四、流体压强与流速的关系
整体设计
本节内容是在学习了液体压强和气体压强知识的基础上,了解液体压强、气体压强与流速的关系,它是第一单元的结束,也是液体压强和气体压强在实际生产生活中的应用。
教材内容分为两大部分:实验探究流体压强与流速的关系、飞机的升力是如何产生的。通过想想做做引入课题,经过探究实验得到流体压强与流速的关系,再利用手工制作的飞机机翼模型探究飞机的升力是如何产生的,也就是结论在生活中的应用。
可以采用比赛的方法进行想想做做中的活动,教师也要参与其中,并为学生提供成功的演示,激发学生兴趣。帮助学生分析现象,引出探究的问题。
实验探究较简单,可为学生提供充足的随手而来的器材,完全放手给学生。在学生得到气体压强与流速的关系后,通过演示,将结论延伸到液体中,从而认识到气体和液体共有的规律。现实生活中的相关现象和应用,学生可能想不到,可以练习的形式给出,让学生去分析。飞机升力的获得也是探究实验结论的应用。机翼模型的制作可留作课下作业,制作竹蜻蜓或飞去来器,学生更感兴趣。流体压强与流速关系在球类运动中应用广泛,如果时间充足,学生接受能力较高的话可作适当解释。
教学过程力求气氛宽松,师生交互活动融洽,让学生通过有趣的活动,在中学到知识。
教学重点:通过探究得到流体压强与流速的关系并解释相关的现象。
教学难点:利用流体压强与流速的关系分析生活中的实例。
课时安排:1课时。
三维目标
知识与技能
1.了解流体的压强与流速的关系;
2.了解飞机的升力是怎样产生的;
3.了解生活中跟流体的压强与流速相关的现象。
过程与方法
1.通过实验探究,初步了解流体的压强与流速的关系;
2.体验由气体压强差异产生的力。
情感态度与价值观
初步领略流体压强差异所产生现象的奥妙,获得对科学的热爱、亲近感。
课前准备
教师:多媒体课件、一角硬币、直尺、飞机模型、流体压强与流速的关系演示器、竹蜻蜓、飞去来器
学生:两个乒乓球、细线、蜡烛、火柴、两根塑料吸管、盛有水的水槽、两只小纸船、两张纸、机翼模型
教学设计
[导入新课]
学校的越野赛快要举行了,为我们班级争荣誉的时候快到了。赢得越野赛,肺活量非常关键。今天我们就举行一次比赛,比比谁的肺活量大,能
比赛设计:将一枚一角硬币放在离桌边5 cm处,在硬币前10 cm处用直尺架高约2 cm
比赛规则:使嘴巴靠在桌边,沿着与桌面平行的方向吹气(不准吹硬币),使硬币翻越直尺。每人两次机会,使硬币成功翻越直尺或是硬币得最高者获胜。

奖励办法:获胜者奖励飞机模型一个,失败者回答下面问题。
问题:1.力有哪些作用效果?
2.硬币一_______________发生了改变,这是因为硬币受到的_______________改变了,这可能是由于硬币上下表面受到的_______________改变的原因造成的。
3.吹气,加快了硬币_______________(回答上方或下方)空气的流动速度。
学生活动:思考回答。改变物体的形状和运动状态;运动状态;力;大气压强(压力);上方。
同学们作出了大胆回答,这就是我们要学习的第四节流体压强与流速的关系。
(教学说明:教师也要参与到比赛中来,并且要尽量一次成功,这样效果最好。以比赛的方式引入新课,学生积极性高,特别是教师的参与,拉近了师生之间的距离,更容易激发学生学习的愿望,便于教学双边活动的开展。奖品飞机模型是为了在后面观察机翼形状的。如果学生对问题的回答比较困难的话,教师可帮助学生注意,空气与硬币直接接触,上下表面受到大气压强的作用。)
[推进新课]
一、流体压强跟流速的关系
我们知道,气体和液体都具有流动性,所以我们说它们都是流体。通过刚才的比赛,我们已经猜到流体压强与流速有关系,那会有什么关系呢?
1)提出问题:流体压强与流速有什么关系?
2)猜想假设:流速越大,流体的压强越大;流速越小,流体的压强越小。
3)制定计划与设计实验:利用提供的两个乒乓球、细线、蜡烛、火柴、两根塑料吸管、盛有水的水槽、两只小纸船、两张纸等器材,自主探究。
4)进行实验与收集证据:学生利用各自小组中拥有的器材实验,每组至少采用两种方法。
实验方案一:用细线将两个乒乓球吊起,向两球中间吹气,发现两球靠拢。
实验方案二:点燃蜡烛,用吸管在烛焰一侧吹,发现烛焰向有吸管的一侧倾斜。
实验方案三:将两根塑料吸管口对口成直角,一根竖直插入水中,向另一根中快速吹气,发现竖直管中的水面上升,甚至在两管靠近的一端喷出。
实验方案四:手握两张纸,让纸自然下垂。在两纸中间向下吹气,发现两纸靠拢。如图所示。
5)得出结论:在气体中,流速越大的位置压强越小。
6)交流评估:各小组把实验方法、看到的现象和得到的结论说出来进行交流。
(教学说明:提倡使用身边的物体进行实验,也可以采用其他方法。小组之间可以放置不同的器材,进行不同的实验,最后交流各自的实验方法和现象,促进小组之间的合作。
展示左下图中流体压强与流速的关系演示器。

问题:1.当阀门甲、乙都关闭时,这是什么装置?它有什么特点?
2.同一水平面上的ABC三点的压强有什么关系?为什么?
学生活动:回忆知识并回答。这是连通器,三个竖直管中的液面都相平。因为同一水平面上的ABC三点的深度都相同,所以压强都相等。
打开阀门,使装置中的水流动。
问题:1.三个竖直管中的液面还相平吗?
2.同一水平面上的ABC三点的压强有什么关系?
3.ABC三处的水流速度相同吗?有什么关系?
4.通过现象,你能得出什么结论?
学生活动:观察现象,并回答。三个竖直管中的液面不再相平,依次降低。同一水平面上的ABC三点的深度发生了变化,压强依次减小。由于ABC三段的管子依次变细,所以三处的水流速依次增大。如上图所示。
结论:在液体中,流速越大的位置压强越小。
总结:在气体和液体中,流速越大的位置压强越小。
[即学即练]
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黄色的安全线,乘客必须站在安全线以外的地方候车,这是为什么?
2.狂风发作时,经常会揭起屋顶的瓦片,这是为什么?
3.夏季我们经常把门窗打开,过堂风让我们凉爽不已。可是风却经常把门给关上,你能解释这个现象吗?
4.1912年秋季的某一天,当时世界上最大的远洋海轮——“奥林匹克号正航行在大海上。在离奥林匹克号”100米远的地方,有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰豪克号与它平行疾驶着。这时却发生了一件意外事情:小船好像被大船吸过去似的,完全失控,一个劲儿地向奥林匹克号冲去,如图所示。小船怎么会被大船过去呢?
答案:
1.当列车经过时,高速行驶的列车带动周围的空气流动,靠近列车的空气流速大,压强小,如果人站得太近的话,会被后方较大的压强推向列车,造成事故。
2.狂风发作时,屋顶上方经过的空气流速大,压强小,瓦下方室内的气压大,将瓦块掀起。
3.夏季我们经常把门窗打开,过堂风流速大,压强小,门后较大的压强将门推过来,使门关上。
4.两船平行行驶,海水相对船体向后流动,流经两船之间的水流速度大,压强小,两侧较大的水压将两船推向中间,使船相撞。
二、飞机的升力

问题:我们经常在电视上看到飞机起飞的片断。可是,沉重的飞机并不是像鸟一样扇动翅膀飞行的,它的翅膀不能扇动,是什么原因使飞机飞起来的呢?
学生活动:利用刚刚所学,发表意见。飞机上方的空气流速大一些,压强小一些;下方的空气流速小一些,压强大一些,这样飞机就飞起来了。
同学们想得非常好,相信放在一百年前,你们能赶在莱特兄弟之前发明飞机。
问题:请刚才比赛获胜的同学向大家展示飞机的机翼,同学们观察机翼的形状,有什么特点?
学生活动:仔细观察,讨论。从上面看,机翼是梯形的。从侧面看,机翼的上表面是凸起的流线型,下表面几乎是平的。
问题:难道,正是机翼的这种形状实现了飞机上升的梦想?
学生活动:利用机翼模型探究机翼上升与流速的关系。
(教学说明:为节省时间,可为学生准备好现成的机翼模型。手工制所可以留作课后作业制作其他模型,比如竹蜻蜓、飞去来器等)
探究后,教师给出解释:飞机飞行时,空气相对于飞机向后流动。气流被机翼分成上下两部分,在相同的时间内,机翼上方的气流通过的路程较下方的气流通过的路程长,因此流速较大,对机翼的压强较小,机翼上下表面受到的压强差使飞机受到了向上的升力。
(教学说明:对此分析,学生较难理解,分析由教师进行。)
生活中还有许多这方面的应用。
展示赛车尾翼,如右图。
问题:请同学观察赛车尾翼的形状,考虑它起什么作用?
学生活动:仔细观察,讨论。赛车尾翼与飞机机翼是相反的,这样可以使尾翼上方受到的压强大于下方受到的压强,压强差把赛车牢牢的压在地面上,增大摩擦力,防止赛车打滑。
[课堂小结]
由于液体和气体都具有流动性,它们的压强还有一些相同的特点,比如在液体和气体中向各个方向都有压强等等。我们还知道液体和气体的压强还与流速有关:流速越大的位置压强越小,流速越小的位置压强越大,正是应用了这个规律,飞机才获得了向上的升力,飞向了天空。我们大家掌握了科学知识以后,也能够飞向我们的理想,实现我们的人生目标。
[布置作业]
1.汽车行驶的速度非常快,经常卷起路面上的尘土落叶(如右图),请你观察,被卷起的落叶的运动轨迹,并尝试解释你所观察到的现象。
2.感兴趣的同学利用学习到的流体压强与流速关系的知识和飞机机翼的形状,参考课外资料,制作一个竹蜻蜓飞去来器,如图所示。

板书设计
四、流体压强与流速的关系
流体压强与流速的关系流速越大的位置压强越大飞机获得升力

设计点评
本节课是通过师生之间的比赛开始的,掌握了规律和技巧的老师赢得比赛是十分轻松的事情,但是也有部分自学了教材内容的学生做得非常好。通过这一活动,在课堂一开始就为学生创设了宽松的课堂气氛,学生的思路放开了,探究实验更到位了,同时也促进了学生预习的意识。
这一节的知识内容就是伯努利原理:气体和液体中,流速越大的位置压强越小。虽然简单,但是在生活中的现象和应用却十分广泛。课程标准要求通过实验探究,初步了解流体压强与流速的关系。教师设计了探究活动,并且完全放手给学生,使学生经历了探究实验的几个主要环节,并得到了结论,完成了教学目标。
本节课的实验都非常简单,器材来自于身边的不起眼的小东西,表达了利用身边的普通东西也能完成物理规律和真理的发现、验证的思想。原来,精深的物理规律就在身边,离我们普通人也很近。
活动与探究
1.漏斗吹球实验
步骤一:将漏斗口朝上,然后把乒乓球放进漏斗,乒乓球静止不动。通过细口吹气,球不出。吹得越快,球越不出。
步骤二:将漏斗口朝下,把乒乓球放在漏斗中用手指顶住,通过细口吹气,同时移开手指,球不掉。如图所示。
分析:球靠近大口一侧的空气流速小,压强大,靠近细口一侧的空气流速大,压强小,压强差将球压在漏斗内。
也可以采用塑料吸管吹豆粒的方法。
2.乒乓球蹦杯实验
将两只酒杯并排放置,把一个乒乓球放到其中一只酒杯中,在另一只酒杯中通过塑料吸管向球上方吹气,使乒乓球跳入另一只酒杯中,如图所示。
分析:通过塑料吸管吹气,乒乓球右上方空气流动加快,压强减小,压强差将乒乓球推到另一只酒杯中。
参考资料

1.流体压强与流速的关系在体育运动中的应用
1)香蕉球
在精彩的足球比赛中,经常会看到射手在远离球门的地方起脚,足球飞向球门。守门员向着球的方向高高跃起,而足球却划过一条优美的弧线,应声落网。为什么足球的运动方向发生了改变?
原来,运动员并不是拔脚踢中足球的中心,而是稍稍偏向一侧,同时用脚背摩擦足球,使球在空气中前进的同时还不断地旋转。这时,一方面空气迎着球向后流动,另一方面,由于空气与球之间的摩擦,球周围的空气又会被带着一起旋转。如图所示,球逆时针旋转着向前飞行,同时,球周围的空气被带着一起逆时针旋转,这样在球的左侧,空气旋转的方向与气流方向一致,空气流速大,压强小;而另一侧,空气旋转的方向与气流方向相反,空气流速小,压强大,这样球受到向左的压强差,于是球就向左偏。同理,当向前飞行的球顺时针旋转时,球将受到向右的压强差,于是球就向右偏。
2)上旋球和下旋球
在世界级的乒乓球比赛中,经常能看到中国运动员的身影。那丁点的小球快速凶狠的携裹着强劲的力量和速度杀向对方。这里面也有流体压强与流速关系的应用。
乒乓球在向前飞行时,如果是上旋(从侧面看是逆时针旋转),球周围的空气被带动着一起逆时针旋转,同时气流在向后流动。这样,球的上方空气旋转方向与气流方向相反,空气流速小,压强大;而球的下方情况正好相反,空气流速大,压强小,向下的压强差使球向下偏,比不旋时提前落在台面上,这就是上旋球。反之,当乒乓球下旋时,受到向上的压强差,比不旋时较晚落到台面上,这就是下旋球,如图所示。其实,上旋球下旋球就是用乒乓球拍打出的香蕉球,在网球运动中也有应用。
2.汽车导流板和扰流板
现在的轿车时速经常达到甚至超过一百公里,在这样大的速度下,由于轿车外形是上凸的,空气会对轿车产生向上的压强差,形成升力,减少了车轮与地面的附着力,使车子发飘,稳定性降低。
为了减少轿车在高速行驶时产生的升力,设计师除了将车子设计成向前下方倾斜,改短尾部以外,还在前保险杠下方装上了向下倾斜的导流板,在行李箱盖后端
装上了像鸭尾似的扰流板,如图所示。

导流板一般与车身前裙边连成一体,中间开有合适的进风口加大气流度,减低车底气压。扰流板的作用主要是为了减少车辆尾部的升力。利用扰流板的倾斜程度,可以使风力直接产生向下的压力。但是,这样必然会增大风阻,所以扰流板一般都装在高级轿车或运动型汽车上。有些汽车在后车窗顶盖处安装扰流板,这样不仅可以将后部的升力降低,也可以引导气流清除后窗尘土,改善汽车后视野。