流體的力現(xiàn)象

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 八年級 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
第十章 流體的力現(xiàn)象
一、復(fù)習(xí)目標(biāo)
1. 在流體中運(yùn)動
2. 認(rèn)識浮力
二. 重點(diǎn)、難點(diǎn):
1. 知道流體的壓強(qiáng)與流速的關(guān)系
2. 了解飛機(jī)的升力是怎樣產(chǎn)生的
3. 通過觀察認(rèn)識浮力的存在
4. 學(xué)會用彈簧測力計(jì)測量浮力的大小
三. 知識點(diǎn)分析:
鳥兒能在天空中翱翔,依據(jù)鳥的原理而設(shè)計(jì)的滑翔機(jī)大家聽說過嗎?你知道第一個(gè)設(shè)計(jì)滑翔機(jī)的人是誰嗎?在1891年,德國的奧托?李林達(dá)爾模仿仙鶴的翅膀形狀,設(shè)計(jì)和制造了第一架滑翔機(jī),實(shí)現(xiàn)了飛行的夢想,鳥翼向上運(yùn)動,肯定是有一個(gè)力作用在它上面了,而這個(gè)力呢,由于它有提升物體的作用,所以我們把它叫做“升力”
這個(gè)升力是怎樣產(chǎn)生的呢?讓我們來追溯一下歷史:早在1738年,伯努利就發(fā)現(xiàn)了流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系,這不僅解開了鳥兒在天空翱翔的奧秘,也成了人類打開空中旅行大門的鑰匙。
(一)流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系
1. 流體:液體和氣體有很強(qiáng)的流動性,統(tǒng)稱為流體。
2. 流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系:
實(shí)驗(yàn)探究:作如下幾個(gè)實(shí)驗(yàn),(1)把一紙條放在嘴邊,用力從紙條上方吹氣,會看到紙條飄起來。說明紙條上方的壓強(qiáng)比下方;紙條上方的流速大、壓強(qiáng)卻小。(2)在硬幣上方沿著與桌面平行的方向用力吹一口氣,硬幣就可以跳起來。(3)在兩張紙的中間向下吹氣,兩張紙將靠在一起。
以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因,我們可以得到結(jié)論:
(1)流體在流速大的地方壓強(qiáng)小,流速小的地方壓強(qiáng)大,這個(gè)規(guī)律叫伯努利原理。伯努利原理對流動的氣體和液體都適用。
(2)應(yīng)用:如飛機(jī)的升力、鳥的升力、在海洋中,企鵝、海豚、鰩魚、深水飛機(jī)。

(二)飛機(jī)的升力原理
(1)笨重的飛機(jī)能夠升空,與機(jī)翼的形狀有關(guān)系。根據(jù)氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系,為了使飛機(jī)受到向上的升力,人們把機(jī)翼做成類似飛翔的鳥的翅膀形狀;向上凸起。
當(dāng)氣流迎面吹來時(shí),由于相同的時(shí)間內(nèi)機(jī)翼上方氣流要經(jīng)過的路程大于機(jī)翼下方氣流經(jīng)過的路程,因此下方氣流速度小,壓強(qiáng)大;上方氣流速度大,壓強(qiáng)小。機(jī)翼的上下表面受到了不平衡的力的作用,向上的壓力大于向下的壓力,形成向上的壓力差,因此受到的合力是向上的,這就是向上的升力。

(2)再來說一下直升機(jī):
直升機(jī)與一般飛機(jī)不同,它是一種以旋翼作為主要升力來源、能垂直起落、重于空氣的航空器。它主要由旋翼、尾槳、動力裝置、等部分組成。
發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力靠傳動系統(tǒng)傳給旋翼和尾槳,旋翼是產(chǎn)生升力的部件,旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí),將空氣往下推(這好比:電風(fēng)扇葉片將空氣往前送、輪船的螺旋槳轉(zhuǎn)動時(shí)將水往后推一樣),對空氣產(chǎn)生一個(gè)向下的推力,由于力的作用是相互的,被往下推的空氣反過來對旋翼產(chǎn)生一個(gè)向上的反作用力——升力,當(dāng)升力的大小等于直升飛機(jī)的重力時(shí),直升飛機(jī)就可以勻速向上飛行;當(dāng)升力的大小超過直升飛機(jī)的重力時(shí),直升飛機(jī)便可以向上作加速運(yùn)動。

(三)什么是浮力
1. 浮力:一切浸入液體的物體,都受到液體對它豎直向上的力,這個(gè)力叫浮力。
注意:(1)方向總是豎直向上的。(2)一切浸入液體的物體,都受到液體對它豎直向上的浮力,特別注意在液體中上浮、下沉的物體都受到浮力的作用。
2. 浮力的測量:先用彈簧測力計(jì)在空氣中測出物體重力G,再用彈簧測力計(jì)測出物體在液體中示數(shù)G’,彈簧測力計(jì)二次示數(shù)的差就是浸在液體中的物體所受的浮力大小,即

(四)浮力的產(chǎn)生原因:(浮力的施力物體是液體)
浮力的產(chǎn)生是由于物體上下表面浸入液體深度不同而存在壓力差所致。
【典型例題】
例1. 在火車站和地鐵的站臺上,通常有一條白色的直線(安全線),列車進(jìn)站時(shí),乘務(wù)員總是要求乘客們站在劃定的安全線之外,為什么?
解析:列車進(jìn)站時(shí),行駛的列車會使附近的空氣流動,在劃定的安全線內(nèi)會形成壓強(qiáng)差,處在安全線內(nèi)的人極易導(dǎo)致安全事故。
解答:列車靠站臺前,行駛的列車帶動周圍的空氣流動,流動的空氣壓強(qiáng)變小,與列車附近的空氣形成指向列車的壓強(qiáng)差,候車的乘客如果站在安全線內(nèi),這一壓強(qiáng)差就有可能將人推向行駛的列車,導(dǎo)致安全事故。
考點(diǎn)分析:本題考查流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系——伯努利原理。

例2. 下列物體在運(yùn)動中,能用伯努利原理解釋的是( )
(1)氫氣球升上天空(2)蜜蜂在空中飛舞
(3)老鷹在空中飛翔(4)飛機(jī)在空中航行
(5)宇宙飛船在太空中航行
A. (1)(3)(4)B. (2)(3)(4)
C. (3)(4)D. (4)(5)
解析:題中列舉的幾個(gè)運(yùn)動的物體中,氫氣球形狀為球形上下表面的空氣流速相同,沒有壓強(qiáng)差,它的升空與伯努利原理無關(guān);蜜蜂在空中飛舞,它的翅膀上下移動的過程中,用力拍打空氣,根據(jù)力的相互作用性,空氣向上推翅膀,它的飛舞也與伯努利原理無關(guān);宇宙飛船在太空中運(yùn)動,沒有流體物質(zhì)的存在,所以飛船在太空中根本不存在流體壓強(qiáng),飛機(jī)兩翼與鷹的翅膀有相同類型的仿生結(jié)構(gòu),它們在空中運(yùn)動時(shí)會使空氣的流速不同而受到流體的壓強(qiáng)不同,可用伯努利原理解釋。
正確答案:選C
考點(diǎn)分析:本題考查伯努利原理,是重點(diǎn)內(nèi)容。

例3. 颶風(fēng)吹過房屋時(shí)往往將屋頂掀開而毀壞房屋,這是為什么?
解析:颶風(fēng)吹過房屋將屋頂掀開,從力的效果分析屋頂上瓦片一定受到了向上的力的作用,這種力的作用來自于房屋內(nèi)外流體的壓強(qiáng)差。

解答:風(fēng)是空氣流動形成的,刮大風(fēng)時(shí),關(guān)閉的房屋屋頂內(nèi)外空氣壓強(qiáng)不同,房內(nèi)空氣對房頂下表面的壓強(qiáng)是靜止的大氣壓強(qiáng),大風(fēng)沿房頂?shù)母咚贇饬骼@過屋頂時(shí),流體形成的壓強(qiáng)小于房內(nèi)大氣壓強(qiáng),結(jié)果在房屋的屋頂內(nèi)外形成壓強(qiáng)差,方向自內(nèi)向外,對房頂產(chǎn)生向上的掀力將房頂或房頂上的瓦片掀開,毀壞房屋。

例4. 某海濱浴場,水底布滿石子,在海水中游泳的人,由深水處不斷趨向淺水的過程中腳會覺得越來越痛,這是因?yàn)椋?)
A. 人的重力越來越大
B. 水底的支持力越來越大
C. 人所受的浮力越來越大
D. 人所受的重力、浮力、支持力的合力越來越大
解析:從力的作用效果理解,腳痛的感受來源于河底石頭對腳的力的作用,人體處在水中,受到有三個(gè)力的作用:重力、浮力和水底石頭的支持力,人體從深水里走向淺水的過程中,人體水的浮力和水底支持力的合力與人體的重力平衡,人體的重力不變,人體所受水的浮力減小,則腳所受的水底支持力會隨之增大,故選B正確。
正確答案:選B
解答浮力問題時(shí),對物體進(jìn)行受力分析,有助于弄清處在液體中的物體所受重力、浮力和第三個(gè)力之間的平衡關(guān)系,從平衡關(guān)系中可以找到對應(yīng)的數(shù)量關(guān)系和量與量之間變化關(guān)系。
考點(diǎn)分析:本題考查對浮力的認(rèn)識。

例5. 金魚缸中,從魚口中吐出的氣泡,在水中上升的過程中氣泡所受的浮力將( )

A. 保持不變B. 逐漸增大
C. 逐漸變小D. 無法判斷
解析:從圖片中觀察,氣泡在上升的過程中,所處的位置逐漸變淺,氣泡受到水的壓強(qiáng)越來越小,因此,氣泡的體積會不斷變大。根據(jù)浮力的相關(guān)因素(物體排開液體的體積和液體的密度)可以斷定,氣泡排開水的體積變大,浮力將隨之逐漸增大。
正確答案:選B
題中氣泡在液體中排開液體體積的變化,是從圖中獲取的相關(guān)信息,如何從圖中眾多的信息中讀取有用的信息,需要結(jié)合題意多比較,多分析,才能有正確的認(rèn)識。

例6. 以下說法中錯(cuò)誤的是( )
A. 在海濱游泳的人受到海水對他的浮力
B. 在空中漂浮的氫氣球受到空氣對它的浮力
C. 將一石塊扔到水中,在其下沉過程中不受浮力
D. 在水中升起的木塊受到浮力
解析:只要物體浸在液體或氣體里,都會受到向上的浮力。水中下落的石塊,也會受到水向上的浮力。它之所以下沉是因?yàn)橹亓Υ笥诟×Γ裕眠x項(xiàng)錯(cuò)。
正確答案:選C。

例7. 運(yùn)動型轎車和跑車的尾部設(shè)計(jì)安裝了一種“氣流偏導(dǎo)器”(擾流板),它的上表面平直,底部呈弧形凸起,相當(dāng)于一個(gè)倒置的翅膀,這主要是讓車在高速行駛時(shí),車輪能較好的抓住地面,試解釋其中的奧秘。

解析:跑車高速行駛的過程中,要使車輪較好的抓住地面,需要增大車輪與地面的摩擦力。如果增大跑車行駛過程中對地面的壓力,就可以增大摩擦力,便有利于行車的安全。
解答:由于氣流偏導(dǎo)器上表面平直,下表面弧形凸起,所以當(dāng)跑車高速行駛時(shí),流過偏導(dǎo)器上方空氣的速度緩慢,壓強(qiáng)較大,而流過下方的空氣流動較快,壓強(qiáng)較小,這樣,偏導(dǎo)器上下方壓強(qiáng)產(chǎn)生的壓力差形成一個(gè)向下的力,從而增加跑車在高速行駛的過程中對地面的壓力,起到增加摩擦力的作用,達(dá)到提高車輪的著地性能的目的。

【模擬試題】(答題時(shí)間:30分鐘)
一. 填空題:
1. 浸沒在液體中的物體會受到浮力,是由于物體上、下表面在液體中的不同,因此液體對物體上、下表面產(chǎn)生的不同,使上、下表面所受不等,的差就是浮力,且浮力的方向總是的。
2. 彈簧秤下掛一個(gè)體積為200厘米3的金屬球(金屬的密度是8×103千克/米3),彈簧秤的示數(shù)為。將球的一半浸入水中,球受到浮力牛,此時(shí),彈簧秤的示數(shù)為牛。若將球放入水銀中,當(dāng)球靜止時(shí)所受浮力為牛。
3. 有一個(gè)實(shí)心物體,為了測量構(gòu)成它的物質(zhì)的密度,將它掛在彈簧秤下,彈簧秤的示數(shù)為19.6牛,將它沒入水中稱,彈簧秤的示數(shù)為14.7牛,此物體的體積是米3,質(zhì)量是千克,由此可知其密度是。
4. 深水飛機(jī)不斷在海洋中前進(jìn)的過程中能實(shí)現(xiàn)下潛,深水飛機(jī)的兩翼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為 ,在兩翼上端的流體壓強(qiáng)比下端的流體的壓強(qiáng) 。(填“大”或“小”)
5. 彈簧秤下掛著鐵塊,將鐵塊慢慢浸入水中,發(fā)現(xiàn)在鐵塊由接觸水面至浸沒過程中,彈簧秤的示數(shù)逐漸變小,由此可得鐵塊所受的浮力逐漸 。說明了浸在液體中的物體所受的浮力與排開的液體的 有關(guān)。

二. 選擇題:(有幾個(gè)答案就選幾個(gè))
1. 密度為0.6克/厘米3的實(shí)心木塊分別投入水中和酒精中,則木塊在水中所處的狀態(tài)為( ),在酒精中所處的狀態(tài)為( ),木塊在水中浸入的體積比它在酒精中浸入的體積( )
A. 下沉B. 上浮C. 漂浮D. 大E. 小
2. 在同一個(gè)河流中,河道有寬有窄,下列認(rèn)識中正確的是( )
A. 河道窄的地方河水流速慢,壓強(qiáng)小。
B. 河道窄的地方河水流速快,壓強(qiáng)大。
C. 河道窄的地方河水流速快,壓強(qiáng)小。
D. 河道窄的地方河水流速慢,壓強(qiáng)大。
3. 浸沒在水中的乒乓球,放手后從運(yùn)動到靜止的過程中,其浮力大小變化情況( )
A. 浮力不斷變大,但小于重力
B. 浮力不變,但浮力大于重力
C. 浮力先不變,后變小,且始終大于重力直至靜止時(shí),浮力才等于重力
D. 浮力先大于重力后小于重力

三. 簡答題:
1. 草原犬鼠是大草原常見的小動物,它挖的洞有兩個(gè)洞口,一些洞口比較平整,一些洞口由圓錐形土堆圍成,這樣的結(jié)構(gòu)能改進(jìn)洞內(nèi)的通風(fēng)情況。為什么?

【試題答案】
一. 填空題
1. 深度;壓強(qiáng);壓力;上下表面壓力;豎直向上。
2. 15.68N;0.98;14.7;15.68。
3. 0.5×10-3;2;4×103千克/米3。
4. 上凹下凸 大
5 變大 體積

二. 選擇題
1. C;C;E 2.D3 C[

三. 簡答題
當(dāng)風(fēng)從地面吹過時(shí),有土堆的洞口上空氣流速大,壓強(qiáng)小,平洞口上空氣流速小,壓強(qiáng)大,于是在兩洞口形成壓強(qiáng)差,空氣就由平洞口進(jìn)入洞內(nèi),從有土堆的洞口流出,在洞內(nèi)形成風(fēng),這樣就改善了洞內(nèi)的通風(fēng)情況。

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