第4节 流体压强与流速的关系

流体压强与流速的关系 峨山县锦屏中学 邹向东【教学设计理念】1. 本节知识技能要求是初步了解，所以大量的实验和现象是学习成功的关键，课堂中我设计了十几个实验和生活现象，使学生在“兴中启”、在“趣中探”，做到在兴趣中寻找规律，理解规律。2. 为了让学生自然轻松地得出“气体压强与流速的关系”的研究课题，我设计了7个小实验，让学生归纳总结。然后回过头来再让学生设计实验解释生活现象，体现出从生活走向物理，从 物理走向生活的学习理念。3. 对“液体压强与流速的关系”这个知识点的处理，主要充分调动学生的学习积极性，采用与气体类比的方法，运用“讨论实验探究创造反思”五位一体的教学模式，以“提出问题进行类比形成假说实验检验得出结论生活应用”为主线的思维程序让学生自己探究，利于培养学生逻辑思维能力和归纳总结的能力。4. 为了使学生的学习得到进一步的升华，在最后的创造活动中，先通过阅读步步深入，引导学生利用“机翼”进行逆向思维的创造方法，解决跑车“飘”起来的实际问题，足球比赛中的“香蕉球”、乒乓球比赛中的“上旋球”、“下旋球”等体育运动技巧揭秘，激发学生学习物理的兴趣。【课型】 新授课【课时】 1课时【授课时间及班级】 2009年11月20日上午第3节 锦屏中学2010届九（3）班【教材分析】教学目标: 1、知识与技能:能说出气体和液体的流速与压之间的关系:流速越大,压强越小。并能用这一关系解释有关现象 2、过程与方法:通过观察与实验,认识气体的压强跟流速有关的现象。 3、情感、态度与价值观:初步领略气体压强差异所产生现象的奥妙,获得对科学的热爱、亲近感。 重点: 气体和液体的流速与压强的关系 难点: 用气体和液体的流速与压强的关系解释有关现象【教学方式】 小组合作实验探究、班级师生交流。【教学用具】1. 教师用具 乒乓球一个、漏斗、饮料吸管一支、硬币一枚、笔一支、纸条一条、两只纸杯、一杯水、一根中间切开（未断）折成直角的饮料吸管、两张纸、自制的CAI课件2. 学生用具 乒乓球一个、漏斗、饮料吸管一支、硬币一枚、笔一支、纸条一条、两只纸杯、一杯水、一根中间切开（未断）折成直角的饮料吸管、两张纸。【教学过程设计】一、情景引入【视频引入】就你看到的这段视频,你能提出一些问题来吗?老师有一个问题:在火车的站台上,标有一道平行于铁轨的直线。当列车驶过时,不允许旅客站在这条线内,以保证人体与铁轨离开足够的距离。你知道这是为什么吗?要解释这个问题,就让我们一起来做几个探究实验吧!科学往往就藏在我们身边，今天这节课我们就要通过实验揭示这个小秘密。二、学生实验、确立研究课题1.研究气流的流速与压强的关系（一）学生实验教师布置给学生以下七个实验，要求学生在15分钟内，选择其中一部分，根据要求进行实验（选择的实验越多越好），提醒学生注意认真观察实验现象。1. 纸条一端贴近下嘴唇，用力向纸条上方吹气，观察现象（图1）。若改变吹气的力量和速度,纸带会发生什么变化? (学生猜测: 纸向下飘落 现象:纸向上飘起)2. 将一张纸折成形（图2）平放在桌子上，用力向形纸的下方与桌面之间的空间吹气，观察现象。(学生猜测: 形纸向上吹飞 现象: 形纸向下贴在桌面上)3. 用手握着两张纸，让纸自由下垂，在两张纸的中间向下吹气（图3），观察两张纸怎样运动。(学生猜测:纸条会被气流向两边吹开 现象:两纸条反而向中间合拢)4. 在倒置的漏斗里放一个乒乓球，用手指托住乒乓球，然后从漏斗口向下用力吹气（图4），并将手指移开，观察现象。(学生猜测：球会下落 现象：球紧贴漏斗内壁不下落)5. 两个乒乓球用绳拴好，手提绳将两个球平行放置，向两个球中间用力吹气，观察现象。（图5）(学生猜测:球会被气流向两边吹开 现象:两球反而向中间合拢)6. 把一根长10 cm左右的饮料吸管A插在盛水的杯子里，另一根吸管B的管口贴靠在A管的上端。往B中用力吹气，观察现象。（图6） (学生猜测:水不会从管口冒出 现象:有水从管口吹出)7. 轻轻捏着一个轻质小勺的勺柄，能使小勺在手指间晃动自如，打开水龙头，让水稳定的往下流，把勺子的凸面靠近水流，观察现象。（图7）(学生猜测: 勺子的凸面依然竖直不动 现象: 勺子的凸面吸向水流) 图1 图2 图3 图4 图5 图6 图7 图8 （二）现象汇总实验结束后，组织学生分组汇报实验现象。引导学生分析这些实验：1. 实验中的研究对象为什么会运动？（研究对象的两面存在压强差）2. 什么原因造成了压强差的存在？3. 这些实验共同说明了一个什么问题？（三）确立课题、得出结论学生小组讨论总结出：这些实验都是研究了气体压强与流速的关系。实验现象归纳出实验结论：气体流速与压强的关系：流动气体中的压强，流速较大的位置，压强较小； 流速较小的位置，压强较大。三、设计实验、解释现象放手让学生运用结论，利用身边的器材再自行设计一两个小实验。比如，“吹硬币”、乒乓球被水流吸住、电吹风向上对着乒乓球吹、越吹越不跑等实验。（这个实验也可演示，由学生解释现象）实验后讨论分析下列问题：（课堂练习一）1. 在火车站或地铁站的站台上，离站台边缘1 m左右的地方标有一条安全线，乘客必须站在安全线以外的地方候车，这是为什么？（行驶的火车和人之间的气流速度大,压强变小。人外侧的大气压大于火车和人之间的气压。这种情况下,会使人大气压挤到火车前,这样非常危险。）2.“ 八月秋高风怒号,卷我屋上三重茅”为什么风暴常常会把房子的顶部掀掉？（房屋内气压大于屋外气压）四、应用类比、深入课题1、.液体压强与流速的关系 实验:把一支玻璃管插入水中,当用另一支玻璃管对着它的上端吹气时,有什么现象?试一试,怎样对此现象作出解释。 现象:有水从管口吹出。解释:玻璃管的上端气流速度大,压强小(小于大气压)。所以玻璃管中的水在大气压的作用下从管口出来。利用类比的方法，把研究课题从“气体压强与流速的关系”转移到“液体压强与流速的关系”上来，引导学生沿着这样一种思维程序进行探究。甚至于思维程序的每一环节都可以引导学生自己得出。提出问题：气体压强和流速有这样的关系，那么液体呢？进行类比：气体和液体有许多相似性，可以类比的猜想。形成假说：在液体中，流速越大的地方压强越小。实验检验：请同学们以小组为单位设计实验来验证。比如两只塑料泡沫小船并列放入水中，加快中间水的流速，观察现象。得出结论：验证了假说的正确性。生活应用：热水器中冷热水的混合（可以进行课堂演示）。当水平管中不断有冷水通过时，管内压强减小，热水会沿竖直管上升与横管中的冷水混合。(图8)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【多媒体动画实验】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9）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，然后向水槽中灌水，到达一定高度后停止灌水这时我们看到在水槽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：如果将水平管子右端的塞子拔去，同时向水槽中注入水，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：看到水槽中的水面都低于A，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：液体中的压强，流速较大的位置，压强较小； 流速较小的位置，压强较大。 讲述: （课堂练习二）在1912年秋季的一天,当时世界上最大的远洋轮之一“奥林匹克号”正在大海上航行,离它100米左右的地方,有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克号”与它平行疾驶。突然,小军舰偏离了航道,一个劲地向“奥林匹克号”冲去,结果与“奥林匹克号”相撞。大家肯定知道原因了。首先大家要明白:水流动而船不动与船运动而水不动效果时相同的,即运动是相对的(画图说明)。当两船彼此接近平行行驶时,两船之间的水由于被挤在一起,流速要比外部大一些,压强就要比外部小一些。这样,水流的压力差将使两船相互“吸引”,外部压强较大的水就把两船挤在一起而发生碰撞事故。 因此,同方向高速平行行驶的船舶要保持一定的距离。五、拓展创造1.飞机的飞行原理师:当我们了解了知识后,我们可以深入了解飞机的飞行原理。我们发现机翼的翼型不是平的,而是平凸型的。 【多媒体动画实验】飞机机翼上升实验 我们发现:空气流到机翼前缘后,分成上下两股气流,分别沿机翼的上下表面流过,在机翼后缘又重新汇合向后流去。机翼的上表面凸起,使流速加快,压强减小;而机翼的下表面流速小,压强增大。于是在机翼的上下表面出现了压强差,就有了压力差,这成为飞机上升的动力。当升力大于飞机重力的时候,飞机就可以升空了。2. 与飞机的机翼相似，鸟的翅膀上方也呈弧形。（由于鸟的翅膀的柔韧性好，它们拍动翅膀时不仅产生升力，而且还会带着鸟儿往前飞。）3. 像机翼、鸟的翅膀的这种形状的应用很多，比如跑车的车头呈流线型，当跑车跑得太快，车会有何危险？（发飘、不稳）怎样避免这种危险？（尾部装气流偏导器）学生讨论，找出解决问题的方法（启发学生能不能根据机翼的作用，用逆向思维的创造方法来思考）：在跑车的尾部安装一只倒置的翅膀，弧形朝下，当车速很大时，作用在这只翅膀上的方向向下的压强大，这样可以增强车轮的着地性能。实际上，这种翅膀已被采用，叫气流偏导器。 六、板书设计 14.4 流体压强与流速的关系 一、流体 具有流动性的气体和液体统称为流体。 二、气体流速与压强的关系：流速较大的位置，压强较小；流速较小的位置，压强较大。三、液体流速与压强的关系：流速较大的位置，压强较小； 流速较小的位置，压强较大。四、飞机、鸟的飞行原理: 机翼或鸟的翅膀上升的升力五、避免跑车太快而发飘、不稳的措施：装气流偏导器 七、课堂小结学生总结这节课学到了哪些知识、研究方法、探究过程，布置学生书面写出这节课自己的收获在哪儿，有什么启发。流体（液体和气体）在流动时，流速较大的位置，压强较小；流速较小的位置，压强较大。八、巩固练习 一课多练 P41-43九、布置作业1、查资料试解释乒乓球和足球中的弧圈球与香蕉球。（见右下图） 2、小实验：自制喷雾器（见左下图）十、课外补充知识：航天历史小资料： 莱特兄弟与飞机1903年12月17日清晨，美国北卡罗来纳州基蒂霍克村空旷的沙滩上，人类历史上第一架飞机准备试飞。它的发明者是美国的威尔伯莱特和奥维尔莱特兄弟（右上图）。这架飞机有一个动听的名字“飞人号”，长6.5 m，翼展12.3 m。 它的机身骨架和机翼全部是用又轻又结实的枞木和桉木制成的，并配有枞木制的螺旋桨。他俯卧在下翼的一副摇篮型的操纵装置上，这样不仅可以用手操纵发动机的截流活门和升降舵操纵杆，控制机头和机尾的升降运动，还可以利用身体的移动来操纵机翼和尾舵。5分钟后，奥维尔解开了制动缆绳，“飞人号”开始缓慢地一摇一晃地向前移动，很快就加快了速度。突然，奥维尔有力地拉动了升降舵的操纵杆，在螺旋桨产生的强大推动的作用下，“飞人号”立刻飞了起来。虽然飞得很不平稳，甚至有点跌跌撞撞，但是“飞人号”在空中飞行了36 m。12 s后，才落在沙滩上。奥维尔跳下飞机，同奔跑过来的威尔伯紧紧地拥抱在一起，为飞行的成功激动不已。接着，他们又轮换着进行了三次飞行。 在当天的最后一次飞行中，威尔伯在30 km的风速下，用59 s飞行了260 m。 “飞人号”的飞行是人类航空史上的一个重要里程碑。虽然在“飞人号”产生以前，笨重的飞艇和任意飘游的气球已把人们送上了天空，但是，这些依赖空气浮力的航空器，摆脱不了自然力尤其是风力的影响。只有莱特兄弟的飞机，是航空史上第一个主要依靠动力飞行的航空器。 特别有意义的是，“飞人号”能绕三个轴线改变航向，按照人们的意志驾驶，实现了真正的自由飞行。可以说，在基蒂霍克海滩上，人类悄悄地迎来航空史上的黎明。 中国的飞机设计先驱冯如中国的第一位飞机设计师冯如,生于广东恩平县。12岁时,因生活所迫,随亲戚赴美国旧金山谋生。1903年,得知莱特兄弟发明了飞机后,冯如决心要依靠中国人的力量来制造飞机。1909年9月21日黄昏,冯如在奥克兰附近一个圆形山丘旁进行了第一次试飞,这是一个远离居民点的地方,在场的有记者和他的三个助手。飞机起飞后飞行了0.8 km，在离地4.57 m准备转弯时,螺旋桨突然停转,飞机摔在地面,冯如被摔出机外,幸没受伤。造成事故的原因是螺旋桨桨轴螺丝拧得太紧,致使桨根断裂。 1910年