9.4 流体压强与流速关系（解析版）

课时94 流体压强与流速关系（帮课堂）（解析版） 【学习目标】 1 知道什么是流体； 2 理解流体的压强与流速的关系； 3 利用流体压强与流速关系解释生活中的现象； 4 了解飞机的升力是怎样产生。 【知识导图】 【基础知识】 知识点一、流体压强与流速关系 1 流体 物理学中把具有流动性的液体和气体统称为流体。 2 实验探究：流体压强与流速的关系 提出问题 当流体流动时，流体压强的大小跟流体不流动时有什么不同？ 猜想与假 设 流体压强与流速可能无关，也可能流速越大压强越小，还可能流速越大压强越大 进行实验 在硬币上方沿水平方向吹气，硬 币会向上跳起，并随着气流向前 运动，飞跃障碍物 在两张纸之间向下吹气，观察到 两张纸向中间靠拢 纸条一端贴近下嘴唇，用力向前 方吹气，观察到纸条飘起 在水平放置的两根筷子之间放上 两个乒乓球，通过塑料管像两球 中间吹气，观察到乒乓球向中间 靠拢 将两只小纸船放入水盆中，用针 管向两船之间冲水，观察到两只 小船向中间靠拢 在倒置的漏斗里放一个乒乓球， 并用手指托住，然后从漏管用力 向下吹气，将手指移开，发现乒 乓球掉不下来 实验结论 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 3 生活中跟流体压强与流速关系相关的现象 事例 图解 分析 “香蕉球” 足球在飞行时快速旋转，旋转带动球面 附近的空气一起流动，在旋转气流方向 和迎面气流方向相同的一侧，形成相对 低压区，另一侧形成相对高压区，足球 在两侧压力差的作用下发生偏转，沿弧 线前进 气流喷壶 水平管中的空气流速大，导致竖直细管 最上端管口处压强减小，水在大气压的 作用下上升并进入水平出水管，随气流 喷出 站台安全线 列车进站时，带动附近的空气流速加 快，在列车周围形成低压区，如果人离 列车太近，就会被外侧较大的气压“推 向”列车 风沿墙面吹过时窗帘飘 向窗外 风刮过时，室外空气流速加快，压强减 小，而室内空气流速很慢，压强较大， 窗帘在室内、外压力差的作用下被“推 向”窗外 ★方法技巧 判断流体流速大小的技巧 自然流体，如流动的空气（风）、流动的水，一般是在较宽阔的地方流速小，在较窄的地方流速 大；运动的物体引起空气和液体流动时，运动物体周围的流体流速大，其余地方的流体流速小。 【典例1】如图所示，当从管的一端吹气时，管中的液面会下降，B 管中的液面会上 升。下列现象产生的原理与此实验原理相同的是（ ）。 ．热气球升空； B．风沿窗外的墙面吹过，窗口悬挂的窗帘飘向窗外； ．用吸管喝酸奶； D．用抽水机把井中的水抽上来 【答】B。 【解析】当用一个管子沿容器口吹气时，B 的上方空气流速快，压强小，的上方空气 流速慢，压强大，在压力差的作用下，管中的液面会下降，B 管中的液面会上升； ．空气受热后会膨胀，比同体积的冷空气轻，所以热空气会上升，故不符合题意； B．风沿着窗外的墙面吹过时，外侧空气流速大，压强小，屋内空气流速小，压强大， 所以窗帘在较大的压力作用下压向窗外，故B 符合题意； ．用吸管喝酸奶时，管内的气体压强小于大气压强，在大气压强的作用下，酸奶被压 入口中，故不符合题意； D．抽水机把水从低处抽往高处，利用的是大气压，故D 不符合题意。 故选B。 知识点二、飞机的升力 1 飞机机翼的形状 如图所示，可以看到机翼截面的大致形状，其上表面呈弯曲的流线型，下表面则比较 平。 2 升力产生的原因 飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，相当于气流迎面流过机翼。气流被机 翼分成上、下两部分，由于机翼横截面的形状上、下不对称，在相同时间内，机翼上方气 流通过的路程较长，因而速度较大，对机翼上表面的压强较小；下方气流通过的路程较短 速度较小，对机翼下表面的压强较大。 机翼上表面受到的压强对机翼产生的压力F1，机翼下表面受到的压强对机翼产生的压 力F2，因为机翼上、下表面存在压强差，这样就产生了向上的压力差，即飞机的升力 （F=F2-F1）。 【典例2】如图中各现象与飞机机翼获得升力的原理相同的是（ ）。 ． 液压机 B． 简易喷雾器 ． 钢笔吸墨水 D． 升空的热气球 【答】B。 【解析】飞机的机翼能获得向上的升力，是应用了流速越大流体的压强越小的原理。 ．液压机利用的是液体能传递压强，故不符合题意； B．用嘴吹气，管上方的流速大，压强小，液体在压力差的作用下被压出，故B 符合 题意； ．钢笔吸墨水利用的是大气压，故不符合题意； D．热气球升空利用的是物体的浮沉条件，故D 不符合题意。 故选B。 【方法帮】 题型一：流体压强现象 明确“因果”，辨别现象 流体流动时，不同的区域流速不同，压强大小不同，流速大的区域压强小，不同的区 域之间就会出现压强差。有压强差时，物体的形状或运动状态就会发生改变。这时，流体 流动是“因”，压强差是：“果”。根据这个“因”和“果”辨别是不是流体压强跟流速 的关系导致的现象。 【典例3】如图所示的现象中，能用“流速越大的位置，压强越小”来解释的是（ ）。 ．②③ B．③④ ．②③④ D．①③④ 【答】B。 【解析】①气压跟海拔有关，海拔越高，气压越小，青藏高原，海拔高，气压低于标 准气压，水的沸点低于100℃，这说明水的沸点随高度增加而降低，不能说明流体压强与 流速的关系，故①不符合题意； ②在一个标准大气压下，大气压可以支持约103m 高的水柱。瓶中水面能高于盆内水 面不会流出来，正是因为盆景中的水与大气相通，是大气压支持着瓶内的水不会流出来， 故②不符合题意； ③当用B 管用力吹气时，管上端空气流速变大，因为流速大的地方压强小，所以管上 端压强变小，下端大气压没有变化，从而形成了向上的压强差，因此管中的水面会上升， 故③符合题意； ④向漏斗口吹气，乒乓球会贴在漏斗上不掉下来，是因为当从漏斗口吹气时，乒乓球 上面的空气流速增大，压强减小，乒乓球被下面的大气压压向漏斗颈而不掉下来。故④符 合题意； 故选B。 题型二：流体压强与流速的关系 利用流体压强与流速的关系解题时，先弄清哪个位置的流体流速大，哪个位置的流体 流速小，再找出各处压强的大小的关系，进而分析物体受力情况和可能发生的现象。 【典例4】“清风不识字，何故乱翻书”所述清风能翻书，是风使书页上表面空气流 速变大，导致书页上表面压强______（选填“增大”或“减小”）；“闻其声，不见其 人”主要是通过人发出声音的______（选填“音调”、“响度”或“音色”）来判断“其 人”的；“秋风瑟瑟天气凉，草木摇落露为霜”，“霜”的形成过程要______（选填“吸 收”或“放出”）热量。 【答】减小；音色；放热。 【解析】[1]流速越快的地方，流体压强越小。风吹过书页的上表面时，使书表面上空 气流动速度增大，而导致书上表面压强减小，而书页下表面的压强不变，在上下压强差的 作用下，书页会向上翻，故有“清风不识字、何故乱翻书”之说。 [2]音色反映的是声音的品质与特色，它跟发声体的材料和结构有关。因为每个人的声 带结构不同，所以发出声音的音色就会不同，所以我们可以通过音色辨别是谁。 [3]霜是水蒸气遇冷放热凝华成的固态冰，霜的形成过程要放热。 题型三：飞机的升力 明确产生了升力是解答此题的关键，要注意升力的方向是指向弯曲程度较大的那一面。 【典例5】如图为飞机的机翼截面形状示意图。飞机在飞行时，关于机翼的上方和下 方的空气流速和气流压强，下列说法中正确的是（ ）。 ．机翼上方的空气流速大，气流压强较大； B．机翼下方的空气流速大，气流压强较大； ．机翼上方的空气流速大，气流压强较小； D．机翼下方的空气流速大，气流压强较小 【答】。 【解析】BD．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。 如题中图，在相同是时间内，空气经过上方的路程长，速度大；经过下方的路程短，速度 小。上方空气流速越大，压强越小；下方空气流速越小，压强越大。所以机翼上方的气流 对机翼的压强小于机翼下方的气流对机翼的压强。故正确，BD 错误。 故选。 题型四：流体压强与流速关系在生活中的应用 分析流体压强现象的步骤： 分析流体压强现象一般步骤：（1）确定流速大的地方在哪里；（2）根据压强大小确 定压力大小及压力差的方向；（3）根据压力差的作用分析产生的各种现象。 【典例6】在下列几种航空器中，主要利用压强和流速的关系获得升力的是（ ）。 ． 观光热气球 B． 民航客机 ． 武装直升机 D． 运载火箭 【答】B。 【解析】．观光热气球利用了通过加热气球内的气体使热气球内空气的温度升高，密 度减小，当密度小于热气球外空气的密度时热气球就会上浮，故不符合题意； B．飞机的机翼上凸下平，当空气流动时上表面流速快压强小，下表面流速慢压强大， 产生了一个向上的压强差，所以飞机获得升力，故B 符合题意； ．直升飞机是利用螺旋桨（又称为“旋翼”）的运动对空气施加了一个向下的力，物 体间力的作用是相互的，空气对螺旋桨施加了一个向上的力，所以，直升机的升力产生的 原因和固定翼飞机是不同的，与流体的压强没有关系，故不符合题意； D．运载火箭靠燃气的反冲力获得升力，故D 不符合题意。 故选B。 【中考帮】 考点一：生活中的流体压强现象 【典例7】（2022·山东泰安）关于下面四幅图的说法正确的是（ ）。 如甲图，管中水面上升，是因为流体中流速越大的位置压强越小； B 如乙图，将竖直玻璃管倾斜，水银柱的长度不变； 如丙图，把水气压计从山下移到山顶，细管内的水柱下降； D 如丁图，盆景中的水位能保持一定高度，是利用了连通器原理 【答】。 【解析】．如甲图，当对B 管吹气时，是因为流体中流速越大的位置压强越小，导致 管上方的气压小于外界大气压，管中水面上升，故正确； B．如乙图，将竖直玻璃管倾斜，水银柱的长度变长，高度不变，故B 错误； ．如丙图，把水气压计从山下移到山顶，由于大气压随海拔高度的增加而降低，细管 内外的压强差变大，所以，细管内的水柱上升，故错误； D．如丁图，盆景中的水位能保持一定高度，不是利用了连通器原理，而是利用大气 压强，因为连通器是上端开口下部相连通的容器，故D 错误。故选。 中考考题要求同学们知道流体压强与流速有关，并能运用流体压强与流 速关系正确描述和解释生活中的相关现象，这是物理核心素养的物理概念的体现。 考点二：生活中的流体压强现象 【典例8】（2022·湖南岳阳）下列实例中，应用了“流体压强与流速的关系”的是 （ ）。 用吸管吸饮料 B 用高压锅煮食物 茶壶的壶盖留有小孔 D 火车站台设置安全线 【答】D。 【解析】．用吸管吸饮料时，是大气压把饮料压入人的口中，利用了大气压，故不符 合题意； B．用高压锅炖煮食物熟得快，是因为锅内水的沸点会随气体压强增大而升高，故B 不符合题意； ．茶壶盖上的小孔与外界大气连通，在壶内气压减小时，大气压通过小孔作用在水上， 使水顺利流出壶嘴，所以是利用了大气压，故不符合题意； D．当火车经过站台时，车身附近的空气流速大、压强小，此时人外侧的空气流速慢、 压强较大，会产生一个向内侧的压强差，将人推向火车，易出现危险，所以火车站台设置 安全线，故D 符合题意。故选D。 中考考题要求同学们知道流体压强与流速有关，并能运用流体压强与流 速关系正确描述和解释生活中的相关现象，这是物理核心素养的科学探究的体现。 【作业帮】 一、基础练（知识巩固） 1．下列说法中正确的是（ ）。 ．人潜入较深的水中时，必须穿潜水服，因为液体压强随深度增加而增大； B．铲车宽大的轮子可以增大受力面积，增大对地面的压强； ．用吸管吸饮料时，是利用了嘴对饮料的作用力将饮料吸入口中； D．飞机升力的产生是由于机翼上方的空气流速小于下方的空气流速，形成向上压强 差 【答】。 【解析】．液体压强随着深度的增加而增大，当人潜入深水中时，水对人体的压强很 大，为了保护人体，所以要穿潜水服，故正确； B．铲车宽大的轮子可以增大受力面积，在压力一定时，减小对地面的压强，故B 错 误； ．用吸管吸饮料时，是先把吸管内的空气吸走，管内气压减小，在外界大气压的作用 下，饮料被压进吸管里，利用了大气压的作用，故错误； D．飞机升力的产生是由于机翼上方的空气流速大于下方的空气流速，形成向上压强 差，故D 错误。 故选。 . 2．对下列实验的解释错误的是（ ）。 ．甲图表明压力相同时，受力面积越小，压力作用效果越明显； B．乙图中的盆景自动供水装置利用了连通器原理； ．丙图吹硬币使硬币翻越木条，是利用流体在流速大的地方压强小的原理； D．丁图自制气压计从山脚拿到山顶，液柱会上升 【答】B。 【解析】．根据压强的公式 可知，甲图表明压力相同时，受力面积越小，压强 越大，压力作用效果越明显，故正确，不符合题意； B．乙图中的盆景自动供水装置中当液面降低到瓶口以下时，外面空气进入瓶内，瓶 内的水就会流到盆内，利用了大气压强，故B 错误，B 符合题意； ．丙图吹硬币时，硬币上方空气流速大，压强小，硬币会向上运动，翻越木条，是利 用流体在流速大的地方压强小的原理，故正确，不符合题意； D．大气压随高度的升高而减小，丁图自制气压计从山脚拿到山顶，外面的大气压强 减小，内部气压将液体向上压，液柱会上升，故D 正确，D 不符合题意。 故选B。 3．球类比赛中的旋转球具有很大的威力，旋转球和不旋转球的飞行轨迹不同，是因 为球周围空气流动情况不同，如图所示，是乒乓球运动员拉出的弧圆球在空中高速旋转这 向左前进的示意图，此时相对于球来说，上方空气流速小于下方空气流速。下列关于乒乓 球的说法中，正确的是（ ）。 ．球在空中能继续前进，是受到了惯性力的作用； B．球在空中前进时，受到了平衡力的作用； ．球高速旋转前进时，比不旋转前进时下落得慢； D．球高速旋转前进时，比不旋转前进时下落得快 【答】D。 【解析】．打出去的乒乓球在空中继续前进是由于惯性，仍要保持原来的运动状态， 但惯性不是力，不能说受到了惯性力的作用，故错误； B．空中飞行的乒乓球受到重力和空气阻力的作用，乒乓球的运动状态会发生变化， 所以乒乓球在空中前进时受非平衡力作用；故B 错误； D．因为球上方气体相对球上部流速小于下方气体相对球下部流速，所以球上方的压 强大于球下方的压强，因此球因为高速旋转前进比不旋转前进时会下落得快。故错误、D 正确。 故选D。 4．如图所示实验中得出的结论不正确的是（ ）。 ．甲图：用力推另一只船，自己的船也动起来，说明力的作用是相互的； B．乙图：物体在力的作用下做圆周运动，说明物体运动需要力来维持； ．丙图：探头在水中越深，U 形管两侧液面的高度差越大，说明液体内部压强越大； D．丁图：沿纸条上方吹气，纸条会飘起来，说明流速大的地方压强小 【答】B。 【解析】．用力推另一只船，给这只船一个力的作用，自己的船也动起来，说明自己 的船也受到了一个反方向的作用力，这说明力的作用是相互的，故正确，不符合题意； B．物体在力的作用下做圆周运动，物体运动的方向不断变化，说明力改变了物体的 运动状态，故B 错误，B 符合题意； ．液体内部的压强与液体深度有关，探头在水中越深，则液体压强越大，U 形管两侧 液面的高度差越大，故正确，不符合题意； D．没有吹气时，纸的两面受到的压强相等，纸在重力的作用下自由下垂。当沿上方 吹气时，上方的空气流动速度增大，压强减小。纸条下方的压强不变，纸受到向上的压强 大于向下的压强，纸在压强差的作用下向上飘，故D 正确，D 不符合题意。 故选B。 5．夏季临近，交警部门加大对电动车安装遮阳伞的检查拆除力度，如图所示遮阳伞 虽能遮挡阳光，但是当电动车快速行驶时，伞面被向上吸，存在较大的安全隐患。如图四 种情景与其原理不同的是（ ）。 ． 人站在高铁站的安全线以外候车； B． 用手动抽水机抽出地下水； ． 飞机的机翼设计成流线型； D． 赛车尾部安装的气流偏导器 【答】B。 【解析】伞面“上凸下平”，当电动车快速行驶时，伞上方空气流速大，压强小，下 方空气流速小，压强大，伞就受到一个向上的升力，使伞面被向上吸，存在较大的安全隐 患。 ．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，故人站在高铁站的安全线以外候车， 故不符合题意； B．用手动抽水机抽出地下水，是利用了大气压的作用，没有涉及流体压强与流速的 关系，故B 符合题意； ．飞机的机翼设计成流线型，由空气通过机翼上表面的流速大、压强小，通过下表面 的流速小、压强大，从而形成向上的升力，利用了流体压强和流速的关系，故不符合题意； D．赛车尾部安装的气流偏导器，相当于倒置的飞机机翼，赛车行驶时，上方的气流 速度小于下方气流速度，形成对气流偏导器向下的压力，能使车轮更好地抓紧地面，利用 了流体压强和流速的关系，故D 不符合题意。 故选B。 6．在火车站离站台边缘一定距离的地方标有一条安全线，人必须站在安全线以外的 区域候车。这是因为当列车驶过时，在安全线以内空气流速_______，压强_______，从而 产生压强差，将人推向火车发生危险。 【答】大；小。 【解析】[1][2]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，此时人 外侧的空气流动速度慢；根据流体压强与流速的关系可知，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。 7．下面四幅图中，与飞机获得升力相同的科学原理是______图。台风过境时，屋顶 会被______（选填“压塌”或“卷走”）。而在“新冠疫情”中出现的“生命摆渡船”— —负压救护车和负压病房则是内部气压______外部大气压（选填“<”、“=”、“>”）， 从而使病房内气体只进不出。 【答】乙；卷走；<。 【解析】[1]飞机机翼上表面空气流速大于下表面空气流速，上、下表面存在压强差， 因而有压力差，这就是飞机产生升力的原因，与图乙相符。 [2]台风到来时会刮起大风，屋顶上方空气流速大，压强小，而屋内气压不变，房内房 外因气压差的原因，屋顶就可能被卷走。 [3]负压救护车和负压病房可以防止病房内气体向外扩散，那么就需要病房内气体压强 小于外界大气压。 二、综合练（能力提升） 8（2022·四川南充）我国高铁技术处于世界领先地位，高铁线路总长度居世界第一， 为了提高高铁的安全性和舒适性，下列相关描述中不正确的是（ ）。 图甲，铁轨下铺设枕木是为了减小压强； B 图乙，高铁车厢内的破窗锤两端制成锥形，便于增大压强； 图丙，站台处设置安全线，是由于乘客靠近运行高铁的一侧空气流速大压强小的缘故； D 图丁，车厢座椅用软质材料包裹， 为了增大压强 【答】D。 【解析】．铁轨下铺设枕木是为了在压力不变时，增大受力面积从而减小压强，故正 确，不符合题意； B．高铁车厢内的破窗锤两端制成锥形，是为了在压力不变时，减小受力面积，从而 增大压强，故B 正确