第四节 流体压强与流速的关系

教学设计示例

第四节 液体压强与流速的关系教学设计示例1

　　一、课时安排

　　1课时

　　二、教具准备

　　投影片、纸条、连通器、水、细棍2根

　　三、教学步骤

　　（一）气体的压强与流速的关系

　　我们知道液体和气体都可以流动，我们把有流动性的液体和气体统称为流体．　

　　前面我们已经学过液体内部的压强和大气压强，那都是流体不流动时的压强．而处于流动状态的液体和气体的压强又有什么规律呢？

　　我们先来探究流动的气体的压强与流速的关系．

　　请同学们先动手做一个实验：

　　请同学们在离桌边２－３cm处放一铝质的硬币，在硬币前10cm左右放一高约为2cm放一直尺或钢笔支起一个栏杆，在硬币上方沿着与桌面平行的方向用力吹一口气，硬币就可能跳过栏杆，比比看谁能使硬币跳得最高，是什么力使硬币跳起来？

　　学生分组实验，然后请做得最好的同学上讲台表演．

　　分析：在刚才的实验中，只有空气跟它接触，应该是空气给了硬币向上的力，我们来分析空气是怎么对硬币产生向上的力的？

　　教师讲解：硬币的硬币与桌面间总有一定的缝隙，这样硬币的下方和上方都有空气，没有吹气时，硬币上面的空气与下面的空气可看做静止，这时硬币上面的空气对硬币向下的压强等于下面的空气产生的向上的压强，硬币受力平衡而静止．当在硬币上方沿着与桌面平行的方向吹气时，硬币上方气体的流速大于下方气体的流速，请同学们思考并猜想：这时硬币上下方的空气产生的压强大小关系怎样才能使硬币跳起来？流动空气的压强跟流速有什么关系？

　　学生讨论，提出自己的猜想．教师把同学们不同的猜想板书在黑板上．

　　到底流动的气体的压强与流速是不是有那样的关系呢？我们再做一个实验来探究并验证同学们的猜想．　

　　介绍实验方法：请同学们手握两张纸，让纸自然下垂，在两张纸中间向下吹气，请同学们先根据自己刚才的结论，猜想两张纸将怎样运动．

　　学生讨论后，教师再指示学生动手做实验．实验结束后教师请学生分析实验结果的原因．教师播放动画适当补充．

　　因为不吹气时，纸条两侧空气可近似看作静止，两侧空气对纸条作用的压强相等，气压不会引起纸条运动．吹气时，纸条接触气流的一侧受到的气压比静止空气的气压小，结果纸条在两侧气压差的作用下，向气压小的一侧（有气流的一侧）运动．

　　教师总结：同学们经过猜想和实验验证，都知道了在气体中，流速大的位置压强小．

　　提问：几十吨重的飞机为什么能腾空而起？秘密在于机翼．

　　飞机起飞之前，先得在跑道上跑一段距离．飞机向前跑，空气就相对地向後移动，空气的压强作用在机翼上使机翼获得巨大的升力．机翼的形状起了很重要的作用，同学们观察过飞机的机翼，它的截面是什么形状？

　　展示飞机图片，指出图片重机翼的形状是上凸下平的．

　　下面请同学们看屏幕图片动手制作飞机机翼的模型，然后探究机翼的升力与流动空气的压强流速的关系．

　　展示图，教师指导学生动手制作，教师检查完学生按要求制作完后，请学生操作：把细绳拉平绷紧，用嘴对着“机翼”前端细绳的位置，用力水平吹气，可以看到机翼在吹力的作用下向上翘，这是什么原因？

　　教师展示动画，适当提示：迎面吹来的风被机翼分成两部分，由于机翼横截面形状上下不对称，在相同的时间里机翼上方气流通过的路程长，所以速度大比下方气流大．学生讨论，最后得出结论：气流在机翼上下表面由于流速不同产生压力差，这就是向上的升力．

　　教师展示站台安全线的图片．提问：为什么火车站台上都有一条安全线，火车行驶时严禁人们进入安全线以内的区域．

　　学生讨论解答．

　　（二）液体的压强与流速的关系

　　我们知道了流动的气体的压强与流速的关系：流速大的位置压强小．

　　那么流动的液体会否也有同样规律呢？

　　 我们以前学习了连通器， 我们今天用同样的装置来研究这个问题．

　　先复习什么是连通器？装有同种液体的连通器有什么特点？

　　（观察实验）（见图1）

　　实验：一根粗细不均匀的水平管子，与一个容器R相连，并在粗细木同的地方各接上几根上端开口的竖直细管A、B、C．将水平管子右端开口用塞于封住，然后向容器R灌水，到达一定高度后停止灌水．

　　这时我们看到在容器R及三个细管中的液面停在同一高度上．这一现象，实际上就是我们以前学过的连通器所呈现的现象，在同一水平面上a、b、c、f诸点处压强都等，这时的压强是流体在静止时的压强．

　　再提问：如果将水平管子D端的塞子拔去，同时向容器R注入水，管子中的水在流动时，在装置的不同地方，流速会一样吗？同学们可以联想河流的情况，水流到河面宽敞处的流速比河面窄处流速哪个大？

　　引导学生得出上述装置在管细处流速大于管粗的地方的流速．

　　请同学们猜想：如果液体也有跟气体同样的规律，水流动时，R中的水面与H，A、C管中的水面高度会有什么变化，哪个更高？

　　学生分组讨论分析后，教师再演示实验：看到R中的水面都低于H，A、C管中的水面高度差不多相同，B管中水面则最低．

　　教师讲解：从实验中看到，B管中水面则最低，这表明水平管子中的水在流动时，B处水的压强较小，A、C点处的压强大于B点处的压强．

　　从实验重可以总结：液体流速与压强的关系：流动液体中的压强，流速较大的位置，压强较小．

　　（三）小结：从以上所有实验中我们可以得到什么结论？

　　流体（液体和气体）在流动时，流速较大的位置，压强较小．（板书）

　　四、布置作业

　　小实验：自制喷雾器（见下图）

　　四、板书设计

第十二章  浮力　第四节　流体的压强与流速

　　一、什么是流体

　　二、流体压强与流速的关系：

　　　　流速较大的位置，压强较小．

　　三、机翼升力产生的原因

　　　　飞机飞行时，机翼上下方空气流动的快慢不同

　　　　机翼的上下方产生的压强差是机翼升力产生的原

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教学设计示例

第四节 液体压强与流速的关系

　　一、课时安排

　　1课时

　　二、教具准备

　　投影片、纸条、连通器、水、细棍2根

　　三、教学步骤

　　（一）新课讲授

　　提问：液体和气体有什么共同特点？（可以流动）＜板书＞一、我们把有流动性的液体和气体统称为流体．

　　前面我们已经学过液体内部的压强和大气压强，先让我们复习一下以前学过的内容：

　　提问：什么叫连通器？

　　装有同种液体的连通器有什么特点？

　　为什么？

　　（观察实验）（见图1）

　　实验：一根粗细不均匀的水平管子，与一个容器R相连，并在粗细木同的地方各接上几根上端开口的竖直细管A、B、C．将水平管子右端开口用塞于封住，然后向容器R灌水，到达一定高度后停止灌水．

　　这时我们看到在容器R及三个细管中的液面停在同一高度上．这一现象，实际上就是我们以前学过的连通器所呈现的现象，在同一水平面上a、b、c、f诸点处压强都等，这时的压强是流体在静止时的压强．

　　再提问：

　　装有同种流体的连通器液面是否一定相平？让我们通过实验来研究，注意观察并思考：

　　看到什么现象？

　　跟第一次相比实验条件有何变化？

　　实验现象有何不同？

　　各管内液面跟第一次相比有无变化？

　　为什么？可以得到什么结论？

　　（实验）将水平管子D端的塞子拔去，同时向容器R注入水，管子中的水在流动时R中的水面都低于H，A、C管中的水面高度差不多相同，B管中水面则最低．

　　分析：

　　竖直水柱的高低表示各管各处压强的大小，由于一定时间里流过各处的水肯定是相等的，而水管较细处的流速一定比粗处的流速大，从实验中看到，B管中水面则最低，这表明水平管子中的水在流动时，B处水的压强较小，A、C点处的压强大于B点处的压强．

　　引导学生讨论并得出：管子粗的部分的流速小、流体压强大，管子细的部分的流速大、流体压强小．

　　液体流速与压强的关系：流动液体中的压强，流速较大的位置，压强较小．

　　＜提问思考＞

　　当气体在流动时，请思考一下流动状态气体的压强又有什么特点？

　　   ＜实验＞一个小实验，取两块长方形的纸片，并排地悬挂在两根细棒上，如果在两纸片之间从上方向下吹气，会出现什么现象？为什么？（见图2）

　　吹气时两块纸片就要相互靠拢．

　　这是因为不吹气时，纸条两侧空气可近似看作静止，两侧空气对纸条作用的压强相等，气压不会引起纸条运动．吹气时，纸条接触气流的一侧受到的气压比静止空气的气压小，结果纸条在两侧气压差的作用下，向气压小的一侧（有气流的一侧）运动．

　　＜提问＞从以上实验中我们可以得到什么结论？

　　流体流速和压强的关系也适用于气体．

　　即气体在流动时，流速较大的位置，压强较小．

　　通过前面的学习，我们可以总结出流体压强和流速有什么关系？

　　（学生总结）

　　二、流体在流动时，流速较大的位置，压强较小．（板书）

　　根据我们学习的流体压强和流速的关系，谁能解释下面的实验？

　　＜实验＞：取一张5－6厘米见方的硬纸片，在适当位置剪两个长约1厘米的缝，通过纸缝垂直插入横杆的两端，当用嘴向纸面平行吹气，纸片不仅不离开气流，反而会靠近气流，继续吹气，横杆便连续转动．（见图3）

　　（如果用带尖嘴的管子贴近纸面平行吹气效果更好．）

　　提问：为什么会出现这种现象？

　　（学生回答）

　　这是因为气流有流速大压强小，流速小压强大的性质，所以靠近纸面的气流流速较大，压强就较小，而纸面的另一面压强仍为大气压，所以转架就随之转动。

　　（学生实验并让学生讨论）

　　双手将一张薄纸的一端靠近下嘴唇，另一端自然垂下，沿纸的上方水平吹气，手中的纸会怎样呢？（见图4（a））

　　把细长纸条的一端贴于下嘴唇，然后用嘴向外吹气，结果纸条会向上飘起来．当纸的上方的空气流动起来之后，纸也随之漂浮起来，这是由于吹气时纸片上方空气的流速大，压强变小，下方较大的压强把纸片“举”起来了．如果吹出的气越快，纸条会向上飘得越高，由此说明气流越快则压强越小．（出示投影片并让学生讨论）

　　飞机的机翼有何特点？

　　飞机飞行时机翼上下空气流速是否相同？

　　试分析机翼的升力又是怎样产生的？

　　飞机为什么能够飞上天空？（见图4（b））

　　（出示投影片并引导学生总结：）

　　飞机飞行时，机翼的形状决定了机翼上下表面流动的空气流速是不同的，右图表示机翼周围空气的流向．从机翼横截面的形状可知，其上方弯曲，下方近似于直线，（严格地说机翼表面呈流线型）．飞机飞行时，空气跟飞机做相对运动．由于上方的空气要比下方空气行走较长的距离，机翼上方的空气流动比下方要快，压强变小；与其相对，机翼下方的空气流动较慢，压强较大，致使机翼上面比下面气流速度快．结果上面气流对机翼的压强比下面气流对机翼的压强小，这一压强差就是使飞机获得竖直向上的升力的原因．

　　（板书）三、机翼升力产生的原因：

　　飞机飞行时，机翼上下方空气流动的快慢不同

　　机翼的上下方产生的压强差是机翼升力产生的原因

　　（二）总结

　　组织分析讨论：

　　出示投影片（列出以下问题1、2．3、4）

　　1．喷雾器为什么能喷水？（见图5）

    　　答案：常用的喷雾器，当压入活塞时，圆筒里的空气就从圆筒末端的小孔A以很大的速度流出，因此小孔附近的空气压强小于大气压强，于是容器E内的药液面上的空气压强近使药液从小孔下方的B管内上升，到小孔A附近时，被空气流冲散成雾状喷出．

　　2．简易淋浴器为什么能把热水“吸”上去

    　　答案：有些家庭用的简易淋浴器，把吸水管放进热水桶内，打开水龙头，当自来水从导管里流过时，热水就会被“吸”上来，与冷水混合，再从喷头喷出．此时，热水为什么会自动上升呢？

　　流动的液体里存在着压强．压强的大小跟液体流速有关．液体的流速越大，它的压强就越小．当导管内没有自来水流过的时候，吸水管内外气体的压强相等，都等于大气压强．根据连通器的原理，吸水管里热水与桶里的热水相平．当导管里有自来水流过时，吸水管内热水上方气体的压强变小．管内外产生了压强差，在大气压的作用下，热水在吸水管内上升，与冷水混合后，从喷头喷出．冷水流速越大，管内气压越低，管内外压强差越大，热水流进导管中越多，它与冷水混合后的温度就越高．因此，可以通过控制自来水的流速，以调节喷出的水温高低．（见图6）

　　3．机翼升力跟掀房顶的风力

　　答案：气流的压强差对房顶会产生破坏作用．因为房屋内空气对房顶下表面作用的压强是静止空气的压强，而刮飓风时，沿房顶上表面的高速气流对房顶作用的压强比房屋内的气压小，结果在房顶内外就形成了气压差，方向是自下向上的，它可能会把整个房顶掀开，或者把房顶的瓦掀翻．为了减少狂风对房顶的损害，尖顶房屋的山墙上常安装百叶窗，这可以使刮大风时，通过百叶窗在房顶的下表面也产生气流，以减少房顶上下表面的气压差．

　　4．轮船为什么会相互吸引？

　　别莱利曼著的《趣味物理学》记述了这样一件事情

    　　1912年秋天，远洋货轮“奥林匹克”号在大海上航行着，同时在离它100米远的地方，有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号几乎跟它平行地疾驰着．当两艘船到了如图7所示的位置时，发生了一起意外的事情：小船好象是服从着一种不可见的力量，竟扭转船头朝着大船，并且不服从舵手操纵，几乎笔直地向大船冲来．“豪克”的船头撞在“奥林匹克”号的船舷上，以致“豪克”号把“奥林匹克”号的船舷撞了一个大洞．

　　请同学们用我们今天学习到的知识解释这一事故发生的原因

　　六、布置作业

　　小实验：水管喷枪（见图8）

　　喷雾器是一种较为实用的装置．把管子的一端放入水中，横吹开口端可迫使管中的液面上升，你用力一吹会发生什么现象？

　　五、板书设计

　　第十二章  浮力　第四节　流体的压强与流速

　　一、什么是流体

　　二、流体压强与流速的关系：

　　　　流速较大的位置，压强较小．

　　三、机翼升力产生的原因

　　　　飞机飞行时，机翼上下方空气流动的快慢不同

　　　　机翼的上下方产生的压强差是机翼升力产生的原因