第6节 流体压强与流速的关系（教学课件）物理新教材沪科版（五四学制）八年级下册

第6章 密度与压强 八年级下册•沪科版 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。 第6节 流体压强与流速的关系 致老师同学 视频资源 制作 ppt所用视频资源根据教学内容进行精选，均进行了 高质量编辑，故资源比较大，课件大小约140MB. 视频资源 清单 ①演示实验——《口吹硬币跳跃木块、吹不开的乒乓球》 ②视频欣赏——《无需吸气就能将球吸入水管》 ③视频欣赏——《飞机升力的产生》 ④课堂总结——《流体压强与流速的关系》 第6节 流体压强与流速的关系 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 流体压强规律的应用 02 课堂总结 03 课堂练习 04 目录 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 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】吹气使得两张纸之间的空气迅速流动，两张纸相互靠拢，说明它们之间的空气压强变小了。 【实验结论】空气流动时，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。 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 【例题1】为探究液体压强的规律，某中学课外学习小组的同学设计制作了如图所示的装置。他们首先向一个大水槽里灌满水，水深为h= 0.2m，此时水对水槽底部的压强是 Pa。然后松开铁夹，水流入a、b两管，稳定后，a管中水面的高度为h1，b管中水面的高度为h2，则h1 h2，若去掉软木塞，有水从管口流出时，则a、b两管水面的高度ha hb（选填“>”、“＜”或“=”）。 1960     > = 一、流体的压强与流速的关系 【解析】水对水槽底部的压强 p=ρgh=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.2m=1.96×103Pa 如图所示松开铁夹，水流入a、b两管，此时装置是一个连通器，所以稳定后，各管中的液面应该是相平的，即h1=h1，拔掉软木塞后，水会向外涌出，由于b管底部较细，水的流速较大，产生的压强小，所以b管水面比a管水面低，即ha>hb。 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1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2示。 图2 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，可得流体的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____________； （3）某同学制作了另一种验证装置如图3所示，让该装置下方管道通持续过水流，根据上述的实验现象或得到的结论，合理猜测甲乙丙管道中液面的高度，并将其画在图3上。 流体中，流速越快，压强越小 见解析 见解析 【解析】（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。 一、流体的压强与流速的关系 （3）由图3可知，水流从左向右流，管道越来越窄，因此水的流速逐渐增大，因在流体中，流速越大，压强越小，因此甲管道水的压强最大，乙次之，丙管道水的压强最小，由p=ρgh可知 h甲>h乙>h丙 甲乙丙管道中液面的高度如图所示： 二、流体压强规律的应用 第6节 流体压强与流速的关系 二、流体压强规律的应用 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. 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 3 . 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 4. 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》 二、流体压强规律的应用 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 【例题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（如图所示）虽能遮挡阳光，但存在安全隐患。当电动车快速行驶时，下列说法正确的是（ ） A．遮阳伞上边空气流速小，压强大，伞面被向下压 B．遮阳伞上边空气流速大，压强小，伞面被向上吸 C．遮阳伞下边空气流速大，压强小，伞面被向上吸 D．遮阳伞下边空气流速小，压强小，伞面被向下压 【解析】伞面呈“上凸下平”形，当电动车快速行驶时，伞上方空气流速大，压强小；伞下方空气流速小，压强大；伞面上下存在压强差，产生了一个向上的压力差，伞面被向上吸。故选B。 B 二、流体压强规律的应用 【例题4】为探究飞机机翼的奥秘，小闵根据机翼的形状制作了如图甲所示的模型，该模型上表面呈圆弧状，上方的空气流速快；下表面较平整，下方的空气流速慢。小闵把该模型穿在一根铁丝上并固定，在铁丝的上下各用一个力传感器施加向上、向下的拉力后，打开电扇对着模型吹风，如图乙所示。结果发现：上面力传感器的示数变小，下面力传感器的示数变大。 空气流速快的地方压强小，空气流速慢的地方压强大。 （1）根据实验现象比较模型上、下表面受到的流动气体压强的大小关系，并结合相关条件可归纳出流动气体的压强与流速的关系是：__________________ 。 二、流体压强规律的应用 （2）下列生活实例中，不能利用上述的规律解释的是____。 A．一阵大风吹来，伞面被吹翻 B．将氢气球放手后，它会飘向空中 C．跑车尾部安装上平下凸的气流偏导器，增加抓地力 B 规律： 空气流速快的地方压强小，空气流速慢的地方压强大。 二、流体压强规律的应用 【解析】（1）根据实验装置和实验现象分析可知，当电扇对着模型吹风时，模型上方空气流速快，下方空气流速慢，而传感器的示数表现为上面力传感器的示数变小即压强变小，下面力传感器的示数变大即压强变大，则流动气体的压强与流速的关系是：空气流速快的地方压强小，空气流速慢的地方压强大。 （2）A．伞面上方呈圆弧状，大风吹来时上方空气流速快压强小，会导致伞面上翻被吹翻，A符合上述规律，故A不符合题意； B．氢气球放手后飘向空中是由于氢气的密度小于空气密度，B不符合上述规律，故B符合题意； C．跑车尾部安装上平下凸的气流偏导器，由于空气流速快的地方压强小，则气流偏导器上方压强大于下方压强，将跑车向下压，增加抓地力，C符合上述规律，故C不符合题意。 故选B。 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。 36 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） 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） 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） 三、课堂总结 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飞机的升力； ⑤喷雾器的工作原理。 …… 41 课堂总结（2） 42 四、课堂练习 第6节 流体压强与流速的关系 1. 如图所示，一辆轿车在平直公路上高速行驶，则（　　） A．轿车上表面空气流速小，压强大 B．轿车上表面空气流速大，压强小 C．轿车对地面的压力等于其重力 D．轿车行驶越快，轿车对地面的压力越大 B 课堂练习 【解析】ABC．轿车的形状为上凸下平，在水平平直公路上高速行驶时，轿车上方空气流速大、压强小，下方空气流速小、压强大，向上的压强差使轿车获得向上的升力，所以轿车对地面的压力小于轿车的重力，故B正确，AC错误； D．轿车行驶速度越快，升力越大，则轿车对地面的压力越小，故D错误。 故选B。 2. 鸟的翅膀与飞机机翼相似，如图所示上凸下平，当鸟飞翔时（　　） A．翅膀上方的空气流速大，压强大 B．翅膀上方的空气流速小，压强大 C．翅膀下方的空气流速小，压强大 D．翅膀下方的空气流速小，压强小 C 课堂练习 【解析】鸟的翅膀上凸下平，当鸟飞翔时，空气流过翅膀：翅膀上方空气流速大，压强小；翅膀下方空气流速小，压强大，产生向上的升力使鸟飞翔。故选C。 3. 如图，某创新实验小组设计的“研究液体压强与流速的关系”的装置，Y为上端开口的容器，储存液体，X1、X2为上端开口的细玻璃管，与矿泉水瓶、细塑料管等连通。M、N分别是X1、X2内液体中同一水平线上的两个点。下列判断正确的是（　　） B 课堂练习 A．开关关闭时，X1内的液面高于X2内的液面 B．开关打开时，X1内的液面低于X2内的液面 C．开关关闭时，液体在M点的压强大于液体在N点的压强 D．开关打开时，液体在M点的压强大于液体在N点的压强 【解析】AC．开关关闭时，水停止流动，X1、X2、Y构成连通器，水静止时，X1、X2液面相平。由图得， M点的深度等于N点的深度，由p=ρgh得，液体在M点的压强等于液体在N点的压强，故AC错误； B．开关打开时，X1下端液体流速比X2下端液体流速快，压强小，因此X1内的液面低于X2内的液面，故B正确； D．开关打开时，液体在M点的深度小于液体在N点的深度，液体在M点的压强小于液体在N点的压强，故D错误。 故选B。 课堂练习 4. 中国科学技术馆探索与发现A厅有个展品叫做“香蕉球”，描述的是足球比赛中罚任意球的场景。守方在离球门一定距离处用人墙挡住球门，而攻方隔着人墙将足球以旋转的方式发出，利用足球的自旋使足球两侧空气流速不同形成压强差，使足球走出一条香蕉状的路径，绕过人墙而射门。图给出了甲、乙、丙、丁四种足球自旋方向与飞行路径的示意图，下列说法正确的是（　　） A．乙、丙两图是正确的 B．甲、丙两图是正确的 C．甲、乙两图是正确的 D．甲、丁两图是正确的 D 课堂练习 【解析】足球右侧的空气流速，相对于足球，顺风时流速小、逆风时流速大。由甲图可知，足球沿顺时针方向旋转，足球右侧空气流速大，压强小，左侧空气流速小，压强大，足球在压强差的作用下逐渐向右侧偏移，故甲图正确；由乙图可知，足球沿逆时针方向旋转，足球左侧空气流速大，压强小，右侧空气流速小，压强大，足球在压强差的作用下应该逐渐向左侧偏移，而图中足球向右偏移，故乙图错误；由丙图可知，足球沿顺时针方向旋转，足球右侧空气流速大，压强小，左侧空气流速小，压强大，足球在压强差的作用下应该逐渐向右侧偏移，而图中足球向左侧偏移，故丙图错误；由丁图可知，足球沿逆时针方向旋转，足球左侧空气流速大，压强小，右侧空气流速小，压强大，足球在压强差的作用下逐渐向左侧偏移，故丁图正确；综上分析可知，甲、丁两图是正确的。故选D。 课堂练习 5. 如图所示，两船并排行驶时，两船将会越来越靠近，甚至发生碰撞，这是因为两船间水的流速________两船外侧水的流速，造成了两船间水的压强________两船外侧水的压强的缘故。（均选填“大于”、“小于”或“等于”） 大于 课堂练习 小于 【解析】两船并排行驶时，两船带动其周围的水随船向前运动，结果使两船内侧即两船之间的水流速度大于两船外侧的水流速度；水的流速越大，压强越小，水的流速越小压强越大，由于两船内侧水流速度大于两船外侧水流速度，因此两船内侧水的压强小于两船外侧水的压强，船内外侧的水存在压强差，水的压强差使两船靠近，进而发生碰撞。 ①由表中数据可知，台风“凤凰”平均风速为25米/秒时，其中心气压为 帕； 6．每年夏秋季台风来临时，天气预报中常会出现相关的气象云图，如图所示，同时播报台风中心气压和平均风速等信息。某校气象兴趣小组同学查阅了近几年来影响上海的几个台风的相关资料，经过整理后列出了如下表格。观察分析并结合我们学过的知识回答以下问题： 99000 课堂练习 台风名称 年份 台风中心气压（百帕） 平均风速（米/秒） 海葵 2012 960 40 菲特 2013 945 45 凤凰 2014 990 25 灿鸿 2015 920 58 ②仅根据以上信息，关于台风的中心气压与台风平均风速关系，可得到的初步结论是： ； ③通过查阅资料了解到，当台风登陆后，台风的强度会有所减弱，由此可以推测其中心气压会 （选填“升高”或“降低”）。 升高 台风平均风速越大，台风中心气压越小 课堂练习 台风名称 年份 台风中心气压（百帕） 平均风速（米/秒） 海葵 2012 960 40 菲特 2013 945 45 凤凰 2014 990 25 灿鸿 2015 920 58 【解析】①由表中数据可知，台风“凤凰”平均风速为25米/秒时，其中心气压为990百帕，即99000帕。 ②因为空气是流体，台风形成时，台风中心与外围空气的流速不同，流速越快的位置压强越小，因此，由表中信息可以看出，台风平均风速越大，台风中心气压越小。 ③结合流体压强与流速的关系可以得出，当台风登陆后，台风的强度会有所减弱，故由②中分析可以推测其中心气压会升高。 课堂练习 台风名称 年份 台风中心气压（百帕） 平均风速（米/秒） 海葵 2012 960 40 菲特 2013 945 45 凤凰 2014 990 25 灿鸿 2015 920 58 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf58.45.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $