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第十章 流體的力現象
一、復習目標
1. 在流體中運動
2. 認識浮力
二. 重點、難點：
1. 知道流體的壓強與流速的關系
2. 了解飛機的升力是怎樣產生的
3. 通過觀察認識浮力的存在
4. 學會用彈簧測力計測量浮力的大小
三. 知識點分析：
鳥兒能在天空中翱翔，依據鳥的原理而設計的滑翔機大家聽說過嗎？你知道第一個設計滑翔機的人是誰嗎？在1891年，德國的奧托?李林達爾模仿仙鶴的翅膀形狀，設計和制造了第一架滑翔機，實現了飛行的夢想，鳥翼向上運動，肯定是有一個力作用在它上面了，而這個力呢，由于它有提升物體的作用，所以我們把它叫做“升力”
這個升力是怎樣產生的呢？讓我們來追溯一下歷史：早在1738年，伯努利就發現了流體壓強與流速的關系，這不僅解開了鳥兒在天空翱翔的奧秘，也成了人類打開空中旅行大門的鑰匙。
（一）流體壓強與流速的關系
1. 流體：液體和氣體有很強的流動性，統稱為流體。
2. 流體壓強與流速的關系：
實驗探究：作如下幾個實驗，（1）把一紙條放在嘴邊，用力從紙條上方吹氣，會看到紙條飄起來。說明紙條上方的壓強比下方小；紙條上方的流速大、壓強卻小。（2）在硬幣上方沿著與桌面平行的方向用力吹一口氣，硬幣就可以跳起來。（3）在兩張紙的中間向下吹氣，兩張紙將靠在一起。
以上幾個實驗現象的產生原因，我們可以得到結論：
（1）流體在流速大的地方壓強小，流速小的地方壓強大，這個規律叫伯努利原理。伯努利原理對流動的氣體和液體都適用。
（2）應用：如飛機的升力、鳥的升力、在海洋中，企鵝、海豚、鰩魚、深水飛機。

（二）飛機的升力原理
（1）笨重的飛機能夠升空，與機翼的形狀有關系。根據氣體壓強與流速的關系，為了使飛機受到向上的升力，人們把機翼做成類似飛翔的鳥的翅膀形狀；向上凸起。
當氣流迎面吹來時，由于相同的時間內機翼上方氣流要經過的路程大于機翼下方氣流經過的路程，因此下方氣流速度小，壓強大；上方氣流速度大，壓強小。機翼的上下表面受到了不平衡的力的作用，向上的壓力大于向下的壓力，形成向上的壓力差，因此受到的合力是向上的，這就是向上的升力。

（2）再來說一下直升機：
直升機與一般飛機不同，它是一種以旋翼作為主要升力來源、能垂直起落、重于空氣的航空器。它主要由旋翼、尾槳、動力裝置、等部分組成。
發動機產生的動力靠傳動系統傳給旋翼和尾槳，旋翼是產生升力的部件，旋翼旋轉時，將空氣往下推（這好比：電風扇葉片將空氣往前送、輪船的螺旋槳轉動時將水往后推一樣），對空氣產生一個向下的推力，由于力的作用是相互的，被往下推的空氣反過來對旋翼產生一個向上的反作用力——升力，當升力的大小等于直升飛機的重力時，直升飛機就可以勻速向上飛行；當升力的大小超過直升飛機的重力時，直升飛機便可以向上作加速運動。


（三）什么是浮力
1. 浮力：一切浸入液體的物體，都受到液體對它豎直向上的力，這個力叫浮力。
注意：（1）方向總是豎直向上的。（2）一切浸入液體的物體，都受到液體對它豎直向上的浮力，特別注意在液體中上浮、下沉的物體都受到浮力的作用。
2. 浮力的測量：先用彈簧測力計在空氣中測出物體重力G，再用彈簧測力計測出物體在液體中示數G’，彈簧測力計二次示數的差就是浸在液體中的物體所受的浮力大小，即

（四）浮力的產生原因：（浮力的施力物體是液體）
浮力的產生是由于物體上下表面浸入液體深度不同而存在壓力差所致。



【典型例題】
例1. 在火車站和地鐵的站臺上，通常有一條白色的直線（安全線），列車進站時，乘務員總是要求乘客們站在劃定的安全線之外，為什么？
解析：列車進站時，行駛的列車會使附近的空氣流動，在劃定的安全線內會形成壓強差，處在安全線內的人極易導致安全事故。
解答：列車靠站臺前，行駛的列車帶動周圍的空氣流動，流動的空氣壓強變小，與列車附近的空氣形成指向列車的壓強差，候車的乘客如果站在安全線內，這一壓強差就有可能將人推向行駛的列車，導致安全事故。
考點分析：本題考查流體壓強與流速的關系——伯努利原理。

例2. 下列物體在運動中，能用伯努利原理解釋的是（ ）
（１）氫氣球升上天空（２）蜜蜂在空中飛舞
（３）老鷹在空中飛翔（４）飛機在空中航行
（５）宇宙飛船在太空中航行
A. （1）（3）（4）B. （2）（3）（4）
C. （3）（4）D. （4）（5）
解析：題中列舉的幾個運動的物體中，氫氣球形狀為球形上下表面的空氣流速相同，沒有壓強差，它的升空與伯努利原理無關；蜜蜂在空中飛舞，它的翅膀上下移動的過程中，用力拍打空氣，根據力的相互作用性，空氣向上推翅膀，它的飛舞也與伯努利原理無關；宇宙飛船在太空中運動，沒有流體物質的存在，所以飛船在太空中根本不存在流體壓強，飛機兩翼與鷹的翅膀有相同類型的仿生結構，它們在空中運動時會使空氣的流速不同而受到流體的壓強不同，可用伯努利原理解釋。
正確答案：選C
考點分析：本題考查伯努利原理，是重點內容。

例3. 颶風吹過房屋時往往將屋頂掀開而毀壞房屋，這是為什么？
解析：颶風吹過房屋將屋頂掀開，從力的效果分析屋頂上瓦片一定受到了向上的力的作用，這種力的作用來自于房屋內外流體的壓強差。

解答：風是空氣流動形成的，刮大風時，關閉的房屋屋頂內外空氣壓強不同，房內空氣對房頂下表面的壓強是靜止的大氣壓強，大風沿房頂的高速氣流繞過屋頂時，流體形成的壓強小于房內大氣壓強，結果在房屋的屋頂內外形成壓強差，方向自內向外，對房頂產生向上的掀力將房頂或房頂上的瓦片掀開，毀壞房屋。

例4. 某海濱浴場，水底布滿石子，在海水中游泳的人，由深水處不斷趨向淺水的過程中腳會覺得越來越痛，這是因為（ ）
A. 人的重力越來越大
B. 水底的支持力越來越大
C. 人所受的浮力越來越大
D. 人所受的重力、浮力、支持力的合力越來越大
解析：從力的作用效果理解，腳痛的感受來源于河底石頭對腳的力的作用，人體處在水中，受到有三個力的作用：重力、浮力和水底石頭的支持力，人體從深水里走向淺水的過程中，人體水的浮力和水底支持力的合力與人體的重力平衡，人體的重力不變，人體所受水的浮力減小，則腳所受的水底支持力會隨之增大，故選Ｂ正確。
正確答案：選B
解答浮力問題時，對物體進行受力分析，有助于弄清處在液體中的物體所受重力、浮力和第三個力之間的平衡關系，從平衡關系中可以找到對應的數量關系和量與量之間變化關系。
考點分析：本題考查對浮力的認識。

例5. 金魚缸中，從魚口中吐出的氣泡，在水中上升的過程中氣泡所受的浮力將（ ）

A. 保持不變B. 逐漸增大
C. 逐漸變小D. 無法判斷
解析：從圖片中觀察，氣泡在上升的過程中，所處的位置逐漸變淺，氣泡受到水的壓強越來越小，因此，氣泡的體積會不斷變大。根據浮力的相關因素（物體排開液體的體積和液體的密度）可以斷定，氣泡排開水的體積變大，浮力將隨之逐漸增大。
正確答案：選B
題中氣泡在液體中排開液體體積的變化，是從圖中獲取的相關信息，如何從圖中眾多的信息中讀取有用的信息，需要結合題意多比較，多分析，才能有正確的認識。

例6. 以下說法中錯誤的是（ ）
A. 在海濱游泳的人受到海水對他的浮力
B. 在空中漂浮的氫氣球受到空氣對它的浮力
C. 將一石塊扔到水中，在其下沉過程中不受浮力
D. 在水中升起的木塊受到浮力
解析：只要物體浸在液體或氣體里，都會受到向上的浮力。水中下落的石塊，也會受到水向上的浮力。它之所以下沉是因為重力大于浮力，所以Ｃ選項錯。
正確答案：選C。

例7. 運動型轎車和跑車的尾部設計安裝了一種“氣流偏導器”（擾流板），它的上表面平直，底部呈弧形凸起，相當于一個倒置的翅膀，這主要是讓車在高速行駛時，車輪能較好的抓住地面，試解釋其中的奧秘。

解析：跑車高速行駛的過程中，要使車輪較好的抓住地面，需要增大車輪與地面的摩擦力。如果增大跑車行駛過程中對地面的壓力，就可以增大摩擦力，便有利于行車的安全。
解答：由于氣流偏導器上表面平直，下表面弧形凸起，所以當跑車高速行駛時，流過偏導器上方空氣的速度緩慢，壓強較大，而流過下方的空氣流動較快，壓強較小，這樣，偏導器上下方壓強產生的壓力差形成一個向下的力，從而增加跑車在高速行駛的過程中對地面的壓力，起到增加摩擦力的作用，達到提高車輪的著地性能的目的。

【模擬試題】（答題時間：30分鐘）
一. 填空題：
1. 浸沒在液體中的物體會受到浮力，是由于物體上、下表面在液體中的不同，因此液體對物體上、下表面產生的不同，使上、下表面所受不等，的差就是浮力，且浮力的方向總是的。
2. 彈簧秤下掛一個體積為200厘米3的金屬球（金屬的密度是8×103千克/米3），彈簧秤的示數為。將球的一半浸入水中，球受到浮力牛，此時，彈簧秤的示數為牛。若將球放入水銀中，當球靜止時所受浮力為牛。
3. 有一個實心物體，為了測量構成它的物質的密度，將它掛在彈簧秤下，彈簧秤的示數為19.6牛，將它沒入水中稱，彈簧秤的示數為14.7牛，此物體的體積是米3，質量是千克，由此可知其密度是。
4. 深水飛機不斷在海洋中前進的過程中能實現下潛，深水飛機的兩翼的結構特點為 ，在兩翼上端的流體壓強比下端的流體的壓強 。（填“大”或“小”）
5. 彈簧秤下掛著鐵塊，將鐵塊慢慢浸入水中，發現在鐵塊由接觸水面至浸沒過程中，彈簧秤的示數逐漸變小，由此可得鐵塊所受的浮力逐漸 。說明了浸在液體中的物體所受的浮力與排開的液體的 有關。

二. 選擇題：（有幾個答案就選幾個）
1. 密度為0.6克/厘米3的實心木塊分別投入水中和酒精中，則木塊在水中所處的狀態為（ ），在酒精中所處的狀態為（ ），木塊在水中浸入的體積比它在酒精中浸入的體積（ ）
A. 下沉B. 上浮C. 漂浮D. 大E. 小
2. 在同一個河流中，河道有寬有窄，下列認識中正確的是（ ）
A. 河道窄的地方河水流速慢，壓強小。
B. 河道窄的地方河水流速快，壓強大。
C. 河道窄的地方河水流速快，壓強小。
D. 河道窄的地方河水流速慢，壓強大。
3. 浸沒在水中的乒乓球，放手后從運動到靜止的過程中，其浮力大小變化情況（ ）
A. 浮力不斷變大，但小于重力
B. 浮力不變，但浮力大于重力
C. 浮力先不變，后變小，且始終大于重力直至靜止時，浮力才等于重力
D. 浮力先大于重力后小于重力

三. 簡答題：
1. 草原犬鼠是大草原常見的小動物，它挖的洞有兩個洞口，一些洞口比較平整，一些洞口由圓錐形土堆圍成，這樣的結構能改進洞內的通風情況。為什么？


【試題答案】
一. 填空題
1. 深度；壓強；壓力；上下表面壓力；豎直向上。
2. 15.68N；0.98；14.7；15.68。
3. 0.5×10－3；2；4×103千克/米3。
4. 上凹下凸 大
5 變大 體積

二. 選擇題
1. C；C；E 2.D3 C[

三. 簡答題
當風從地面吹過時，有土堆的洞口上空氣流速大，壓強小，平洞口上空氣流速小，壓強大，于是在兩洞口形成壓強差，空氣就由平洞口進入洞內，從有土堆的洞口流出，在洞內形成風，這樣就改善了洞內的通風情況。

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