压 (选填“大于”或“小于”)B点的气压,乒乓球上升。
4.如图所示,屋顶风帽是节能环保装置,人们利用自然风推动风帽旋转,从而实现室内外气体流动。当风帽转动时,其内部气体流速变大,压强变 ,室内污浊气体在 的作用下向上运动,从而被排出。
5.如图所示,在蓄水槽中装入一定量的水,蓄水槽与一根粗细不均匀的管道相连,在管道的不同部位分别装有底部连通的竖直管A、B、C。当阀门关闭,水处于静止状态时,A、B、C三根管中水柱的高度关系是 (选填“相等”或“不相等”);当阀门打开,水流动时, (选填“A”“B”或“C”)管中的水柱最低。
6.如图所示,在火车站或地铁站,离站台边缘一定距离的地方标有一条安全线,人必须站在安全线以外的区域候车。这是因为列车进站时,列车与人之间的空气流速 人身后的空气流速,列车与人之间的气体压强 人身后的气体压强,人容易被推向列车,发生危险。(均选填“大于”“小于”或“等于”)
7.鼹鼠洞挖成如图甲所示的形状,能较好地保持洞内的通风和干燥。图示情境中,左边为鼹鼠洞的 (选填“出”或“进”)风口。喷雾器的工作原理如图乙所示,当推动活塞时,管口的空气流速增大,管口处的压强 (选填“增大”“减小”或“不变”),水在大气压的作用下进入管子并上升,在瓶口处遇到高速气流被打散成雾状。
8.小明同学做“探究流体的压强与流速的关系”的实验。
(1)如图所示,取两张白纸,让其平行地自然下垂,向两纸中间用力吹气。观察到的现象是: ;
(2)如图所示,先在水平桌面上固定两根平行的铅笔,接着在铅笔上放了间隔一定距离的两个乒乓球,他向两个乒乓球中间的间隙用力吹气,则两个乒乓球将 (选填“靠近”或“远离”);
(3)通过上述两个实验现象,可以得出的初步结论是: 。
(4)请你联系实际,举出一个生产、生活中与此知识有关的实例 。
知识点二 飞机的升力
9.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,如图所示,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。
10.他日卧龙终得雨,今朝放鹤且冲天!2024年2月,我国具有完全自主知识产权的新一代大型客机C919参加第九届新加坡国际航空航天与防务展,首次在海外试飞。
(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;
(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Pa左右的万米高空时,机舱内气压达到Pa,机体1m2面积上承受内、外气压的压力差约为 N。
能力提升
11.“飞机迷”小王学习了流体压强知识后,他想探究飞机升力大小与哪些因素有关。他猜想: 升力大小与机翼形状、飞机飞行速度和飞机的迎角(机翼轴线与水平气流方向的夹角)有关。
(1)小王制作了如图甲所示的飞机机翼模型,机翼做成该形状的原因是流体流速大处压强 ,从而获得向上的升力;
(2)他利用如图乙和丙的电风扇、升力测力计、飞机模型进行实验探究。在探究升力与迎角的关系时,按以下步骤进行:
①调节使风扇风速最大,并使飞机模型的迎角为0°,记录测力计的示数,多次实验求平均值;
②改变迎角大小,重复步骤①并计算升力平均值;
③得到“升力与迎角的关系”的图像如图丁。由图像可知:飞机速度一定时,迎角增大,升力会 (填序号);
A.逐渐变大 B.逐渐变小 C.先增大后减小 D.先减小后增大
(3)小王若要进一步研究“飞机的升力与其飞行速度的关系”,只需要控制该模型的 不变,通过调节风扇吹出风的 来改变飞机模型的飞行速度,实验数据如下表。此时若以风为参照物,飞机是 (选填“运动”或“静止”)的;
档位
弱风
中风
强风
升力/N
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(4)资料显示:本实验结论与实际相符,若某飞机以80km/h做水平匀速直线飞行,迎角为θ1,后来以500km/h做水平匀速直线飞行时的迎角为θ2(θ1、θ2在15°和20°之间),则θ1 θ2(选填“>”“ <”或“=”)。
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