泵与风机电子教案 单元二 李静.doc

单元单元二 液体机械运动的基本规律课题课题一 液体静力学基本方程式及其应用课型新授课课时2教学目标知识目标：液体静压力的特性，液体静力学基本方程式的第一表达式。技能目标：静压力特性的实用意义，确定静压力的大小和方向。德育目标：利用静压力的大小去确定静压力的大小和方向，为工程应用提供了便捷。教学重点1、静压力的特性。2、静力学第一表达式。教学难点一、 静压力大小和方向的实验判定。二、 静压力第一表达式的意义。教学方法讲授、分析、比较教学媒体教材、黑板、粉笔授课时间 教材分析液体静压力的两个重要特性对于工程上测量流体某点的静压力的大小和方位具有重要的意义，通过教材静压力特性分析，为水位计、水压机、闸门、水箱壁面受力分析打下基础。教后记布置作业P49 2-1作业情况教学过程：备注引入课题：液体静力学基本方程式是揭示不可压缩流体在平衡状态下力学规律的公式，用它可以确定静止液体内任意一点的静压力的大小。讲授新课：一、液体静压力的特性1、流体的静压强定义流体处于绝对静止或相对静止时的压强。2、流体静压力的两个特性l 方向性：流体静压力的方向总是沿着作用面的内法线方向（原因：静止流体不能承受剪力和拉力）l 大小性：流体静压力与作用面在空间的方位无关，仅是该点坐标的函数。即：任意一点所受各方向的流体静压强大小相等，与作用面的方位无关。l 流体静压强的计算P1P2h12 3、流体静压力的两个特性的实用意义。l 方向性：只要已知作用面的位置，就能方便的确定液体静压力的方向。l 大小性：工程上测量流体某点的静压力时，不必选择方位，只需确定改点位置即可。三、 静力学基本方程的推导 1、方程的推导设：敞口容器内盛有密度为r的静止流体，取任意一个垂直流体液柱，上下底面积均为Am2。作用在上、下端面上并指向此两端面的压力分别为 P1和 P2 。该液柱在垂直方向上受到的作用力有:（1）作用在液柱上端面上的总压力P1 P1= p1 A (N) （2）作用在液柱下端面上的总压力 P2 P2= p2 A (N) （3）作用于整个液柱的重力G G =rgA(Z1-Z2) (N) 由于液柱处于静止状态，在垂直方向上的三个作用力的合力为零，即 ： p1 A+ rgA(Z1 -Z2) -p2 A = 0令： h= (Z1 -Z2) 整理得： p2 = p1 + rgh 若将液柱上端取在液面，并设液面上方的压强为 p0 ； 则： p0 = p1 + rgh 上式均称为流体静力学基本方程式，它表明了静止流体内部压力变化的规律。 即：静止流体内部某一点的压强等于作用在其上方的压强加上液柱的重力压强。2、静力学基本方程的讨论:（1）在静止的液体中，液体任一点的压力与液体密度和其深度有关。（2）在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上各点的压力均相等。（3）当液体上方的压力有变化时，液体内部各点的压力也发生同样大小的变化。（4） 或压强差的也大小可利用一定高度的液体柱来表示。（5）整理得： 也为静力学基本方程（6）方程是以不可压缩流体推导出来的，对于可压缩性的气体，只适用于压强变化不大的情况。静力学表达式 静力学第一表达式小结：流体力学也是遵循由浅入深，由简到繁，由特殊到一般的认识规律。 在讲述中利用物理学中物体受力平衡的原理推导静力学第一表达式，效果较好。重点掌握明确各过程线的含义必须首先力的平衡进行计算此处为难点，结合实际讲解重点记忆第一表达式，是后续学习的需要单元单元二 液体机械运动的基本规律课题课题一 液体静力学基本方程式及其应用课型新授课课时2教学目标知识目标：液体静力学第二表达式、第二表达式流体力学意义及作用。技能目标：用第二表达式来判定静止液体中的等压面。德育目标：通过压力图表的相互关系，制定安全压力表操作规程，从而提高工作效率。教学重点1、能头、能头线的概念。2、第二表达式的流体力学意义及作用。教学难点1、如何正确的判定静止液体中的等压面。2、第二表达式的公式应用。教学方法讲授、分析、比较教学媒体黑板、粉笔授课时间 教材分析在热力发电厂中，通过各种设备的压力表对设备的压力进行控制，对安全运行起着重要的指导作用，因而准确分析压力表的测量结果，进行电厂设备的有效控制至关重要。教后记布置作业P49 2-2、2-3、2-5作业情况教学过程：备注引入课题：研究流体机械运动的规律时，必须首先分析作用在流体上的各种力。讲授新课：一、静力学基本方程的推导 如图所示，容器中盛有密度为的均匀静止液体，自由表面上的压强为 P0，则单位质量力在各坐标方向上的分力fx=0,fy=0,fz=-g,代入压强差公式中，得 , 对不可压缩均质流体，积分上式可得静力学基本方程式中c为积分常数，由边界条件确定。这就是重力作用下的液体平衡方程，静力学表达式 静力学基本方程形式之一2、由上式得 代入边界条件：z0时，pp0则 p0C所以 令 -zh（点在液面以下的深度h）则 静力学基本方程形式之一n 由液体静力学的基本方程式可以得出以下结论：n 1) 在同一静止流体中，深度相同的各点，压强也相同。这些深度相同的点所组成的平面是一个水平面，可见静止水平面是压强处处相等的面，即等压面。n 2）两种容重不同互不混合的液体，在同一容器中处于静止状态，两种液体之间形成分界面。这种分界面既是水平面又是等压面。n 3）对于气体，由于气体的容重很小，在高差不大的情况下，气柱产生的压强值很小，因而可以忽略的影响。 n 4）静止液体任一边界面上压强的变化，将等值地传到其他各点（只要静止不被破坏），这就是水静压强等值传递的帕斯卡定律。注意：判断等压面需静止、同种、连续三个条件 n 1.静止的水面、湖面、池面为等压面；n 2.液体容器，测压管、锅炉等上部的气体空间，我们就认为各点的压强是相等的；n 3.帕斯卡定律在水压机，液压传动，气动阀门，水力闸门等水力机械中得到广泛应用。 举例1. 判断下列点的压强大小 P1p2=p3 lC ， 二者之间的距离为 压力中心D(作用点)液深 ：课堂小结：注意压力中心D点和型心点C点的确定方法。重点掌握明确各过程线的含义必须首先计算抽汽率此处为难点，结合实际讲解单元单元二 液体机械运动的基本规律课题课题一 液体静力学基本方程式及其应用课型新授课课时2教学目标知识目标：了解作业在曲面壁上液体总静压力的计算公式，学会分析压力体的受力情况。技能目标：让学生了解实压力体和虚压力体在电厂中的应用。德育目标：准确分析压力体受力，确保运行安全。教学重点1、静止液体对曲面作用的总压力的受力分析。2、压力体与压力中心的确定。教学难点1、例题中总压力的分析和计算。2、平衡方程式的应用。教学方法讲授、分析、比较教学媒体黑板、粉笔授课时间 教材分析在热力发电厂中，通过各种设备的压力表对设备的压力进行控制，对安全运行起着重要的指导作用，因而准确分析压力表的测量结果，进行电厂设备的有效控制至关重要。教后记布置作业P49 2-13作业情况教学过程：备注引入课题：研究流体机械运动的规律时，必须首先分析作用在流体上的各种力。讲授新课：四、液体静压力基本方程式的应用4、计算静止液体作用在壁面上的总压力（2）作用在曲面壁上液体总静压力的计算公式 作用力的水平分力为Fx 微小水平分力为：dFx = dF cosa = ( p0 + rgh ) dA cosa = ( p0 + rgh ) dAx 式中：dAx 微小曲面积 dA 在 x 轴方向 (或 yoz 坐标平面)上的投影面积。则 Fx = AxdFx = Ax ( p0 + rgh)dAx = p0Ax + rg Ax h dAx式中： Ax hdAx = hCAx 曲面A在 yoz 平面上的 投影面积 Ax 对 y 轴的面积矩 。 hC 投影面积Ax形心处C的液深。 所以：Fx = p0Ax + rghC Ax = ( p0 + rghC)Ax 作用力的水平分力 作用力的垂直分力Fz 微小垂直分力为：dFz = dFsina = ( p0 + rgh)dA sina = ( p0+rgh)dAz式中：dAz 微小曲面积 dA 在 z 方向上 的投影面积。则： Fz = AzdFz = Az ( p0 + rgh)dAz = p0Az + rg Azh dAz显然，式中：Az hdAz = VF 曲面ab上方的 液体体积，称为压力体。所以： Fz = p0Az + rgVF 作用力的垂直分力液体对曲面的作用力: F 的作用方向：q F 的方向与垂直方向的夹角。 压力体的概念 积分式 Azh dAz 纯几何体积。定义：由所研究的曲面A，通过曲面A的周界（外缘）所作的垂直柱面，以及对曲面A有作用的液体自由液面（或其延伸面）所围成的封闭体积，用VF表示，称为压力体。压力体液重： rgVF 实压力体 压力体与受压面同侧。虚压力体 压力体与受压面异侧。或：压力表用测压管代替时课堂小结：注意平衡方程的确定和压力体的受力分析。在理解的基础上掌握明确各过程线的含义此处为难点，结合实际讲解单元单元二 液体机械运动的基本规律课题课题一 液体静力学基本方程式及其应用课型新授课课时2教学目标知识目标：掌握浮力的概念和在电厂中的应用，分析重力和浮力的大小关系和在水中的状态。技能目标：浮力的应用，了解并掌握浮子式水位调节器的应用原理。德育目标：分析圆阀、浮子应用，学会受力分析来进行力的求解。教学重点1、掌握浮力产生的原因。2、掌握浮力的计算公式。教学难点一、了解关于浮力的应用的实例。二、掌握浮力的计算方法。教学方法讲授、分析、比较教学媒体黑板、粉笔授课时间 教材分析本小节内容通过分析重力与浮力的大小关系，确定了物体在水中的三种状态：沉体、潜体和浮体。在热电厂浮子式水位调节器就是应用的重力浮力的关系，具有重要意义。教后记布置作业 P52 2-14作业情况教学过程：备注引入课题：不会游泳的人在死海里为什么不会被淹死？为什么淹不死他们？是神在保护他们吗？讲授新课：一、浮力的计算公式1、浮力的概念浮力：浸在液体（或气体）里的物体受到液体（或气体）对物体向上的托力叫做浮力。浮力的方向是竖直向上的。浮力产生的原因。浸在液体（或气体）里的物体受到的压力差就是液体（或气体）对物体的浮力。假设浸没物体的边长是a的立方体，立方体的各个侧面受到液体的压力相互抵消，但其上下底面所受到压力大小不同， 上表面受到液体对其向下压力的大小为：F下=液gh1a2下表面受到液体对其向上压力的大小为：F上=液gh2a2两者之差就是浮力大小：F浮=F上F下=液gh2a2 液gh1a2=液g(h2h1)a2 =液ga32、正确理解阿基米德原理浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开液体的重力，这就是阿基米德原理，它的数学表达式是：F浮=液gV排=G排液 对阿基米德原理及其公式，应注意理解以下几点： 阿基米德原理阐明了浮力的三要素：浮力作用在浸在液体（或气体）的物体上，其方向是竖直向上的，其大小等于物体所排开的液体（或气体）受到的重力，即 F浮=G排液 “浸在”的含义既包括物体全部体积都没入液体里，也包括物体的一部分体积在液体里面而另一部分体积露出液面的情况，“浸没”指全部体积都在液体里，阿基米德原理对浸没和部分体积浸在液体中都适用。 “排开液体的体积”即V排和物体的体积为V物，它们在数值上不一定相等，当物体浸没在液体里时，V排=V物，此时，物体在这种液体中受到浮力最大。如果物体只有一部分体积浸在液体里，则V排V物，这时V物=V排+V露。当液体的密度一定时，根据F液=液gV排，物体排开液体的体积小，物体受到的浮力就小，物体排开液体的体积大，物体受到的浮力就大，物体受到的浮力跟它排开液体的体积成正比。由此看出浮力的大小跟物体的体积的大小无关，物体的体积再大，浸在液体里的体积很小，它也不会受到多大的浮力。 根据阿基米德原理公式F浮=液gV排，当物体排开液体的体积V排一定时，浮力的大小跟液体的密度成正比。即浮力的大小跟液体的密度液、物体排开液体的体积V排有关，而与物体自身的重力、体积、密度、形状无关。浸没在液体里的物体受到的浮力不随物体在液体中的深度的变化而改变。如图所示： 体积相同的铝球、铁板、木块浸没水中的深度不同，虽然它们本身的密度、形状、重力，在水中的深度各不相同，但它们受到的浮力却是相同的，这就是因为浮力的大小只是由液、V排决定的。 阿基米德原理也适用于气体：F浮=气gV排，浸在大气里的物体，V排=V物。 3、物体的沉浮 放在液体中的物体平衡有三种情况。一是物体漂浮在液面上，如漂浮在水面上的木块；二是物体悬浮在液体中，既不露出液面，也不沉到容器底。如酒精和水按一定比例混和后，橄榄油会成球状悬浮在混和液中；三是物体沉到容器底部，如下沉到容器底部的实心铁球。 当物体漂浮或悬浮时，根据物体受力平衡，它所受重力和浮力平衡。若下沉，则物体所受浮力小于其重力，物体下沉到容器底部后，物体所受容器底对其弹力，浮力和它的重力平衡。 从物体与液体的密度关系来看，当物体漂浮在液面上时，物体排开液体的体积必然小于物体本身体积，V排V物，而GF浮，则物gV物液gV排可知物液。 当物体悬浮在液体中时，物体排开液体的体积V排V物，由物gV物液gV排可知物液 当物体沉到容器底时，可知G物F浮，而V物V排，物gV物液gV排，可知物液。由上所述，可得出结论 当物液时，物体漂浮 当物液时，物体悬浮 当物液时，物体下沉 应该看到，上浮和下沉都是动态过程，浮力大于重力时，当物体在水中的上浮过程中，其受力情况是不变的，但当物体部分露出水面后，其所受浮力随其露出水面部分体积的增加而减小，直至浮力与重力平衡，物体飘浮在水面上。若物体所受浮力小于重力，物体将下沉，在水中下沉过程中物体受力情况也不变，直到物体与容器底部接触，此时物体受到浮力与容器底部对物体托力之和跟物体重力平衡。 4、排水量的含义 轮船的大小通常用排水量来表示，排水量是个专有名词，它是指船满载时排开的水的质量。如将上述质量算成重量也就是船满载后受到的水的浮力（即船受到的最大浮力）。根据物体漂浮在液体的条件，可得如下的计算公式： 排水量船自身的质量满载时货物的质量 例如：某轮船的排水量是22000t，船自身质量为8000t，则它最多可装 220