液体压强与流速的关系教学设计
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因。
