第5节 流体压强与流速的关系（讲义）物理新教材人教版八年级下册

第5节 流体压强与流速的关系 内容导航 A、知识讲练 知识点1. 流体压强与流速的关系 知识点2. 飞机的升力 知识点3. 用传感器研究气体压强与流速的关系 B、综合练习 流体压强与流速的关系 1 . 流体压强与流速的关系 （1）流体：把具有流动性的液体和气体统称为流体，如空气、水等。流体流动时产生的压强称作流体压强。 （2）实验探究：流体压强与流速的关系 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。发现两张纸不但不分开，反而会靠拢。 实验分析：吹气时，两张纸条内侧空气流动快，压强变小，而纸条外侧空气的流速基本不变，大气压强相对较大，存在压强差，因而有压力差，是这个压力差把两纸条压到了一起。 实验结论：在气体中，流速越大的位置，压强越小。 ②探究二：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，观察到两乒乓球会靠拢。 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。 实验结论：在液体中，流速越大的位置，压强越小。 ③探究三：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，观察到的现象： 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，水柱高，与细管处连接的管子，水柱低。 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（均选填“相同”或“不相同”）；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。 实验结论：在液体中，流速大的位置，压强小；流速小的位置，压强大。 （3）探究归纳：流体压强与流速的关系 在气体和液体中，流速越大的位置，压强越小；流速越小的位置，压强越大。 2. 用“流体压强与流速的关系”解释现象 （1）火车站台上的安全线 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。 （2）喷雾器的工作原理 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）跑车的气流偏导器 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。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。 【例题】小阳在“探究流体压强与流速的关系”的实验中，当打开水龙头阀门时，观察与横管C相连的细玻璃管A和B中液柱的高度如图所示。 （1）该探究问题中的自变量是________。 （2）已知水管C中较细的地方水的流速快，由实验现象可知水中流速快的地方压强________。 【答案】(1)流体流速；(2)小； 【详解】（1）探究流体压强与流速的关系实验中，探究问题中的自变量是水的流速即流体流速； （2）在流量一定时，管子越细，水的流速就越大，压强就越小，液柱越低，表明流速慢的地方压强大，流速快的地方压强小。 【练习1】 下面是小江同学实验探究过程：初步了解流体的压强与流速的关系 （1）如图1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； （2）你观察到的现象是两张纸向______（填“中间靠拢”或“两边分开”）； （3）你通过本实验可以得出的初步结论是：______； （4）图2是喷雾器的原理示意图，当空气从小孔迅速流出，小孔附近空气的流速较大，压强______（填“大”或“小”），在______的作用下，液体就会沿着细管上升。 【答案】中间靠拢；气体的压强与气体流速有关系，气体流速越大，气体压强越小；小；大气压 【详解】（2）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，由此产生内外压强差，这样我们观察到，两张白纸向中间靠拢。 （3）两张白纸下端会相互之间靠近，纸两侧的压强一定不同，中间空气流动速度大，压强小；外侧空气流速几乎不变，压强几乎不变，故可得到的结论是：流体流速大的地方压强小。 （4）在图2喷雾器的原理示意图中，当空气从小孔迅速流出，小孔附近空气的流速较大，压强变小，在大气压的作用下，瓶内液体就会沿着细管上升，进而喷出。 【练习2】如图所示，两只小纸船浮在水面上，将注射器吸满水，通过塑料管在水面下向两纸船之间喷水，这时两只纸船向中间靠拢，这是因为两船之间的（　　） A．液体流速小，压强大 B．液体流速大，压强大 C．液体流速大，压强小 D．液体流速小，压强小 【答案】C 【详解】向两只纸船之间喷水，两船之间水的流速变大，而两船外侧的水基本处于静止状态，流速较小。根据流体压强与流速的关系：流速越大的地方，压强越小；流速越小的地方，压强越大。因此，两船之间的压强小于两船外侧的压强，这个压强差会产生一个向内的推力，使得两只纸船向中间靠拢，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。 飞机的升力 1. 飞机的升力 （1）分析探究： 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。 所以，机翼上、下表面的压强差是产生升力的原因。 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。 （2）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。 2. 鸟类的滑翔原理 （1）鸟类的滑翔原理 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（均选填“大于”或“小于”）。 鸟类的滑翔原理 灰雁与其倒飞 （2）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。它怎样才能迅速的降低高度呢？ 身体完全翻转过来，倒立飞行。 【例题】小明看到一则新闻，新闻描述台湾风筝节一名三岁小女孩被风筝卷上天如图1所示，小明想只有在有风的天气才容易让风筝飞起，应该是获得了升力，且此时的升力______小女孩的重力（选填“大于”或“等于”或“小于”）。他又想知道风筝为什么能获得如此大的升力，于是猜想升力大小与风筝的迎角、风筝的面积、风速有关，为了方便测量，他以机翼为模型，进行如图2中实验： （1）小明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______，从而获得的______升力； （2）在探究升力与迎角的关系时，按以下步骤进行： ①调节风扇使风速最大，并使飞机模型的迎角为，记录测力计的示数，②改变迎角大小，重复步骤①；③得到“升力与迎角的关系”的图像如图2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）探究机翼面积及风速与升力的关系时，保持迎角不变，通过改变风速及机翼投影面积，获得实验数据如下表所示。 机翼投影面积 风速为v1升力F1/N 风速为v2升力F2/N 风速为v3升力F3/N 0.01331 0.032 0.027 0.023 0.00998 0.023 0.021 0.017 0.00665 0.015 0.013 0.011 ①此时实验选用三组不同的风速分别进行是为了______，（选填“多次测量取平均值”“避免实验偶然性”），通过上述信息分析可知：v1_______v2（选填“大于”或“小于”）；当机翼投影面积相同时，风速越大，机翼获得升力越大； ②继续分析数据可知：在风速相同时，______，机翼获得升力越大。 【答案】大于；小；向上；C；避免实验偶然性；大于；机翼投影面积越大 【详解】升力的方向向上，重力的方向向下，要使得风筝飞起，则需要升力和重力的合力的方向向上，所以，此时的升力大于小女孩的重力。 （1）根据流体压强与流速的关系，流体流速大的地方压强小。飞机机翼做成上凸下平的形状，上方空气流速大、压强小，下方空气流速小、压强大，从而产生向上的压力差，这个压力差就是飞机获得的向上的升力。 （2）观察中“升力与迎角的关系”图像（图2丁），可以看到随着迎角的增大，升力的数值先上升然后下降。所以飞机速度一定时，迎角增大，升力会先增大后减小，故C符合题意，ABD不符合题意。 （3）①实验选用三组不同的风速分别进行，是因为如果只选用一组风速进行实验，得到的结果可能只是在这一个特定风速下的情况，具有偶然性。通过选用多组不同风速进行实验，可以避免实验结果的偶然性，使得到的结论更具有普遍性。 从表格数据中，当机翼投影面积为0.01331m2时，F1=0.032N，F2=0.027N，F3=0.023N，由于机翼投影面积相同时，风速越大，机翼获得升力越大，可知F1>F2>F3 所以v1>v2>v3 ②分析表格中同一风速下的数据，比如风速为v1时，机翼投影面积0.01331m2对应升力0.032N，0.00998m2对应升力0.023N，0.00665m2对应升力0.015N，可以发现机翼投影面积越大，升力越大。所以在风速相同时，机翼投影面积越大，机翼获得升力越大。 【练习1】 体育比赛中，小华水平抛出一个飞盘，快速前进的飞盘越飞越高。从侧面看，飞行过程中飞盘的形状应为下列图片中的（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】只有飞盘的上表面凸起，下面平直，飞盘升空时，流过飞盘上方的空气流速大压强小，流过飞盘下方的空气流速小压强大，在这个压强差造成的压力差的作用下，快速前进的飞盘才会越升越高，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 【练习2】 如图所示，飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，相当于气流迎面流过机翼，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，机翼上方气流的速度较______，对机翼上表面的压强较______；下方气流的速度较______，对机翼下表面的压强较______。这样，机翼上、下表面就存在着______，因而有压力差，产生升力。 【答案】 大 小 小 大 压强差 【详解】飞机的机翼横截面的大致形状为上表面弯曲，下表面比较平，飞机前进时，相同时间内，气流通过机翼上方的路程较长，故机翼上方气流的速度较大，根据流体的流速越大，压强越小可知，对机翼上表面的压强较小；同理可得，下方气流的速度较小，对机翼下表面的压强较大，于是机翼上、下表面就存在着压强差，因而有压力差，产生升力。 用传感器研究气体压强与流速的关系 【实验介绍】 用传感器研究气体流速与压强的关系 如图，三节直径不同的塑料管联结在一起，然后与抽气机相通。当抽气机抽气时，在同一时间内，通过三个管子的气体总量是相同的，所以细管内气体的流速一定比粗管内气体的流速大。将三个气体压强传感器分别放入管内，将传感器与计算机相连，从计算机上就可以读出三个位置气体的压强值。 看看是不是气体流速大的地方压强小。 【实验与现象】 （1）将三个气体压强传感器探头分别插入三节管中，将传感器与电脑相连，打开抽气机抽气，观察电脑屏幕。 （2）调换抽气机的挡位，重复上述实验，记录电脑屏幕图像，如图乙所示。 【实验分析】如图所示，①、②、③三条图线分别对应粗细不同的三节管中气体压强随时间变化的情况。由图像可知，A处流速大，压强小（传感器①）， C处流速小，压强大（传感器③）。 当调换抽气机的挡位后，图乙中的三条图线均下移，由此可判断三节管中气体的流速均增大。（选填“增大”或“减小”） 【实验结论】气体的流速越大，压强越小；流速越小，压强越大。 【例题】物理课上，利用传感器为同学们做“探究流体压强与流速的关系”的演示实验，装置如图甲所示。 （1）装置中A、B、C三节直径不同的塑料管连接在一起，右端与吹风机的尾部相连，当用吹风机抽气时，在同一时间内，通过每个管子的气体总量相同，则细管内气体流速比粗管内气体流速________，压强较小； （2）将三个气体压强传感器探头分别插入三节管中，传感器与电脑相连，打开吹风机抽气时，电脑屏幕如图乙所示，已知①②③三条图线分别对应粗细不同的三节管中气体压强随时间变化的情况，由图像可知：图线③反映的是装置中___________（选填“A”、“B”或“C”）塑料管的气体压强随时间变化的情况； （3）将抽气的吹风机调换挡位后，图像中①②③三条图线出现了下移，由此可以判断三节管中气体的流速___________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】(1)大；(2)C；(3)增大 【详解】（1）在同一时间内，通过每个管子的气体总量相同，则细管内气体流速比粗管内气体流速大，流体在流速大的地方压强小，故A管的液面最低。 （2）由图乙的①②③三条图线可知，③的压强最大，说明③的流速最小，则对应塑料管的横截面积最大，所以图线③反映的是塑料管C的气体压强随时间变化的情况。 （3）①②③三条图线出现了下移，说明气体的压强变小，气体的流速增大。 【练习1】如下图所示，三节直径不同的塑料管a、b、c连接在一起（a管直径最大，c管直径最小），然后与吹风机相通。将三个气体压强传感器分别放入管内，将传感器与计算机相连，从计算机上就可以读出三个位置的气体的压强值。图中显示器显示的是压强与时间的关系图像。当吹风机吹气时，下列说法正确的是（　　） A．a塑料管中气体流速最快，气体压强最大，对应图中曲线1 B．c塑料管中气体流速最慢，气体压强最大，对应图中曲线3 C．吹风过程中，三节塑料管中的气体流速相同 D．时，吹风机不工作，a、b、c三节塑料管中气体压强传感器测量的是大气压强 【答案】D 【详解】A.由题可知，a塑料管最粗，其中的气体流速最慢，压强最大，对应图中曲线1，故A错误； B.c塑料管中气体流速最快，压强最小，对应图中曲线3，故B错误； C.由于塑料管的粗细不同，气体的流速不同，故C错误； D.时，吹风机不工作，a、b、c三节塑料管中气体压强传感器测量的是大气压强，故D正确。 故选D。 1．如图所示的是非洲草原犬鼠洞穴的横截面示意图，犬鼠的洞穴有两个出口，一个周围是平的（标记为A），另一个周围是隆起的土堆（标记为B），这样就能改善洞穴内的通风情况。当草原有风从左向右吹过时，下列说法正确的是（   ） A．B出口空气流速大，压强小，洞中气流从B出口进 B．B出口空气流速大，压强小，洞中气流从A出口进 C．A出口空气流速大，压强小，洞中气流从B出口进 D．A出口空气流速大，压强小，洞中气流从A出口进 【答案】B 【详解】风是流动的空气，掠过A口时，沿直线前进。掠过B口时，沿曲线前进。在相同时间内，掠过B口的空气通过的距离大，故B口的空气流速大。根据流体压强与流速关系可以知道，掠过B口的空气流速大，此处的气压比较小，故洞内空气从气压较大的A口流入，从气压较小的B口流出。故ACD错误，B正确。故选B。 2. 如图所示，两只小纸船浮在水面上，将注射器吸满水，通过塑料管在水面下向两纸船之间喷水，这时两只纸船向中间靠拢，这是因为两船之间（　　） A．空气流速小，压强大 B．空气流速大，压强小 C．空气流速大，压强大 D．空气流速小，压强小 【答案】B 【详解】由流体压强与流速的关系可知。当在水下向两船之间喷水时，两船之间的水流动速度增大，导致该区域的压强减小（可类比为“空气流速大，压强小”）。而两船外侧的水（或空气）流速较小，压强较大。外侧较大的压强将两船推向中间，使它们靠拢，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 3．“珍爱生命，远离危险。”为防止溺水，请不要私自下河游泳。图为河水中的漩涡，漩涡容易导致周边游泳的人被“吸入”其中而造成溺水，其原因是（　　） A．漩涡中心处的流速大，压强大 B．漩涡中心处的流速大，压强小 C．漩涡中心处的流速小，压强小 D．漩涡中心处的流速小，压强大 【答案】B 【详解】河水中的漩涡，越靠近漩涡中心的部位，水流速度越快，根据流体流速越快的地方，压强越小，所以漩涡中心的压强小于漩涡边缘处的压强，这样位于漩涡内外的压强差就会将人推入漩涡中心，也就是“吸入”漩涡中，造成溺水，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。 4．为避免乘客候车时发生事故，站台上设置了安全线，人必须在安全线外候车，如图所示。当列车进站时，下列说法正确的是（　　） A．人前方的气流速度小于人后方的 B．人前方的空气压强大于人后方的 C．空气对人前方与后方都有压力，这两个力不平衡 D．若人站在安全线前，气流可以把人推向远离列车的方向 【答案】C 【详解】人离安全线比较近时，高速列车的速度很大，人和高铁之间（即人前方）的空气流动速度变大，压强变小，压力随之变小；人后方的压强不变，人受到后面压强大于人前面受到的压强，空气对人前方与后方都有压力，这两个力不平衡，后方压力大于前方压力，若人站在安全线前，人在较大的压力差作用下很容易被推向靠近列车的一侧，发生交通事故，综上分析知，故C正确，ABD错误。故选C。 5．如图所示，未装满水的密闭小瓶上有一根两端开口的竖直细玻璃管，细玻璃管内水柱高于瓶内水面，现用一根饮料吸管水平靠在细玻璃管的上端吹气，下列分析正确的是（　　） A．吹气时，上方空气流速大，细玻璃管内水柱下降 B．吹气时，上方空气流速大，细玻璃管内水柱不变 C．吹气前，瓶内气体压强等于瓶外大气压强 D．吹气前，瓶内气体压强大于瓶外大气压强 【答案】D 【详解】AB．由流体压强和流速的关系可知，水平向玻璃管的上端吹气，玻璃管上方空气的流速增大，压强减小，瓶内气体压强不变，玻璃管中液体受到向上的压强差，液面上升，故AB错误； CD．由题知，吹气前，玻璃管内水柱高于瓶内水面，瓶内气压等于玻璃管内水柱产生的压强和瓶外大气压之和，所以瓶内气体压强大于瓶外大气压强，故C错误，D正确。故选D。 6．无风的天气，汽车在马路上快速向左驶过，静止的树叶会（　　） A．沿A方向飘动 B．沿B方向飘动 C．沿C方向飘动 D．条件不足，无法判断 【答案】A 【详解】结合流体压强与流速的关系知识点，当流体流速越快时，压强越小。无风的天气，汽车在公路上快速驶过时，汽车附近的空气流速较快，气压降低，低于树叶外侧的气压，外侧的气体把树叶推向公路方向，所以树叶会向方向飘动，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 7．如图甲为屋顶的无动力风帽，它可借助风力帮助室内换气。如图乙，当室外的自然风吹过风帽时，风帽会转动起来，其周围空气流速变大，压强变_____，室内的气体压强_____（填“大于”“小于”或“等于”）室外的气体压强，可迅速将室内的污浊气体排出。 【答案】 小 大于 【详解】流体流速越大的位置，压强越小。当室外的自然风吹过风帽时，风帽转动，其周围空气流速变大，所以压强变小。此时，室内的气体压强大于室外的气体压强，在压强差的作用下，室内的污浊气体就会被迅速排出。 8．某家用轿车质量为1.6t，每个车胎与地面接触面积为0.02m2，停在水平路面上时，车对地面的压强是________Pa。当车高速行驶时，强大的气流会流过车体，如图。这时车对地面的压强______（变大/不变/变小） 【答案】 2×105 变小 【详解】[1]车的重力 水平路面上车对地面的压力 4个车胎的总接触面积 车对地面的压强 [2]当车高速行驶时，上方空气流速比下方快，根据流体压强与流速的关系，车受到向上的升力，对地面的压力变小，接触面积不变，根据公式p=F/S，可知对地面的压强变小。 9．爱自己，爱生命！部分车主给电动自行车加装如图所示的遮阳伞，当电动自行车快速行驶时，伞下方的空气流速_____（选填“大于”或“小于”）上方的空气流速，导致下方的大气压强_____（选填“大于”或“小于”）上方的大气压强，驾驶员会感觉车被向_____ （选填“上”或“下”）提起。 【答案】 小于 大于 上 【详解】在相同时间内，空气经过上方的路程长，速度大；经过下方的路程短，速度小。伞下方的空气流速小于上方的空气流速。 上方空气流速大，压强小；下方空气流速小，压强大，导致下方的大气压大于上方的大气压强，会产生向上的压强差，驾驶员会感觉车被向上提起。 10．如图为自制发球机示意图，当吹风机向水平管吹风时，乒乓球上方的气体压强变________。已知球的质量为2.7g，竖直方向受大气压作用的等效面积为，若不计管壁摩擦，当球下方和上方气压差为________Pa时，球恰能上升；若考虑管壁摩擦，则需要______乒乓球上方的风速（g取）。 【答案】 小 22.5 增大 【详解】当吹风机向水平管吹风时，乒乓球上方的气体流速大，压强小，小于乒乓球下方压强，原本静止的乒乓球沿管上升。 球的重力 当球下方和上方受到的压力差时，乒乓球开始上升，即 竖直方向受大气压作用的等效面积 则球下方和上方气压差 若考虑管壁摩擦，则需要增大乒乓球上方的风速，则球下方和上方气压差增大，从而使球沿竖直管上升。 11．有些跑车在车尾安装了一种“气流偏导器”，如图所示，由于“气流偏导器”上表面平直，下表面呈弧形凸起，当跑车高速行驶时，流过它上方的空气速度比下方空气速度_____，此时上方空气压强比下方空气压强_____（选填“大”或“小”），这样“气流偏导器”受到一个向_____（选填“上”或“下”）的压力差，从而使车轮抓紧地面，此时跑车对地面的压力_____跑车的重力（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 【答案】 小 大 下 大于 【详解】有些跑车在车尾安装了一种“气流偏导器”，如图所示，由于“气流偏导器”上表面平直，下表面呈弧形凸起，当跑车高速行驶时，相同时间，“气流偏导器”下方空气通过的路程较大，由v=s/t得，流过它上方的空气速度比下方空气速度小；气体压强随流速的增大而减小，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，增大车轮对地面的压力，从而使车轮抓紧地面。 此时跑车对地面的压力等于跑车的重力与大气向下的压力差之和，大于跑车的重力。 12．如图所示，三个直径不同的塑料管a、b、c连接在一起（a管直径最大，c管直径最小），然后与抽气机相通。当抽气机抽气时，在同一时间内，通过三个管子的气体总量是相同的。将三个气体压强传感器分别放入管内，将传感器与计算机相连，从计算机上就可以读出三个位置气体的压强值，图中显示器所显示的是“压强—时间”图象。 （1）抽气过程中，气体流速最大的是______管，“压强—时间”图象中，图线①是______管中的气体压强随时间变化的关系图。 （2）关闭抽气机，传感器的示数将______（填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】（1） c；a；（2）变大 【详解】（1）由于抽气开始后，相同时间内，流过a、b、c三管的气体体积始终相同，而c管直径最小，所以c管中的气体流速最快。 图象①气压减小最慢，说明气体流速较小，因此是a管中的气体压强随时间变化的图象，此实验说明了流体压强与流速关系为：气体流速越快的位置，压强越小。 （2）关闭抽气机，气体停止流动，传感器的示数将变大。 13. “飞机迷”小华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。 任务1：制作飞机机翼模型 （1）小华制作了如图甲所示的飞机机翼模型，请用所学的物理知识说明机翼做成该形状的依据：___________。 任务2：探究升力与迎角的关系 （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。按以下步骤进行： ①使电风扇风速最大，并使飞机模型的迎角为0°，记录升力测力计的示数； ②改变___________ ，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_____。 任务3：探究升力与飞机飞行速度的关系 （3）小华用电风扇三个挡位的风速模拟飞机的飞行速度，研究飞机的升力与其飞行速度的关系，需控制________不变。测量数据如表所示，由表格数据可推测：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），则迎角θ1_____ θ2（选填“大于”“等于”或“小于”）。 挡位 弱风 中风 强风 升力F/N 2 5 6 【答案】(1)流体流速越大，压强越小，从而获得向上的升力；(2)迎角大小；先增大后减小(3) 迎角大小；小于 【详解】（1）机翼做成上凸下平形状的原因是流体流速越大，压强越小，从而获得向上的升力。 （2）②由题意可知，改变迎角大小，重复步骤①并计算升力平均值。 ③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，所以迎角增大，升力会先增大后减小。 （3）根据控制变量法可知研究飞机的升力与其飞行速度的关系，要控制迎角大小不变，由题知θ1、θ2在15°和20°之间，速度小时，产生的升力小，需要角度接近15°来获取更大的升力使得等于飞机重力；速度大时，产生的升力大，需要角度大于15°来获取比之前小一点的升力，使升力等于飞机重力，所以可知飞机的升力一定时，速度较小，仰角应较小，则θ1＜θ2。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5节 流体压强与流速的关系 内容导航 A、知识讲练 知识点1. 流体压强与流速的关系 知识点2. 飞机的升力 知识点3. 用传感器研究气体压强与流速的关系 B、综合练习 流体压强与流速的关系 1 . 流体压强与流速的关系 （1）流体：把具有流动性的液体和气体统称为流体，如空气、水等。流体流动时产生的压强称作流体压强。 （2）实验探究：流体压强与流速的关系 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。发现两张纸不但不分开，反而会靠拢。 实验分析：吹气时，两张纸条内侧空气流动 ，压强变 ，而纸条外侧空气的流速基本不变，大气压强相对较大，存在压强差，因而有 差，是这个压力差把两纸条压到了一起。 实验结论：在气体中，流速越大的位置，压强越 。 ②探究二：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，观察到两乒乓球会靠拢。 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 差，因而存在压力差，两球在 作用下向中间靠拢。 实验结论：在液体中，流速越大的位置，压强越小。 ③探究三：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，观察到的现象： 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，水柱高，与细管处连接的管子，水柱低。 实验分析：水平管的粗细不同，水流动时，流量是 的，故三段水平管中水的流速是 的（均选填“相同”或“不相同”）；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 ，细管中水的压强 。 实验结论：在液体中，流速大的位置，压强小；流速小的位置，压强大。 （3）探究归纳：流体压强与流速的关系 在气体和液体中，流速越大的位置，压强越 ；流速越小的位置，压强越 。 2. 用“流体压强与流速的关系”解释现象 （1）火车站台上的安全线 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 ，会产生一个向 侧的压强差，将人推向火车，易出现危险。 （2）喷雾器的工作原理 喷雾器的小孔处比较细，当有气体流出时，空气流速快，压强 ，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）跑车的气流偏导器 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。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 。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 的压力差，从而使车轮抓紧地面。 【例题】小阳在“探究流体压强与流速的关系”的实验中，当打开水龙头阀门时，观察与横管C相连的细玻璃管A和B中液柱的高度如图所示。 （1）该探究问题中的自变量是________。 （2）已知水管C中较细的地方水的流速快，由实验现象可知水中流速快的地方压强________。 【练习1】 下面是小江同学实验探究过程：初步了解流体的压强与流速的关系 （1）如图1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； （2）你观察到的现象是两张纸向______（填“中间靠拢”或“两边分开”）； （3）你通过本实验可以得出的初步结论是：______； （4）图2是喷雾器的原理示意图，当空气从小孔迅速流出，小孔附近空气的流速较大，压强______（填“大”或“小”），在______的作用下，液体就会沿着细管上升。 【练习2】如图所示，两只小纸船浮在水面上，将注射器吸满水，通过塑料管在水面下向两纸船之间喷水，这时两只纸船向中间靠拢，这是因为两船之间的（　　） A．液体流速小，压强大 B．液体流速大，压强大 C．液体流速大，压强小 D．液体流速小，压强小 飞机的升力 1. 飞机的升力 （1）分析探究： 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 ，压强 ，机翼上、下方存在压强差，产生 ，形成了向 的升力。 所以，机翼上、下表面的 是产生升力的原因。 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。 （2）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。 2. 鸟类的滑翔原理 （1）鸟类的滑翔原理 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 下方气流的速度。因此上方的压强 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（均选填“大于”或“小于”）。 鸟类的滑翔原理 灰雁与其倒飞 （2）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。它怎样才能迅速的降低高度呢？ 身体完全翻转过来， 飞行。 【例题】小明看到一则新闻，新闻描述台湾风筝节一名三岁小女孩被风筝卷上天如图1所示，小明想只有在有风的天气才容易让风筝飞起，应该是获得了升力，且此时的升力______小女孩的重力（选填“大于”或“等于”或“小于”）。他又想知道风筝为什么能获得如此大的升力，于是猜想升力大小与风筝的迎角、风筝的面积、风速有关，为了方便测量，他以机翼为模型，进行如图2中实验： （1）小明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______，从而获得的______升力； （2）在探究升力与迎角的关系时，按以下步骤进行： ①调节风扇使风速最大，并使飞机模型的迎角为，记录测力计的示数，②改变迎角大小，重复步骤①；③得到“升力与迎角的关系”的图像如图2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）探究机翼面积及风速与升力的关系时，保持迎角不变，通过改变风速及机翼投影面积，获得实验数据如下表所示。 机翼投影面积 风速为v1升力F1/N 风速为v2升力F2/N 风速为v3升力F3/N 0.01331 0.032 0.027 0.023 0.00998 0.023 0.021 0.017 0.00665 0.015 0.013 0.011 ①此时实验选用三组不同的风速分别进行是为了______，（选填“多次测量取平均值”“避免实验偶然性”），通过上述信息分析可知：v1_______v2（选填“大于”或“小于”）；当机翼投影面积相同时，风速越大，机翼获得升力越大； ②继续分析数据可知：在风速相同时，______，机翼获得升力越大。 【练习1】 体育比赛中，小华水平抛出一个飞盘，快速前进的飞盘越飞越高。从侧面看，飞行过程中飞盘的形状应为下列图片中的（　　） A． B． C． D． 【练习2】 如图所示，飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，相当于气流迎面流过机翼，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，机翼上方气流的速度较______，对机翼上表面的压强较______；下方气流的速度较______，对机翼下表面的压强较______。这样，机翼上、下表面就存在着______，因而有压力差，产生升力。 用传感器研究气体压强与流速的关系 【实验介绍】 用传感器研究气体流速与压强的关系 如图，三节直径不同的塑料管联结在一起，然后与抽气机相通。当抽气机抽气时，在同一时间内，通过三个管子的气体总量是相同的，所以细管内气体的流速一定比粗管内气体的流速大。将三个气体压强传感器分别放入管内，将传感器与计算机相连，从计算机上就可以读出三个位置气体的压强值。 看看是不是气体流速大的地方压强小。 【实验与现象】 （1）将三个气体压强传感器探头分别插入三节管中，将传感器与电脑相连，打开抽气机抽气，观察电脑屏幕。 （2）调换抽气机的挡位，重复上述实验，记录电脑屏幕图像，如图乙所示。 【实验分析】如图所示，①、②、③三条图线分别对应粗细不同的三节管中气体压强随时间变化的情况。由图像可知， 处流速大，压强小（传感器①）， 处流速小，压强大（传感器③）。 当调换抽气机的挡位后，图乙中的三条图线均下移，由此可判断三节管中气体的流速均 。（选填“增大”或“减小”） 【实验结论】气体的流速越大，压强越小；流速越小，压强越大。 【例题】物理课上，利用传感器为同学们做“探究流体压强与流速的关系”的演示实验，装置如图甲所示。 （1）装置中A、B、C三节直径不同的塑料管连接在一起，右端与吹风机的尾部相连，当用吹风机抽气时，在同一时间内，通过每个管子的气体总量相同，则细管内气体流速比粗管内气体流速________，压强较小； （2）将三个气体压强传感器探头分别插入三节管中，传感器与电脑相连，打开吹风机抽气时，电脑屏幕如图乙所示，已知①②③三条图线分别对应粗细不同的三节管中气体压强随时间变化的情况，由图像可知：图线③反映的是装置中___________（选填“A”、“B”或“C”）塑料管的气体压强随时间变化的情况； （3）将抽气的吹风机调换挡位后，图像中①②③三条图线出现了下移，由此可以判断三节管中气体的流速___________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【练习1】如下图所示，三节直径不同的塑料管a、b、c连接在一起（a管直径最大，c管直径最小），然后与吹风机相通。将三个气体压强传感器分别放入管内，将传感器与计算机相连，从计算机上就可以读出三个位置的气体的压强值。图中显示器显示的是压强与时间的关系图像。当吹风机吹气时，下列说法正确的是（　　） A．a塑料管中气体流速最快，气体压强最大，对应图中曲线1 B．c塑料管中气体流速最慢，气体压强最大，对应图中曲线3 C．吹风过程中，三节塑料管中的气体流速相同 D．时，吹风机不工作，a、b、c三节塑料管中气体压强传感器测量的是大气压强 1．如图所示的是非洲草原犬鼠洞穴的横截面示意图，犬鼠的洞穴有两个出口，一个周围是平的（标记为A），另一个周围是隆起的土堆（标记为B），这样就能改善洞穴内的通风情况。当草原有风从左向右吹过时，下列说法正确的是（   ） A．B出口空气流速大，压强小，洞中气流从B出口进 B．B出口空气流速大，压强小，洞中气流从A出口进 C．A出口空气流速大，压强小，洞中气流从B出口进 D．A出口空气流速大，压强小，洞中气流从A出口进 2. 如图所示，两只小纸船浮在水面上，将注射器吸满水，通过塑料管在水面下向两纸船之间喷水，这时两只纸船向中间靠拢，这是因为两船之间（　　） A．空气流速小，压强大 B．空气流速大，压强小 C．空气流速大，压强大 D．空气流速小，压强小 3．“珍爱生命，远离危险。”为防止溺水，请不要私自下河游泳。图为河水中的漩涡，漩涡容易导致周边游泳的人被“吸入”其中而造成溺水，其原因是（　　） A．漩涡中心处的流速大，压强大 B．漩涡中心处的流速大，压强小 C．漩涡中心处的流速小，压强小 D．漩涡中心处的流速小，压强大 4．为避免乘客候车时发生事故，站台上设置了安全线，人必须在安全线外候车，如图所示。当列车进站时，下列说法正确的是（　　） A．人前方的气流速度小于人后方的 B．人前方的空气压强大于人后方的 C．空气对人前方与后方都有压力，这两个力不平衡 D．若人站在安全线前，气流可以把人推向远离列车的方向 5．如图所示，未装满水的密闭小瓶上有一根两端开口的竖直细玻璃管，细玻璃管内水柱高于瓶内水面，现用一根饮料吸管水平靠在细玻璃管的上端吹气，下列分析正确的是（　　） A．吹气时，上方空气流速大，细玻璃管内水柱下降 B．吹气时，上方空气流速大，细玻璃管内水柱不变 C．吹气前，瓶内气体压强等于瓶外大气压强 D．吹气前，瓶内气体压强大于瓶外大气压强 6．无风的天气，汽车在马路上快速向左驶过，静止的树叶会（　　） A．沿A方向飘动 B．沿B方向飘动 C．沿C方向飘动 D．条件不足，无法判断 7．如图甲为屋顶的无动力风帽，它可借助风力帮助室内换气。如图乙，当室外的自然风吹过风帽时，风帽会转动起来，其周围空气流速变大，压强变_____，室内的气体压强_____（填“大于”“小于”或“等于”）室外的气体压强，可迅速将室内的污浊气体排出。 8．某家用轿车质量为1.6t，每个车胎与地面接触面积为0.02m2，停在水平路面上时，车对地面的压强是________Pa。当车高速行驶时，强大的气流会流过车体，如图。这时车对地面的压强______（变大/不变/变小） 9．爱自己，爱生命！部分车主给电动自行车加装如图所示的遮阳伞，当电动自行车快速行驶时，伞下方的空气流速_____（选填“大于”或“小于”）上方的空气流速，导致下方的大气压强_____（选填“大于”或“小于”）上方的大气压强，驾驶员会感觉车被向_____ （选填“上”或“下”）提起。 10．如图为自制发球机示意图，当吹风机向水平管吹风时，乒乓球上方的气体压强变________。已知球的质量为2.7g，竖直方向受大气压作用的等效面积为12cm2，若不计管壁摩擦，当球下方和上方气压差为________Pa时，球恰能上升；若考虑管壁摩擦，则需要______乒乓球上方的风速（g取10N/kg）。 11．有些跑车在车尾安装了一种“气流偏导器”，如图所示，由于“气流偏导器”上表面平直，下表面呈弧形凸起，当跑车高速行驶时，流过它上方的空气速度比下方空气速度_____，此时上方空气压强比下方空气压强_____（选填“大”或“小”），这样“气流偏导器”受到一个向_____（选填“上”或“下”）的压力差，从而使车轮抓紧地面，此时跑车对地面的压力_____跑车的重力（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 12．如图所示，三个直径不同的塑料管a、b、c连接在一起（a管直径最大，c管直径最小），然后与抽气机相通。当抽气机抽气时，在同一时间内，通过三个管子的气体总量是相同的。将三个气体压强传感器分别放入管内，将传感器与计算机相连，从计算机上就可以读出三个位置气体的压强值，图中显示器所显示的是“压强—时间”图象。 （1）抽气过程中，气体流速最大的是______管，“压强—时间”图象中，图线①是______管中的气体压强随时间变化的关系图。 （2）关闭抽气机，传感器的示数将______（填“变大”“变小”或“不变”）。 13. “飞机迷”小华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。 任务1：制作飞机机翼模型 （1）小华制作了如图甲所示的飞机机翼模型，请用所学的物理知识说明机翼做成该形状的依据：___________。 任务2：探究升力与迎角的关系 （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。按以下步骤进行： ①使电风扇风速最大，并使飞机模型的迎角为0°，记录升力测力计的示数； ②改变___________ ，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_____。 任务3：探究升力与飞机飞行速度的关系 （3）小华用电风扇三个挡位的风速模拟飞机的飞行速度，研究飞机的升力与其飞行速度的关系，需控制________不变。测量数据如表所示，由表格数据可推测：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），则迎角θ1_____ θ2（选填“大于”“等于”或“小于”）。 挡位 弱风 中风 强风 升力F/N 2 5 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