内容正文:
9.5流体压强与流速的关系
物理学中把具有流动性的液体和气体统称为流体。
向各个方向都有压强
液体有压强
气体有压强
当液体和气体处于流动状态时其压强又会怎样?
想一想
静止时
一只漏斗和一个乒乓球,让乒乓球在漏斗口不掉下来
做一做 1
(1)把乒乓球堵严下端口。然后用力把直管内的空气吸走.
球是被大气压压在漏斗口的
吸 气
(2).把乒乓球放在下端口附近,不堵住漏斗口。用力向下吹气.
吹 气
漏斗
问题:什么力支持住乒乓球?
分析:吹气时,乒乓球上方的气体流速快,压强小,
乒乓球上下部分存在气压差从而有向上的压力差。
做一做 2
对着两张平行拿着的纸吹气,你会发现什么现象?为什么?
现象:两张纸吸到了一起。
问题:为什么吹气时,两张纸没被吹开。反而吸到了一起?
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。
在平静的在水中平行放置两个瓶盖,在两个瓶盖中间水平喷水,两个瓶盖会怎样运动呢?
现象:两瓶盖向中间靠拢甚至贴在一起。
分析:瓶盖向中间靠拢,其内、外两侧受力情况发生变化,即F外>F内
根据压强公式可知p外>p内
F内
F外
做一做 2
做一做 3
探究实验:液体压强与液体流动速度的关系
思考:为什么三个玻璃管中的水柱高度不相同?
请同学们观看视频演示实验——《液体压强与流速的关系》
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v小,细管中的水流速v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。
探究实验:液体压强与液体流动速度的关系
υ小
υ小
压强小
υ大
压强大
压强大
结
论
流体压强与流速的关系
流速越大,压强越小
流速越小,压强越大
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。他用能量守恒定律解决流体的流动问题,写出了流体动力学的基本方程,后人称之为“伯努利方程”,提出了“流速增加、压强降低”的伯努利原理。
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。
生活中流体压强与流速相关的现象
分析:喷雾器小孔设计精细,气体流出时流速加快,导致压强减小,而容器内液面上方空气压强相对较大,促使液体沿细管上升。液体自管口流出后,受气流冲击作用,被细化成雾状。
喷雾器
打气
小孔
(1)气流喷壶
(2)站台安全线
分析:火车或地铁进站时,会加速人与车之间空气流速。依据流体压强与流速原理,外侧空气流速慢则压强大,内侧流速快则压强小,形成向内侧的压强差,易将人推向火车,构成安全隐患。
火车站台的安全线
V
空气流速快
空气流速慢
空气压强大
空气压强小
(3)风沿墙面吹过时窗帘飘向窗外
分析:风刮过时,室外空气流速加快,压强减小,而室内空气流速很慢,压强较大,窗帘在室内、外压力差的作用下被“推向”窗外。
(4)香蕉球
分析:足球在飞行时快速旋转,旋转带动球面附近的空气一起流动,在旋转气流方向和迎面气流方向相同的一侧,形成相对低压区,另一侧形成相对高压区,足球在两侧压力差的作用下发生偏转,沿弧线前进
(5)航海规则
分析:两艘轮船不能近距离同向航行,这是因为当两船并行时,两船内侧水的流速大于两船外侧水的流速,造成内侧水的压力小于外侧水的压力,进而使两船逐渐靠拢,酿成海难事故。
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。
压强大
压强小
(7)草原犬鼠的“空调”洞穴
分析:风从地表吹过,在平直洞口处流速小,压强大;在凸起洞口处流速大,压强小,两个洞口间具有压强差,在洞穴内产生风。
F向下
(8)跑车的尾翼
分析: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。车尾翼板象“装反了的机翼”,上方压强大于下方,给车身向下的较大压力,既增加了稳定性,加大了与地面摩 擦,增大了动力。
流速快慢的分析技巧
先定流速快慢,后定压强大小。
流速快慢的分析:自然流动的空气和水,一般是在较宽阔的地方流速小,较狭窄的地方流速大;运动物体引起的气体或液体的流动,运动的物体周围流速快,其他地方流速慢,凸起的地方流速快,平缓的地方流速慢。
飞机的升力
几十吨重的飞机为什么能够腾空而起?
机翼的形状基本是上凸下平。
你观察过飞机的机翼吗?
它的横截面是什么形状的?
机翼上下表面的压强差是产生升力的原因。
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
大
现象分析:
根据
因为气流通过时间相等,S上>S下
所以V上>V下
于是P上>P下
这样,机翼上、下表面就存在着压强差,因而有压力差,这就是产生升力的原因。
鸟类的翅膀横截面与飞机机翼很相似
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?
身体完全翻转过来,倒立飞行
学以致用
(1)相信大家都有过这样的经验:打伞的时候,一阵风吹来,我们得用力去抓住伞,有时候伞还会被吹翻过去。为什么?
顶风打伞时,由于顶风面是凸面,风速快,压强小,背风面风速慢,压强大,所以伞被风吹翻。
(2)诗人杜甫在《茅屋为秋风所破歌》中写道:“八月秋高风怒号,卷我屋上三重茅。”,分析其中包含的物理道理。
大风吹过时,屋顶的茅草由静止变为运动,“卷”说明力可以改变物体的运动状态。
风刮过屋顶,屋顶上方的空气流动速度大,压强小;屋内空气流动速度小,压强大,屋顶受到向上的压强大于向下的压强,受到的向上的压力大于向下的压力,产生一个向上的压力差,将茅草吸上去。
故答案为:力可以改变物体的运动状态;空气振动发声;气体流速越大,压强越小。
练一练
1.如图所示,一圆形水管左粗右细,a、b为粗管和细管中同一水平面上的点,水管中有一气泡,随水向右快速运动,气泡经过a、b两点时体积大小的比较,以下分析正确的是( )
B
A. a点时大 B. b点时大 C. 一样大 D. 均有可能
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( )
五、课堂练习
A
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。
五、课堂练习
A
3.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
龙卷风的是高速旋转的气流,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。
所以选A。
慢
大
B
Lavf58.46.101
Lavf58.20.100
4、如图所示是河水中的漩涡.旋涡边沿水的流速相对中心处水的流速较 ,压强较 ,从而形成压力差,导致周边物体易被“吸入”漩涡.(温馨提示:严禁学生私自下河游泳)
5.如图所示,将一根玻璃管制成粗细不同的两段,管的下方与一个装有部分水的连通器相通.当从管的一端吹气时,连通器两端A、B液面高度变化情况正确的是( )
A.A液面上升
B.A液面下降
C.B液面下降
D.A、B液面高度均不变
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