1. 了解流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，并能用其解釋一 些生活現(xiàn)象。2. 了解飛機(jī)的升力是怎樣產(chǎn)生的。
學(xué)習(xí)重點(diǎn) ：了解流體在穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，在流速大的地 方壓強(qiáng)小，在流速小的地 方壓強(qiáng)大。
學(xué)習(xí)難點(diǎn) ：了解飛機(jī)機(jī)翼的形狀及飛機(jī)升力產(chǎn)生的原因 。
學(xué)習(xí)方法 ：通過交流與合作，動(dòng)手制作機(jī)翼模型。
相關(guān)準(zhǔn)備：多媒體課件、漏斗、乒乓球、水盆、水、紙片、硬幣、自制紙船。
如圖是我國自主研制的新一代隱身艦載戰(zhàn)斗機(jī) “殲35”，這種重達(dá)幾十噸的飛機(jī)是如何騰空而起的呢?你知道是什么支撐著它嗎?
知識點(diǎn)一 流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系
上述情境中蘊(yùn)含著什么物理知識?如何用科學(xué)的語言來概括呢?
說明： 上面涉及的氣體與液體都是具有流動(dòng)性的物體，如 空氣、水……具有流動(dòng)性的氣體、液體，我們統(tǒng)稱為流體，它們對物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)叫流體壓強(qiáng)。這一節(jié)課我們的任務(wù)就是要知道流體壓強(qiáng)與流速之間的關(guān)系，并能用它們之間的關(guān)系解釋生活中的一些現(xiàn)象。
思考： 我們在第2、3節(jié)分別探究了液體和氣體不流動(dòng)時(shí)的壓強(qiáng)特點(diǎn)，那么當(dāng)液體和氣體流動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部壓強(qiáng)又會(huì)有什么特點(diǎn)呢?
探究氣體的流速與壓強(qiáng)的關(guān)系
請同學(xué)們手握如圖甲所示的兩張紙，讓紙自然下垂，在兩張紙中間向下吹氣。猜想一下，這兩張紙將怎樣運(yùn)動(dòng)?
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：向兩張紙中間吹氣后，兩張紙 會(huì)緊密地貼在一起。
如圖乙所示，把乒乓球放在漏斗里，按住乒乓球，把漏斗口朝下。用力向漏斗內(nèi)吹氣，此時(shí)松開手，乒乓球會(huì)不會(huì)掉下來?
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：用力向漏斗內(nèi)吹氣，乒乓球沒有下落。
說明： 剛才是我們在物體兩側(cè)人為制造了不同的流體流速，如果在兩旁放 上容易移動(dòng)的物體，向中間吹氣，使得物體的一側(cè)空氣流動(dòng)快，另一側(cè)空氣流動(dòng)慢，通過兩旁物體的移動(dòng)現(xiàn)象，可以確定物體兩側(cè)的壓強(qiáng)大小發(fā)生了變化 。實(shí)驗(yàn)(1)中， 好像是紙片兩側(cè)的氣壓把它們緊緊地壓在了 一起，實(shí)驗(yàn)(2)好像是大氣壓把乒乓球托了起來 。
流體流速的變化使其壓強(qiáng)發(fā)生了變化。
以實(shí)驗(yàn)(2)為例，結(jié)合圖片具體分析壓強(qiáng)的變化情況。
分析： 由于吹氣，球上方氣體流速快，壓強(qiáng)小。相對于球上方而言，球下方氣體流速慢，壓強(qiáng)大，球的上下方存在一個(gè)壓強(qiáng)差，將乒乓球托住不會(huì)掉下。
在分析實(shí)驗(yàn)(2)的基礎(chǔ)上，自主分析實(shí)驗(yàn)(1)。
分析： 向兩張紙中間吹氣，中間空 氣流速快，壓強(qiáng)??；兩側(cè)空氣流速慢，壓強(qiáng)大，使兩張紙向中間靠攏。
在流動(dòng)的氣體中，流速越大的位置壓強(qiáng)越??；流速越小的位置壓強(qiáng)越大。
探究液體的流速與壓強(qiáng)的關(guān)系
氣體的流速與壓強(qiáng)的關(guān)系大家了解了，液體的流速與壓強(qiáng)是否也存在這樣的關(guān)系呢?
實(shí)驗(yàn)方案：將兩只紙船分別用細(xì)線系好前后兩端，放在盛有水的盆中，使兩只小紙船平行，用水管向兩船中間的水域沖水，看兩只小船是靠近還是遠(yuǎn)離。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：兩只小紙船撞在了一起。
結(jié)合前面所學(xué)知識加以解釋剛剛的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。分析：兩只平行在水中的小船，中間水道狹窄，水流速度快，壓強(qiáng)小，而小船外側(cè)流速慢，壓強(qiáng)大，將小船推向中間，導(dǎo)致兩只小船相撞 。
在氣體和液體中，流速越大的位置，壓強(qiáng)越小。
下面我們來分析重達(dá)幾十噸的飛機(jī)是如何騰空而起的。
飛機(jī)為什么能夠在空中飛行呢？
知識點(diǎn)二 飛機(jī)的升力
獲得大于自身重力的升力，這是航空器升空飛行的基本前提。
機(jī)翼是怎樣產(chǎn)生向上的升力的？
如圖所示為一個(gè)機(jī)翼的縱剖面圖，空氣流過機(jī)翼時(shí)，流線被迫變得彎曲。以翼型的翼弦為界把氣流分成上下兩部分。在相同時(shí)間內(nèi)，機(jī)翼上方氣流通過的路程較長，因而機(jī)翼上方的流速V? 大于前方的流速 V?, 因而機(jī)翼上方的壓強(qiáng) P2就小于機(jī)翼前方的壓強(qiáng) P1; 在下半部分，由于空氣水平地流過機(jī)翼下方，機(jī)翼下方的流速 V? 就大致等于前方的流速V?, 因而機(jī)翼下方的壓強(qiáng)也就大致等于前方的壓強(qiáng)P1, 由此可知，機(jī)翼下方的壓強(qiáng)就大于機(jī)翼上方的壓強(qiáng)P2。這就產(chǎn)生了作用于機(jī)翼上的向上的升力。
總結(jié)： 機(jī)翼的形狀決定了機(jī)翼上下表面空氣的流速不同，使機(jī)翼上下方產(chǎn) 生壓強(qiáng)差，因而有壓力差，產(chǎn)生了升力。
請根據(jù)教材提示制作飛機(jī)機(jī)翼模型。
“水翼船”的原理是什么？原理： 水翼船的下部有類似于飛機(jī)機(jī)翼的水翼，船在高速行駛時(shí)，水翼會(huì)獲得升力，使船體與水的接觸面積減小，從而減小水對船體的阻力，進(jìn)一步提高船速。
用傳感器研究氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系
前面我們研究了“流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”,下面我們通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證這個(gè)規(guī)律，我們這里的流體為氣體，即探究“用傳感器研究氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”。
1.抽氣機(jī)：它既可以吹氣也可以抽氣 。2.三個(gè)相同的“數(shù)字氣體壓強(qiáng)傳感器”：可以自動(dòng)采集氣體的壓強(qiáng)數(shù)值，并將其 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號 。3 .三節(jié)塑料管：這三節(jié)塑料管的粗細(xì)是不同的，其中綠色的最粗，其次是藍(lán)色 塑料管，紅色的塑料管最細(xì)，這三節(jié)塑料管利用連接器可以緊密連接在一起。4. 數(shù)字信息接收器：負(fù)責(zé)將傳感器接收到的信息進(jìn)行處理，并傳給電腦。5.電腦，包含相關(guān)軟件：這個(gè)數(shù)字軟件，可以自動(dòng)采集、記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。按照教材圖連接實(shí)驗(yàn)器材 。注意：我們將“數(shù)字氣體壓強(qiáng)傳感器”的探頭插入塑料管時(shí)，探頭位置一定要都位 于塑料管中間位置，并做好密封，防止漏氣。
我們首先打開電腦軟件，然后打開抽氣機(jī)并啟動(dòng)抽氣模式。這時(shí)電腦將自動(dòng)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并繪制驗(yàn)圖像。我們改變抽氣機(jī)抽氣速度重新實(shí)驗(yàn)，大家可以看到電腦將自動(dòng)采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及時(shí)記錄，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都發(fā)生了變化，繪制出的實(shí)驗(yàn)圖像也與剛才的不同。再次改變抽氣機(jī)抽氣速度，讓電腦繪制出不少于三組的實(shí)驗(yàn)圖像。
這幅電腦繪制的實(shí)驗(yàn)圖像中：圖線①記錄的是紅色塑料管(直徑最小的管)中氣體壓強(qiáng)數(shù)據(jù)；圖線②記錄的是藍(lán)色塑料管中氣體壓強(qiáng)數(shù)據(jù)；圖線③記錄的是綠色塑料管(直徑最大的管)中氣體壓強(qiáng)數(shù)據(jù)。
問題一：三節(jié)塑料管緊密地連接在抽氣機(jī)上，通過三節(jié)塑料管的氣體的流量是一 樣的，但這三節(jié)塑料管的粗細(xì)不同，會(huì)造成什么不一樣?問題二：哪個(gè)管內(nèi)的流速大，哪個(gè)管內(nèi)的流速小?問題三：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中“方框”內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為什么不同?
規(guī)律：因?yàn)槿?jié)塑料管緊密地連接在抽氣機(jī)上，通過三節(jié)塑料管的氣 體的流量是一樣的，但因?yàn)樗芰瞎艿拇旨?xì)不同，所以通過塑料管的空氣的流速不同，塑料管越細(xì)，通過塑料管的空氣的流速越大。
通過上面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：空氣流速越大的地方，壓強(qiáng)越小。
1. 在火車站或地鐵站的站臺上，離站臺邊緣1 m 左右的地方標(biāo)有一條安全線，乘客必須站在安全線以外的地方候車， 這是為什么呢?
解析：人離火車太近，火車開動(dòng)時(shí)，使人和火車之間的空氣流動(dòng)速度快，壓強(qiáng)變小，離站臺遠(yuǎn)的地方氣體相對流速較慢，壓強(qiáng)較大，人在內(nèi)外壓強(qiáng)差的作用下，被強(qiáng)大的氣流壓向列車，從而造成危險(xiǎn)。
丹尼爾 · 伯努利 1905年冬天的一個(gè)早晨，俄國沙皇派往西伯利亞的一位欽差大臣將要乘火車經(jīng)過一個(gè)名叫鄂洛多克的小 站。站長沃爾倫斯基一大早就讓部下把車站打掃得干干凈凈，身著筆挺的新制服，率領(lǐng)全站職工，手捧花束，排 列在鐵道兩旁，恭候欽差大臣的到來。 不多久，列車在汽笛聲中風(fēng)馳電掣般地沖進(jìn)了由38名鐵路員工組成的“人巷” 。離列車很近的人們剛要舉 起手中的花束歡呼時(shí)，突然，所有的歡迎者都像是被人從背后猛推了一下，紛紛不由自主地向前撲倒下去 …… 結(jié)果，這“魔鬼般的黑手”,造成了4人終身殘疾，而包括站長在內(nèi)的其余34人全都成了滾滾車輪下的冤魂! 奇特的慘案發(fā)生后，地方法院開始調(diào)查案件真相.然而，機(jī)車狀況良好，司機(jī)和員工都沒有違章操作。反復(fù)。調(diào)查毫無結(jié)果，法官只好在判決書上寫下了《圣經(jīng)》上的一句話：“每個(gè)人都是上帝的羔羊，遲早要回到上帝的 跟前!” 著名的俄國科學(xué)家齊秋奧爾科夫斯基知道這一 “判決”結(jié)果后，哀嘆道：“可惜法官不懂伯努利定理 …… ” 丹尼爾 · 伯努利，荷蘭物理學(xué)家.1726年，伯努利通過無數(shù)次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：流體速度加快時(shí)，物體與流體接觸 的界面上的壓力會(huì)減小，反之壓力會(huì)增加。為紀(jì)念這位科學(xué)家的貢獻(xiàn)，這一發(fā)現(xiàn)被稱為“伯努利效應(yīng)”。伯努利效應(yīng)適用于包括氣體在內(nèi)的一切流體。
2.分析噴霧器的原理 。 解析： 它是利用流速大、壓強(qiáng)小的原理制成的，讓空氣從小孔迅速流出，小孔附 近的壓強(qiáng)小，容器里液面上方的空氣壓強(qiáng)大，液體就沿小孔下面的細(xì)管升上來，從細(xì)管的上口流出后，受氣流的沖擊，被噴成霧狀。另外，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽化器與噴霧器的原理是相同的。
3.自主分析草原犬鼠的空調(diào)系統(tǒng)原理。如圖是非洲草原犬鼠洞穴的橫截面示意圖，犬鼠的洞穴有兩個(gè)出口， 一個(gè)是平的， 而另一個(gè)則是隆起的土堆.生物學(xué)家不是很清楚其中的原因，他們猜想：草原犬鼠把其中的一個(gè)洞口堆成土包狀，是為了建一處視野開闊的瞭望臺，但是如果這一假設(shè)成立的話，它為什么不在兩個(gè)洞口都堆上土 包呢?
解析：犬鼠的洞穴有兩個(gè)出口， 一個(gè)是平的，而另一個(gè)則是隆起的土堆，等質(zhì)量的空氣在相同的時(shí)間內(nèi)通過出口的上表面，吹過平坦表面的風(fēng)流速小，壓強(qiáng) 大；吹過隆起表面的風(fēng)流速大，壓強(qiáng)小.因此，地面上的風(fēng)吹進(jìn)了犬鼠的洞穴，給犬 鼠帶去了習(xí)習(xí)涼風(fēng)。
3.了解生活中跟流體的壓強(qiáng)與流速相關(guān)的現(xiàn)象。（1）地鐵站或火車站站在安全線以外候車。（2）噴霧器。（3）草原犬鼠的空調(diào)系統(tǒng)。
流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系。流速越大的位置，壓強(qiáng)越??；流速越小的位置，壓強(qiáng)越大。

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年級： 八年級下冊（2024）

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