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沪科版高一物理下册《流体压强与流速的关系》教案

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沪科版高一物理下册《流体压强与流速的关系》教案


教学目标


1、知识与技能


(1)知道流体压强与流速的关系;


(2)了解升力产生的原因及相关的物理现象。


2、过程与方法:


(1)通过探究分析得出流体压强与流速关系的结论;


(2)通过实验探究体验升力产生的原因。


3、情感态度与价值观:


(1)通过教学活动,培养学生善于观察、乐于探索自然现象和生活中的物理道理的兴趣;


(2)领略流体压强所产生的奥妙现象,获得对科学的热爱、亲近感。


教材分析:


“流体压强与流速的关系”和“飞机的升力产生的原因”是本节课的核心问题,是对气体压强、液体压强知识的应用和延伸。特别是“流体的流速越大,压强越小;流体的流速越小,压强越大”这一原理在日常生活中常常遇到,可让学生利用生活中常见的器材,经历各种探究活动,激发学生探究的乐趣、激发学生的求知欲望。并在教学中通过应用物理知识解决实际问题,来充分体现从“生活走向物理,物理走向生活”的课程理念。


教学重点:


流体压强与流速的关系。


教学难点:


机翼升力产生的原因。


教具仪器:


漏斗、乒乓球、注射器、塑料盖、一枚壹角硬币、电吹风、吸管、纸张、水槽、机翼模型等。


教学方法:


实验探究、归纳总结


课时安排


     1课时


教学过程:


[引入新课]


实验或视频导入:将一枚壹角硬币放在水平桌面上并吹气,观察到什么现象?(激发学生的求知欲和好奇心),引入课题“流体压强与流速的关系”。


一、什么是流体?


气体和液体都可以流动,我们把有流动性的气体和液体统称为流体。


前面学过了液体内部的压强和大气压强,知道浸在液体和气体中的物体,各个方向都要受到液体和气体的压强作用,但都是流体在不流动时的情况。我们把流体流动时的压强称作流体压强,流体流动时有快有慢,当流速发生变化时,流体压强是否发生变化呢?下面我们就来探究流动的气体或液体的压强与流速之间的关系。


二、流体压强与流速的关系


1、气体压强与流速的关系


探究1:手握两张纸,让纸自然下垂,并在两纸中间向下吹气。(观察到两纸靠拢)


 讨论分析:在两纸中间向下吹气后,两张纸之间空气流动速度快,两张纸外侧气体流动速度慢,使得纸张内外侧受到的大气压强不同,造成了压强差,从而形成向里的压力差,使两纸张都向中间靠拢。


探究2:把乒乓球放置于漏斗中间,漏斗口朝下,往漏斗里吹气。(如下图所示,观察到乒乓球不会掉下来。)


分析:从漏斗的细管中吹出的气流,流经乒乓球的上表面时的流速变大,此处的压强变小;乒乓球下表面的流速小,此处的压强较大,这样乒乓球受到一个向上和向下的压力差,从而托起乒乓球。


探究3:点燃两支蜡烛,向两烛焰中间吹气。(观察到两烛焰向中间靠拢)


分析:当向两支蜡烛中间吹气时,中间的空气流动速度增大,压强减小;蜡烛外侧的压强不变,两支蜡烛火焰受到向内的压强大于向外的压强,受到向内的压力大于向外的压力,两支蜡烛的火焰在压力差的作用下向中间靠拢。


探究4:将一根塑料吸管弯成直角,在弯折处剪开一个口,插入水中,用力向管内吹气。(观察到水雾从切口处喷出)


分析:用力吹气时,直管上方的空气流速大,压强小,直管中的水在大气压的作用下被压出,同时由于水平方向的气流作用,涌出的水会向前喷出。


结论:气体在流速大的地方压强越小,流速小的地方压强大。


应用分析:解释“吹硬币”现象


    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,当在硬币上方沿着与桌面平行的方向用力吹气时,硬币上面空气流速加大,硬币上方空气的流速大于下方空气的流速,使得硬币上面受到向下的压强比硬币下面受到向上的压强小,使硬币受到向上的压力差,从而把硬币托了起来。(如下图所示)


2、液体流速与压强的关系


探究1:把两个塑料盖放在水槽中的水面上并分开,再用注射器向两塑料盖中间的水域注水。(如下图所示,观察到两塑料盖向中间靠拢)


分析:用注射器向两塑料盖中间的水域注水后,两塑料盖之间水流速度快,两塑料盖外侧流速慢,两塑料盖中间与外侧压强不同,造成了向内的压力差,将两塑料盖挤在了一起。


探究2:粗细不同的水管中装有水,打开水龙头阀门,观察三个竖直玻璃管中的液面高低。(视频)


分析:由于流过水平管子各部分的水的体积相等,水在细管子中间部分的流速大,压强小,根据液体压强知识,可知与细管部分连接的竖直玻璃管中的液面要低一些。


总结:液体在流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。


三、升力的产生:


思考:飞机起飞前为什么要在跑道上快速运动一段距离?是什么力量使庞大的飞机攀升到空中并能保持在空中飞行呢?


探究:利用机翼模型探究飞机上升时与流速中间的关系——用电吹风吹机翼模型。


分析:飞机机翼的上表面是凸起下表面平直的流线型(即上凸下平,如下图所示)


当飞机在跑道上滑行(或在空中飞行)时,空气就相对地面向后移动,迎面而来的气流被机翼分成上下两部分,由于机翼横截面的形状上下不对称,在相同时间内机翼上方气流通过的曲线路程较长,机翼下方气流通过的直线路程较短,这就造成机翼上部气流的速度比机翼下部气流的速度大,由于流速高的地方压强小,流速低的地方压强大,因此,机翼上部受到向下的压强要小于机翼下部受到向上的压强,巨大的机翼在上下气流的压强差作用下产生了向上的压力差,从而形成向上的升力,并且当飞机速度增大,升力也增大,当升力大于飞机自重时,飞机便起飞了。


拓展: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。


逆向思维的应用:跑车的车头呈流线型,当跑车跑得太快,车会有什么危险?(发飘、不稳)怎样避免这种危险?


解决方法: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,这样可以增强车子后轮的着地性能,这种装置叫气流偏导器。 


四、应用:


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?


分析:人离火车或地铁太近,火车或地铁行驶时,使人和火车或地铁之间的空气流动速度快,压强变小,离站台远的地方气体相对流速较慢,压强较大,人在内外压强差的作用下,被强大的气流压向火车或地铁,从而造成危险。


2、请列举生活中有关流体在流动时流速大的地方压强小的实例:


(1)在江中游泳时不要靠近行使的船;


(2)大风能把房盖掀起;


(3)农村炉灶里的烟能顺着烟囱排到屋外。(分析:风吹过烟囱顶端时,顶端空气流速增大压强减小,烟囱内外形成压强差,也就产生压力差,所以烟就顺着烟囱排到屋外。)


3、草原发生的一起龙卷风,龙卷风的实质是高速旋转的气流。它能把地面上的物或人畜“吸”起卷入空中,这是为什么?


分析:龙卷风内部气体流速大,压强远小于外部的压强,这个巨大的压强差就可以把物体给“吸”起来。注意,龙卷风并不能使物体受到的重力变小,也不是迷信说法中的“龙”把物体“抓”到空中。


课堂小结:


1、流体压强与流速关系:


流体在流速大的地方压强小,在流速小的地方压强大。


2、升力的产生


机翼上面凸起、下面平直——机翼上方空气流速大、下方小——向上的升力大于重力——起飞


布置作业:


    课本作业第1、2、4题。


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