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第十章1在流体中运动2认识浮力

发布时间:2014-01-04 16:47:47  

第十章流体的压强

1在流体中运动2认识浮力

(一)流体压强与流速

1. 流体:液体和气体有很强的流动性,统称为流体。

2. 流体压强与流速的关系:

(1)伯努利原理:流体在流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。

(2)伯努利原理对流动的气体和液体都适用。

(3)应用:飞机的升力、鸟的升力、在海洋中,企鹅、海豚、鳐鱼、深水飞机。

生活现象

①把乒乓球放置于漏斗中间,一个朝上,一个朝下,往漏斗里吹气。球不会被吹走,球也不会掉下来,

②火车站台都有一条安全线,火车行驶时严禁人们进入安全线以内的区域。

③将两只折好的小船,放入脸盆内,然后用矿泉瓶当作水管向船中间的水域冲水,分开的小船靠在了一起。

④对着两张自然下垂平行拿着的纸向中间吹气,纸将向中间靠扰。

(二)飞机的升力原理

(1)飞机

飞机能够升空,与机翼的形状有关系。根据气体压强与流速的关系,为了使飞机受到向上的升力,人们把机翼做成类似飞翔的鸟的翅膀形状;向上凸起。当气流迎面吹来时,由于相同的时间内机翼上方气流要经过的路程大于机翼下方气流经过的路程,因此下方气流速度小,压强大;上方气流速度大,压强小。机翼的上下表面受到了不平衡的力的作用,向上的压力大于向下的压力,形成向上的压力差,因此受到的合力是向上的,这就是向上的升力。

(2)直升机:

直升机与一般飞机不同,它是一种以旋翼作为主要升力来源、能垂直起落航空器。发动机产生的动力靠传动系统传给旋翼和尾桨,旋翼是产生升力的部件,旋翼旋转时,将空气往下推(这好比:电风扇叶片将空气往前送、轮船的螺旋桨转动时将水往后推一样),对空气产生一个向下的推力,由于力的作用是相互的,被往下推的空气反过来对旋翼产生一个向上的反作用力——升力,当升力的大小等于直升飞机的重力时,直升飞机就可以匀速向上飞行;当升力的大小超过直升飞机的重力时,直升飞机便可以向上作加速运动。

(三)什么是浮力

1. 浮力:一切浸入液体的物体,都受到液体对它竖直向上的力,这个力叫浮力。

注意:(1)方向总是竖直向上的。(2)一切浸入液体的物体,都受到液体对它竖直向上的浮力,特别注意在液体中上浮、下沉的物体都受到浮力的作用。

演示实验:将一段线两端分别固定在乒乓球和大烧杯的底部,将水注入大烧杯,直到将乒乓球浸没,观察线被在竖直方向拉直。将大烧杯的一端垫高,发现红毛线仍旧被在竖直方向拉直。此实验说明浮力的方向总是竖直向上。

2. 浮力的测量:先用弹簧测力计在空气中测出物重力G,再用弹簧测力计测出物在液体中示数F拉,弹簧测力计两次示数的差就是物浸在液体中所受浮力大小,即F浮=G-F拉

(四)浮力的产生原因:(浮力的施力物体是液体)

浮力的产生是由于物体上下表面浸入液体深度不同而存在压力差,即F浮=F下表面 -F上表面

【典型例题】

例1. 在火车站和地铁的站台上,通常有一条白色的直线(安全线),列车进站时,乘务员总是要求乘客们站在划定的安全线之外,为什么?

解答:列车靠站台前,行驶的列车带动周围的空气流动,流动的空气压强变小,与列车附近的空气形成指向列车的压强差,候车的乘客如果站在安全线内,这一压强差就有可能将人推向行驶的列车,导致安全事故。

例2. 下列物体在运动中,能用伯努利原理解释的是( )

(1)氢气球升上天空 (2)蜜蜂在空中飞舞

(3)老鹰在空中飞翔 (4)飞机在空中航行

(5)宇宙飞船在太空中航行 A. (1)(3)(4) B. (2)(3)(4) C. (3)(4) D. (4)(5)

解析:题中列举的几个运动的物体中,氢气球形状为球形上下表面的空气流速相同,没有压强差,它的升空与伯努利原理无关;蜜蜂在空中飞舞,它的翅膀上下移动的过程中,用力拍打空气,根据力的相互作用性,空气向上推翅膀,它的飞舞也与伯努利原理无关;宇宙飞船在太空中运动,没有流体物质的存在,所以飞船在太空中根本不存在流体压强,飞机两翼与鹰的翅膀有相同类型的仿生结构,它们在空中运动时会使空气的流速不同而受到流体的压强不同,可用伯努利原理解释。

例3. 某海滨浴场,水底布满石子,在海水中游泳的人,由深水处不断趋向浅水的过程中脚会觉得越来越痛,这是因为( )

A. 人的重力越来越大 B. 水底的支持力越来越大

C. 人所受的浮力越来越大 D. 人所受的重力、浮力、支持力的合力越来越大 解析:从力的作用效果理解,脚痛的感受来源于河底石头对脚的力的作用,人体处在水中,受到有三个力的作用:重力、浮力和水底石头的支持力,人体从深水里走向浅水的过程中,人体水的浮力和水底支持力的合力与人体的重力平衡,人体的重力不变,人体所受水的浮力减小,则脚所受的水底支持力会随之增大,故选B正确。

例4. 以下说法中错误的是( )

A. 在海滨游泳的人受到海水对他的浮力 B. 在空中漂浮的氢气球受到空气对它的浮力

C.在水中升起的木块受到浮力 D. 将一石块扔到水中,在其下沉过程中不受浮力 解析:只要物体浸在液体或气体里,都会受到向上的浮力。

例5、用双手将一张纸靠在嘴唇下,另一端自然下垂,沿纸的上方水平吹气,手中的纸条会上飘,请解释其原因。

分析:由于吹气时,纸片上方空气的流速大,压强变小,下方较大的压强将纸片"举"起来了。如果吹出的气越快,纸条会向上飘得越高。再次说明气流越快压强则越小。

例6. 飓风吹过房屋时往往将屋顶掀开而毁坏房屋,这是为什么?

解答:风是空气流动形成的,刮大风时,关闭的房屋屋顶内外空气压强不同,房内空气对房顶下表面的压强是静止的大气压强,大风沿房顶的高速气流绕过屋顶时,流体形成的压强小于房内大气压强,结果在房屋的屋顶内外形成压强差,方向自内向外,对房顶产生向上的掀力将房顶或房顶上的瓦片掀开,毁坏房屋。

例7. 金鱼缸中,从鱼口中吐出的气泡,在水中上升的过程中气泡所受的浮力将( )

A. 保持不变 B. 逐渐增大 C. 逐渐变小 D. 无法判断

解析:从图片中观察,气泡在上升的过程中,所处的位置逐渐变浅,气泡受到水的压强越来越小,因此,气泡的体积会不断变大。根据浮力的相关因素(物体排开液体的体积和液体的密度)可以断定,气泡排开水的体积变大,浮力将随之逐渐增大。

例8 运动型轿车和跑车的尾部设计安装了一种“气流偏导器”(扰流板),它的上表面平直,底部呈弧形凸起,相当于一个倒置的翅膀,这主要是让车在高速行驶时,车轮能较好的抓住地面,试解释其中的奥秘。

解答:由于气流偏导器上表面平直,下表面弧形凸起,所以当跑车高速行驶时,流过偏导器上方空气的速度缓慢,压强较大,而流过下方的空气流动较快,压强较小,这样,偏导器上下方压强产生的压力差形成一个向下的力,从而增加跑车在高速行驶的过程中对地面的压力,起到增加摩擦力的作用,达到提高车轮的着地性能的目的。

例5图 例6图 例7图

【模拟试题】

一. 填空题: 1. 弹簧秤下挂一个体积为200厘米3的金属球(金属的密度是8×103千克/米3),弹簧秤的示数为 。将球的一半浸入水中,球受到浮力 牛,此时,弹簧秤的示数为 牛。若将球放入水银中,当球静止时所受浮力为 牛。

2. 有一个实心物体,为了测量构成它的物质的密度,将它挂在弹簧秤下,弹簧秤的示数为19.6牛,将它没入水中称,弹簧秤的示数为14.7牛,此物体的体积是米3,质量是 千克,由此可知其密度是 。

3. 深水飞机不断在海洋中前进的过程中能实现下潜,深水飞机的两翼的结构特点为在两翼上端的流体压强比下端的流体的压强 。(填“大”或“小”)

4. 弹簧秤下挂着铁块,将铁块慢慢浸入水中,发现在铁块由接触水面至浸没过程中,弹簧秤的示数逐渐变小,由此可得铁块所受的浮力逐渐 。说明了浸在液体中的物体所受的浮力与排开的液体的 有关。

5.在火车站和地铁站台上,都画有一条安全线,当火车快速开过时,人越过这条线就会有危险.这是因为,火车开动时,靠近火车的地方气体___流速大__,压强___小__,离站台远的地方气体___流速小__,压强___大__,强大的气流会将人推向火车。

6.有些跑车在车尾安装了一种“气流偏导器”,如图所示,由于“气流偏导器”上表面平直,下表面呈弧形凸起,当跑车高速行驶时,流过它上方

的空气速度比下方空气速度 (选填“大或小”),此时,

上方空气压强比下方空气压强 (选填“大或小”),

这样,“气流偏导器”受到一个向 (选填“上或下”)的压力差,从而使车轮抓紧地面。

二. 选择题:(有几个答案就选几个)

1. 密度为0.6克/厘米3的实心木块分别投入水中和酒精中,则木块在水中所处的状态为( ),在酒精中所处的状态为( ),木块在水中浸入的体积比它在酒精中浸入的体积( )

A. 下沉 B. 上浮 C. 漂浮 D. 大 E. 小

2. 在同一个河流中,河道有宽有窄,下列认识中正确的是( )

A. 河道窄的地方河水流速慢,压强小。 B. 河道窄的地方河水流速快,压强大。

C. 河道窄的地方河水流速快,压强小。 D. 河道窄的地方河水流速慢,压强大。

3. 浸没在水中的乒乓球,放手后从运动到静止的过程中,其浮力大小变化情况( )

A. 浮力不断变大,但小于重力 B. 浮力不变,但浮力大于重力

C. 浮力先大于重力后小于重力

D.浮力先不变,后变小,且始终大于重力直至静止时,浮力才等于重力

4.你是否有这样的经历:撑一把雨伞行走在雨中,如图所示,一阵大风吹来,伞面可能被“吸”,严重变形。下列有关这一现象及其解释,正确的是 ( )

A.伞面被向下“吸”

B.伞上方的空气流速大于下方

C.伞上方的空气流速等于下方

D.伞上方的空气流速小于下方

三. 简答题:

1、草原犬鼠是大草原常见的小动物,它挖的洞有两个洞口,一些洞

口比较平整,一些洞口由圆锥形土堆围成,这样的结构能改进洞内的通风情况。为什么?

2、轮船为什么会相互吸引?

别莱利曼著的《趣味物理学》己述了这样一件事情:

1912年秋天,远洋货轮“奥林匹克”号在大海上航行着,同时在离它100m远的地方,有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号几乎跟它平行地疾驰着。当两艘船到了如图7-14所示的位置时,发生了一起意外的事情:小船好像是服从着一种不可见的力量,竟扭转船头朝着大船,并且不服从舵手操纵,几乎笔直地向大船冲来。“豪克”号的船头撞在“奥林匹克”号的船舷上,以致“豪克”号把“奥林匹克”号的船舷撞了一个大洞。

请同学们用我们学习到的知识解释这一事故发生的原因。

【试题部分答案】

三. 简答题

1、答:当风从地面吹过时,有土堆的洞口上空气流速大,压强小,平洞口上空气流速小,压强大,于是在两洞口形成压强差,空气就由平洞口进入洞内,从有土堆的洞口流出,在洞内形成风,这样就改善了洞内的通风情况。

2.答:当两艘船平行航行时,在它们的船舷中间就好像有一条沟。在普通的沟里,沟壁不动,水在动:这里正相反,是水不动而沟壁在动.在这条能动的沟的狭窄部分,由于水相对船的流速较大,使得两艘船的相对两侧受到的压力比两船外侧部分受到的压力小,从而使两船相

向运动,发生撞船事故。

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