物理八年级下册9.4 流体压强与流速的关系获奖教案设计

这是一份物理八年级下册9.4 流体压强与流速的关系获奖教案设计，共16页。教案主要包含了流体压强与流速的关系，飞机的升力等内容，欢迎下载使用。
年级
八年级
授课时间
课题
9.4 流体压强与流速的关系
教学
目标
1. 通过实验，能总结出流体压强与流速的关系。
2. 能利用流体压强与流速的关系解释升力产生的原因，进而解释飞机在空中飞行的原因。
3. 能利用流体压强与流速的关系解释生活中的有关现象。
教材
分析
流体（气体和液体）压强与流速的关系，是对液体压强和气体压强特点的拓展。本节由“流体压强与流速的关系”和“飞机的升力”两部分内容构成。教学的重点是流体压强与流速的关系，难点是利用流体压强与流速的关系解释相关现象。
流体压强与流速有关，学生这方面的生活经验并不多。因此，在教学过程中应尽量选取操作简单、现象明显、直观且生动有趣的小实验，引导学生把压力、压强跟流速联系起来，了解流体的压强与流速的关系及其在生活中的应用。
另外，可以通过制作小小的机翼模型并进行分析，进一步说明气体压强与流速的关系，让学生体会科学原理的价值。
教学
器材
硬币、纸条、纸张、漏斗、乒乓球等。
多媒体ppt，包含视频：《中央电视台节目——是真的吗？》、《用传感器研究气体的流速与压强的关系》、《飞机升力的产生》、《流体压强与流速的关系》、《“霍克号”撞击“奥林匹克号”相撞原因》等。
教学过程
教师活动
学生活动
导入新课
（1）播放视频并提问
中央电视台“是真的吗”节目中曾验证过：“无需吸气就能将球吸入水管”的说法，你相信吗？请同学们欣赏。
想一想：小球为什么会被吸入管内呢？
（2）做一做
手握两张纸，让纸自然下垂，在两张纸中间向下吹气。猜想两张纸将怎样运动?是什么力使得两张纸靠拢？
我们已经学习了液体内部的压强及大气压强，都是流体静止时的压强，那么液体、气体处于流动状态时压强如何？
今天一起学习——《9.4流体压强与流速的关系》。
观看视频或进行实验，思考问题，进入情景.
学习新课 一、流体压强与流速的关系
1 . 流体压强与流速的关系
（1）流体
液体和气体都具有流动性，统称为流体。如空气、水等。流体流动时产生的压强称作流体压强。
（2）实验探究：流体压强与流速的关系
【提出问题】流体产生的压强与流速有什么关系？
【猜想与假设】
流体流动速度越快，产生的压强越大；流体流动速度越快，产生的压强越小；流体的压强与流动速度无关。
①探究一：分不开的纸
如图所示，手握两张纸，让纸自然下垂，在两张纸中间向下吹气。
【实验现象】发现两张纸不但不分开，反而会靠拢。
【实验分析】吹气时，两张纸条内侧空气流动快，压强变小，而纸条外侧空气的流速基本不变，大气压强相对较大，存在压强差，因而有压力差，是这个压力差把两纸条压到了一起。
【实验结论】在气体中，流速越大的位置，压强越小。
②探究二：口吹硬币跳跃木块
如图所示，在离桌边20~30cm的地方放一枚铝制硬币，在硬币前10cm左右放置一个高度约2cm的木块，在硬币后放置一本与硬币厚度相当的笔记本。在硬币上方沿着与桌面平行的方向用力吹一口气，观察现象。
【实验现象】硬币会跳过木块。
【现象分析】实验中的硬币，上面只有空气与它接触。吹气时硬币向上“跳”，说明它下面空气向上的压力较大。硬币上下两面的面积相同，因此一定是下面空气向上的压强比较大。由于吹气，硬币上面的流速变大，压强变小；硬币下方空气流速小，压强大。
【实验结论】在气体中，流速越大的位置，压强越小。
【播放视频】——《口吹硬币跳跃木块》
③探究三：吹不开的乒乓球
如图所示，在盛水的浅容器中放入两个乒乓球，使两球间隔一定的距离且静止。现用一细纸管向两乒乓球中间吹气，观察现象。
【实验现象】两乒乓球会靠拢。
【实验分析】两个乒乓球向中间靠拢，说明两球内侧受到液体的压强变小，吹气前后两球外侧受到液体压强不变，球内外存在压强差，因而存在压力差，两球在压力差作用下向中间靠拢。
【实验结论】在液体中，流速越大的位置，压强越小。
【播放视频】——《吹不开的乒乓球》
④探究四：玻璃管中水柱的高度为何不同？
如图所示是一粗细不同的玻璃管，在粗细不同的位置上分别有竖直玻璃细管与其连通；让水流过玻璃管，观察现象。
【实验现象】三个竖直玻璃管中的水柱高度不相同。与粗管处连接的管子，水柱最高，与细管处连接的管子，水柱最低。
【实验分析】水平管的粗细不同，水流动时，流量是相同的，故三段水平管中水的流速是不同的，粗管中的水流速小，细管中的水流速大。水流动时，小竖管中水柱的高度不相同，根据液体的压强公式p=ρgh可知，各段水平管中水的压强不相同，粗管中水的压强大，细管中水的压强小。
【实验结论】
在液体中，流速大的位置，压强小；流速小的位置，压强大。
【播放视频】——《玻璃管中水柱的高度为何不同？》
（3）探究归纳
在气体和液体中，流速越大的位置，压强越小；流速越小的位置，压强越大。
该结论也称“伯努利原理”。是由瑞士物理学家、数学家、医学家丹尼尔•伯努利在1738年提出的。
伯努利家族，一个家族3代人中产生了8位科学家，后裔有不少于120位被人们系统地追溯过，他们在数学、科学、技术、工程乃至法律、管理、文学、艺术等方面声名显赫。
【播放视频】——《无需吸气就能将球吸入水管》
2. 用“流体压强与流速的关系”解释现象
（1）火车站台上的安全线
【提问】为什么火车站和地铁站的站台上要画一条安全线？
【分析】当火车或地铁进站时，会带动人和车之间的空气的流速加快，人外侧空气流速慢压强大，而内侧流速快压强小，会产生一个向内侧的压强差，将人推向火车，易出现危险。
（2）喷雾器的工作原理
【分析】喷雾器的小孔处比较细，当有气体流出时，空气流速快，压强小，容器里液面上方的空气压强大，液体就沿着细管上升，从管口流出后，受气流的冲击，被喷成雾状。
（3）草原犬鼠的洞穴
【提问】犬鼠的洞穴有两个出口，一个是平的，另一个则是隆起的土堆。这是为什么呢？
【分析】两个洞口的形状不同，决定了洞穴中空气流动的方向。吹过平坦表面的风速小，压强大；吹过隆起表面的风速大，压强小。因此，地面上的风吹进了犬鼠的洞穴，给犬鼠带去了习习凉风。
（4）跑车的气流偏导器
跑车车身形状和机翼类似，高速飞驰时，如果产生向上的力就会发飘，会造成行驶不稳定。
跑车在车尾安装了一种“气流偏导器”， “气流偏导器”上表面平直，下表面呈弧形向下凸，当跑车高速行驶时，流过它上方的空气速度比下方空气小。此时，上方空气压强比下方空气压强大，这样，“气流偏导器”受到一个向下的压力差，从而使车轮抓紧地面。
【例题1】某物理课外小组制作了如图所示的实验装置，打开A阀门，关闭B阀门，水流入管道，当水稳定后，a管液面高度____b管液面高度；再打开B 阀门，在水向外流的过程中，a管液面高度______b管液面高度（填“高于”、“等于”或“低于”，g=10N/kg）。
【答案】等于， 高于。
【解析】打开A阀门，关闭 B 阀门，水流入管道，a管、b管、大烧杯组成了连通器，因为连通器中装有同种液体，所以，由连通器原理知道，当水稳定后，a管液面高度等于b管液面高度。
再打开B阀门，粗管和细管中水的流量相同，细管处水的流速大、压强小，支持的水柱低；粗管处水的流速小、压强大，支持的水柱高，所以a管液面高度大于b管液面高度。
【例题2】如图所示的生活情境中，不是流体与流速物理现象的是（A）
A．热气球慢慢上升 B．向两张中间吹气
C．向漏斗快速吹气 D．列车站台禁越黄标线
【解析】A．热气球慢慢上升利用的是空气的浮力，故A符合题意；
B．当向中间吹气时，中间的空气流动速度大，压强小；纸外侧的压强不变，纸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，纸在压力差的作用下向中间靠拢，故B不符合题意；
C．对准漏斗细管口用力向下吹气，因为乒乓球上方的空气流速大，压强小，乒乓球下方的空气流速小，压强大，乒乓球受到一个竖直向上的压力差，所以乒乓球紧贴在漏斗上不下落，故D不符合题意。
D．人离高速列车比较近时，人和列车的之间的空气流速大、压强小，人外侧的压强不变，人受到向列车方向的压强差，容易被压向列车，所以，人站在高铁站的安全线以外候车，故C不符合题意；
故选A.
思考问题。
进行实验一与二，分析论证，归纳出结论：气体的压强与流速的关系。

进行实验三与四，或观看视频，分析论证，归纳出结论：液体的压强与流速的关系。


通过以上4个探究实验，归纳出结论。
能会用流体压强与流速的关系解释有关现象。
小组进行交流讨论老师所提的4个问题，代表回答，可以相互补充。
做例题1与2，会用流体压强与流速的关系解释有关现象。
学习新课 二、飞机的升力
【提问】几十吨重的飞机为什么能够腾空而起？你观察过飞机的机翼吗？它的横截面是什么形状的？
1. 飞机的升力
（1）观察思考
观察如图所示飞机的机翼截面形状。想一想，为什么机翼上部和下部的形状是不对称的？是什么将飞机“托上”天空的呢？
机翼的形状基本是上凸下平。机翼的形状对飞机的起飞起了很重要的作用。
（2）分析探究
飞机起飞前，先在跑道上跑一段距离。空气相对机翼向后运动。
因为机翼的形状是上凸下平，所以上方空气流速快，压强小，机翼上、下方存在压强差，产生压力差，形成了向上的升力。
机翼上、下表面的压强差是产生升力的原因。
如果机翼的前缘稍向上仰，跟气流的方向成一个小的仰角，则机翼上下方的压强差比机翼跟气流方向平行时还要大，所产生的升力就比较大。升力是竖直向上的，它跟飞机所受重力方向相反，当升力大于重力时，飞机上升。
（3）归纳总结
机翼的形状决定了机翼上下表面空气的流速不同，使机翼上下方产生压强差，从而产生压力差，这一压力差使飞机获得向上的升力。
【播放视频】——《飞机升力的产生》
2. 鸟类的滑翔原理
（1）鸟类的滑翔原理
【提问】鸟类展开双翅，即使不扑打，为什么也能在空中滑翔而不会跌下来？
【分析】鸟翅如同机翼，鸟翅的上方是曲面，下方近似于平面，气流通过上方的速度大于下方气流的速度。因此上方的压强小于下方的压强，产生向上的升力，所以鸟在空中滑翔不会掉下来。
（2）灰雁
生活在欧洲的灰雁，如果天气情况很恶劣时，空气流动很大，且非常不稳定，它需要降低高度以摆脱这种不利的状况。它怎样才能迅速的降低高度呢？
【分析】身体完全翻转过来，倒立飞行。
【例题3】2022年5月14日国产大飞机C919首飞试验成功（如图）。有网友兴奋地说，中国商飞将可能成为继波音和空客之后的第三大民航飞机制造者。有报道称C919最大起飞质量达77吨，如此庞然大物能飞上天，下列说法中正确的是（ B ）
A．C919不能垂直地面腾空而起，先滑行再起飞是为了让乘客充分欣赏机场景色
B．C919起飞原理是利用了流体压强与流速的关系
C．C919在高空水平飞行时机翼下方空气的流速大于机翼上方空气的流速
D．C919在长长的跑道上加速滑行再逐渐离地起飞，此过程飞机对地面的压力增大，对地面的压强也增大
【解析】ABC．C919起飞的原理是利用了流体压强与流速的关系。飞机的机翼上凸下平，飞机飞行时，在相同的时间内，经过机翼上方的空气路程长，机翼上方的空气流速快，压强小，经过机翼下方的空气路程短，下方的空气流速慢，压强大，上下表面从而产生了压力差，使飞机获得向上的升力，只有当速度足够快，升力足够大，飞机才能起飞，所以飞机不能垂直起飞，需要先滑行获得足够的速度，才能起飞，故AC错误，B正确；
D．C919在跑道上加速滑行再逐渐离地起飞，飞机受到的升力不断增加，对地面的压力不断减小，由于受力面积不变，根据压强公式p=F/S得，压强也变小，故D错误。所以选B。
思考问题，分析飞机升力产生的原因。
通过观看视频，进一步了飞机升空的原理。
了解鸟类的滑翔原理与飞机相似，提高兴趣。


做例题3，知道飞机升力产生的原因，能综合应用物理知识分析问题。
学习新课 三、拓展性实验—用传感器研究气体流速与压强的关系
【实验介绍】
如图，三节直径不同的塑料管联结在一起，然后与抽气机相通。当抽气机抽气时，在同一时间内，通过三个管子的气体总量是相同的，所以细管内气体的流速一定比粗管内气体的流速大。将三个气体压强传感器分别放入管内，将传感器与计算机相连，从计算机上就可以读出三个位置气体的压强值。
看看是不是气体流速大的地方压强小。
【实验与现象】
（1）将三个气体压强传感器探头分别插入三节管中，将传感器与电脑相连，打开抽气机抽气，观察电脑屏幕。
（2）调换抽气机的挡位，重复上述实验，记录电脑屏幕图像，如图乙所示。
【实验分析】如图所示，①、②、③三条图线分别对应粗细不同的三节管中气体压强随时间变化的情况。由图像可知，A处流速大，压强小（传感器①）， C处流速小，压强大（传感器③） 。
当调换抽气机的挡位后，图乙中的三条图线均下移，由此可判断三节管中气体的流速均增大。
【实验结论】流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大。
了解“用传感器研究气体流速与压强的关系”的方法。
课
堂
练
习
课
堂
练
习
1．如图所示，用手握着两张纸，让纸自然下垂。如果在两张纸中间向下吹气，两张纸之间的空气流速变大，压强 ，而吹气前、后两张纸外侧的大气压 ，因而两张纸分别在压力差的作用下向中间靠拢。
【答案】变小，不变。
【详解】当向两张纸的中间吹气时，中间的空气流动速度增大、气体压强减小，纸外侧的大气压强不变，纸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，所以纸在压力差的作用下向中间靠拢，说明气体流速越大的地方压强越小。
2. 如图，小红手撑雨伞走在路上，一阵大风吹来，伞面被“吸”，将发生严重变形。下列判断推理及其解释，正确的是（ ）
A．伞面被向下“吸”，伞上方的空气流速小于下方
B．伞面被向下“吸”，伞上方的空气流速大于下方
C．伞面被向上“吸”，伞上方的空气流速大于下方
D．伞面被向上“吸”，伞上方的空气流速小于下方
【答案】C。
【详解】由图知，相同时间内，空气通过伞上方的路程大于伞下方的路程，所以伞上方的空气流速大于下方，根据流体的流速越大、压强越小，伞下方的压强大于上方的压强，伞在向上压强差的作用下被吸向上方，故ABD错误，C正确。
3．下列现象能用流体压强与流速的关系来解释的是（ ）
①如图甲所示向两张纸中间吹气，纸张向中间靠拢
②如图乙所示装有液体的玻璃管，底部和侧壁的橡皮膜往外凸起
③如图丙所示地铁站台边，人必须站在安全黄线以外的区域候车
④如图丁所示飞机升力的产生原因
A．①② B．①④ C．③④ D．①③④
【答案】D.
【详解】①对两张平行的纸吹气，两纸间的空气流速大压强小，而两纸的外部空气流速小压强大，两纸受到向内的压力差，所以两张纸被压到一起，能用流体压强与流速的关系来解释，故①符合题意；
②装有液体的玻璃管，底部和侧壁的橡皮膜往外凸起，是因液体对容器底和侧壁有压强，不能用流体压强与流速的关系来解释，②不符合题意；
③当列车驶进站台时，会带动人和车之间的空气流动速度加快，压强小，此时人外侧的空气流动速度慢，压强大，会产生一个向内侧的压强差，将人推向火车，易出现危险，能用流体压强与流速的关系来解释，故③符合题意；
④相等的时间内，空气经过机翼上面的路程大于下面的路程，则机翼上面的空气流速大于下面的流速，所以机翼上面的压强小于下面的压强，产生一个向上压强差，出现一个向上压力差，就是机翼向上的升力，故④符合题意。
故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。
4. 如图所示，用弹簧测力计挂上飞机机翼模型,再用电风扇对着机翼模型吹风。因为在流体中，流速越大的位置，压强_____(选填“越大”、“越小”或“不变”)，所以增大风速，弹簧测力计示数会_____(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】越小，减小。
【解析】在流体中，流速越大的位置，压强越小。飞机机翼模型上凸下平，增大风速时，会产生一个向上的升力，所以弹簧测力计示数会减小。
5. 某兴趣小组利用生活中常见的物品做了一个非常有趣的实验，将吹风机对准三个相同的水平通道左端口向下吹风，在通道右端口处同时放置相同规格的乒乓球，某时刻乒乓球处于如图所示的位置。下列说法合理的是（ ）
A．此实验原理与高压锅工作原理相同
B．三个通道的左端口处，c 处压强最小
C．增大吹风机的风速，乒乓球向左移动更明显
D．若通道变宽，乒乓球向左移动更明显。
【答案】C.
【解析】A．根据图片可知，当左端有风吹过时，气体流速大压强小，于是三个小球在大气压强的作用下被推向左端，而高压锅的工作原理为液体沸点随气压的变化规律，故A错误；
B．c处小球运动的距离最短，则说明c处的小球受到的推力最小，即c处压强最大，故B错误；
C．增大吹风机的风速，则左端气体压强更小，那么乒乓球受到的推力更大，则向左运动更明显，故C正确；
D．乒乓球移动的距离只与左右两端的气压差大小有关，而和通道的宽窄没有关系，故D错误。所以选C.
6. 如图，甲装置中A、B、C三节直径不同的塑料管连接在一起，左端连抽气泵。传感器1、2、3与电脑相连，可显示出管中气体压强随时间变化的图像。如图乙是抽气泵在两个不同挡位抽气时得到的图像。下列说法中正确的是（ ）

A．抽气时A、B、C三节管内气体流速相同
B．第15s时，C管内气体流速大于A管内气体流速
C．由图像推测抽气泵换挡时间大约是在第15s
D．换挡后B管内气体流速比换挡前大
【答案】D
【详解】A．抽气时，C管的横截面积最大，A管的横截面积最小，所以A管气体流速最大，C管气体流速最小，故A错误；
B．由图可知，在第15s时，③处的压强最大，①处的压强最小，则C管内气体压强大于A管内气体压强，气体流速越大的地方压强越小，C管内气体流速小于A管内气体流速，故B错误；
C．由图可知，抽气泵换挡时间大约是在第25s，故C错误；
D．换挡后B管内气体的压强变小了，气体流速越小的地方压强越大，所以流速比换挡前变大，故D正确。
故选D。
7．我国具有完全自主知识产权的新一代大型客机C919在上海浦东国际机场首飞，这标志着中华民族百年的“大飞机梦”取得了历史性突破。
（1）如图乙所示，飞机的机翼做成上凸下平的形状，飞机飞行时，机翼上方气流比下方气流的流速大，下方空气的压强 （填“大于”“等于”或“小于”）上方空气的压强，从而使机翼获得了向上的升力；为了缩短飞机起飞或着陆的滑行距离，最好
（填“顺风”或“逆风”）起飞。
（2）在C919客机加速上升的过程中，机舱外的大气压 （填“变大”“变小”或“不变”），机舱内先进的“呼吸系统”，使飞机在气压只有2.5×104 Pa左右的万米高空时，机舱内气压达到8.0×104 Pa , 机体1 m2面积上承受内、外气压的压力差约为 N。
【答案】（1）大于，逆风；（2）变小，5.5×104。
【详解】（1）等质量的空气在相同的时间内同时通过机翼的上表面和下表面，由于飞机的机翼上凸下平，飞机飞行时，由于上表面弯曲，所以机翼上方的气流流速就大于机翼前方的气流流速；而下表面平直，因此机翼下方的气流流速大致等于前方的气流流速，从而可以知道，机翼下方的气流流速就小于机翼上方的气流流速，所以机翼上方的压强小于机翼下方的压强，这样就产生了作用在机翼上的向上的升力；
飞机逆风起飞时，上下面的压强差较大，产生向上的升力较大，为了缩短飞机起飞或着陆的滑行距离，最好逆风起飞；
（2）由于大气压随高度的升高而降低，故在C919客机加速上升的过程中，机舱外的大气压变小；
机体1 m2面积上承受内、外气压的压力差为
ΔF=ΔpS=(8.0×104Pa-2.5×104Pa)×1m2=5.5×104N。
8. 读下面的短文，并回答问题：
我们已经知道静止液体内部压强的规律，那么流动着的液体的压强大小又有什么规律呢？我们可以通过下面的实验来研究这个问题。打开水龙头，使自来水流过图甲所示的水平玻璃管，可以看到A、B处竖直玻璃管中的液面高度不同，这说明A、B处水平管中水的压强不相同。
（1）根据上面的实验现象可知， （选填“A”或“B”）处水的压强小，其依据的物理原理是 。
（2）根据你得到的“流动液体压强大小与流速的关系”解释下面的现象：如图乙所示，两艘并排的船在航行时常常会不由自主的碰在一起，其原因是什么？
【答案】（1）B，p=ρgh；（2）两船之间的水流速度大，压强小，两船外侧水流速度小，压强大，形成向里的压力差，使两船相互靠拢.
【详解】（1）AB两处水的压强等于它所支撑的水柱产生的压强。由题意知，B处水柱的高度低于A处，根据液体压强的计算公式p=ρgh可知，B处的压强小于A处的压强。
（2）由图可知，两船内侧的水流速度大，外侧的水流速小，根据流体压强与流速的关系可知：两船内侧的水的压强小于两船外侧水的压强，在这个压强差的作用下，两船会向中间靠拢，容易出现相撞的情形。
课
堂
小
结
第4节 流体压强与流速的关系
板
书
设
计
第4节 流体压强与流速的关系
1. 流体：液体和气体，统称为流体。
2. 流体压强与流速的关系
（1）液体流动时，在流速大的地方，压强小；在流速小的地方压强大。
（2）气体流动时，在流速大的地方，压强小；在流速小的地方压强大。
3. 飞机升力的产生：
（1）机翼的结构特点：下平上凸。
（2）机翼升力的产生：机翼上下表明存在压强差，从而形成向上的升力。
作 业