师:同学们好,今天我们学习初中物理沪粤版八年级下册第九章第四课《神奇的升力》。这节课我们有三个学习目标:第一,知道流体压强与流速的关系;第二,了解飞机升力是怎样产生的;第三,了解生活中有关流体压强与流速关系的一些现象。
大家看,鸟儿可以自由自在地在蓝天上飞翔,几十上百吨的飞机也能在空中飞行。飞机在起飞前,要在跑道上滑行一段距离,这是为什么呢?为了搞清楚这个问题,我们来学习今天的内容。
首先,我们学习第一个知识点:流体。像流动的水、流动的空气,物理中把这些具有流动性的物质统称为流体。流体在流速不同的地方,会表现出奇妙的特性。下面我们通过实验来探究。
实验一:倔强的纸片。如图所示,向两张下垂的纸片中间吹气,大家观察到什么现象?操作后我们发现,两张纸片没有朝两边分开,而是向中间靠拢。为什么会这样呢?当我们向中间吹气时,纸片中间的气体流速变大,而纸片外侧的气体流速较小。纸片向中间靠拢,说明它受到了一个指向内侧的压力差,也就是纸片外侧压强大于内侧压强。因为内外侧气体流速不同,内侧气体流速大,压强小;外侧气体流速小,压强大,所以产生了指向内侧的压力差,导致纸片向中间靠拢。
实验二:同样是小纸条,我们将纸条夹在课本中间,纸条呈下垂趋势,从上方朝着纸条吹气,观察到什么现象?操作后发现纸条向上飘起。怎么解释呢?根据刚才的实验,当朝纸条上方吹气时,纸条上方气体流速大,压强小;纸条下方气体流速小,压强大,所以纸条产生了向上的压力差,导致纸条向上飘起。
实验三:不听话的乒乓球。先用手托住乒乓球,然后用力向漏斗内吹气,此时松开手,乒乓球会掉下来吗?实验发现,当朝着漏斗口吹气时,乒乓球并没有掉下来。为什么呢?当从上方朝漏斗口吹气时,上方气体流速大,压强小,压力也小;下方气体流速小,压强大,压力也大。吹气时产生向上的压力差,当这个压力差大于乒乓球重力时,乒乓球就不会掉下来。
通过上面三个实验,我们可以总结得出:气体流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。同学们回去可以利用气体流速与压强的关系,用身边的小器材制作一个简易喷雾器,比如选择矿泉水瓶、饮料吸管等。
那么,液体压强与流速是否也有同样的关系呢?我们来看连通器实验,通过视频展示。
视频中,选用一套连通器装置,右侧用夹子夹住软管,向左侧注水并加入红墨水,左侧竖管 A 管和 B 管构成连通器,正常情况下它们内部液柱始终相平。加入红墨水后,能看到液柱同步上升,A、B 两管高度一样。等待液面稳定后量出高度,确实相同。现在打开橡胶管让水流出,两个液柱都下降,但 A 管液柱始终比 B 管液柱高。液柱出现这种情况是由于底部压强不同,说明 A 的底部 C 点比 B 的底部 D 点压强大。为什么 C 点压强大于 D 点压强呢?C 和 D 的区别在于液体流速不同。由此发现,流速越大的位置压强越小。因为图中 C 点管道横截面积大,流速慢,D 点管道窄,流速快,压强小。所以我们得出,液体流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。
总结以上实验,我们得出流体压强与流速的关系:流体流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。
知道了流体压强与流速的关系,这与我们这节学习的飞机升力有什么关系呢?我们学习第三个知识点:升力是怎样产生的。
先看一个小实验,杯子里有一只乒乓球,不用手,能不能从玻璃杯取出乒乓球呢?大家思考一下。我们可以尝试朝着玻璃杯口水平吹气,会发生什么现象呢?吹气时,乒乓球可以上升到杯口。这是为什么呢?因为当水平吹气时,乒乓球上方气体流速大、压强小,压力也小;下方气体流速小,压强大,压力也大。向上和向下的压力差形成了乒乓球上升的升力,当升力大于乒乓球重力时,乒乓球就会上升。
再看一个演示实验,取一个机翼模型安装在支架上,用鼓风机对着机翼模型吹风,会看到什么现象呢?通过视频展示,我们发现机翼模型可以上升。为什么能上升呢?这得益于机翼特殊的形状——上凸下平。飞机飞行时,机翼上方气流通过路程长,速度大,压强小;下方气流通过路程短,速度小,压强大。当流速足够大时,就会使飞机产生向上的压力差,这就是飞机升力产生的原因。
