流体压强与流速的关系

发布时间:2014-11-17    编辑:教案中心小组    来源:网络&投稿


福建省晋江市华侨中学 曹庆标

【教学目标】

通过实验探究,初步了解流体的压强与流速的关系。

课程理念的渗透和学生个性的培养:

通过参与从生活走向物理科学探究活动,学习制订简单的科学探究计划和实验方案,观察物理现象,能简单描述所观察物理现象的主要特征,归纳简单的科学规律。让学生真切地感受到科学的真实性,乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理,使学生产生强烈的求知欲,乐于参与观察、实验等科学实践活动,初步体验探索问题时的喜悦,领略它的美妙与和谐。

【教学方式】

小组合作实验探究、班级师生交流。

【教学用具】

1. 教师用具

教师自制的如图(1)所示的演示器、漏斗、乒乓球、自制的CAI课件

2. 学生用具

乒乓球两个、小木条两根、饮料吸管一支、大号注射器一支、水槽一个、两只塑料小船、一杯水、一根中间切开(未断)折成直角的饮料吸管、两张纸。

【教学过程】

一、新课引入

科学探究要素:提出问题并对问题的成因提出猜想

学习方法:从实验观察中发现与物理学有关的问题,尝试根据经验对问题的成因提出猜想。

图1

师:同学们,请先看一个实验,如图1所示,我打开阀门A,关闭阀门B,让红色的水流入管径粗细不同的透明塑料管,请注意观察三支小竖管中水柱的高度。你观察到什么?

学生回答。

师:请看如果我打开阀门B,可以看到什么现象?

学生回答。

师:这时请看三支小竖管中水柱的高度是否相同?

学生回答。

师:你看高度发现什么特点呢?

学生回答。

师:根据学过的连通器原理,当水不流动时,各容器的液面总保持相平。如今当水流动时,小管中水柱的高度却不相同,说明水平管中的深度也就不相同。根据液体的压强公式p=ρgh,也就是说各个粗细管中水的压强就不相同。同学们猜一猜,想一想,这个不相同可能会跟什么有关系呢?

学生回答。

师:同学们,请继续看另一个实验,如图2所示,我把乒乓球放在伸平的手掌上,并把乒乓球放在翻转的漏斗中,请看(说完,松开手掌),看到了什么现象?

图2

学生回答。

师:我用嘴通过漏斗向下吹气,同时放开手。又看到了什么现象?

学生回答。

师:乒乓球为什么在漏斗下方不会掉下来,我们分析看看,乒乓球能在漏斗下方不会掉下来,由物体的平衡条件可知,竖直方向除了受到重力以外,一定还受到一个向上的压力。未吹气时没有这个现象,当吹气之后才产生这种现象,同学们再猜一猜,想一想,这个压力可能会跟什么有关系呢?

学生回答。

师:吹气就是气体在流动,那么你们认为与气体的流动有关,是吧?

学生回答。

师:液体和气体,它们一个共同的特点是:都具有流动性,统称为流体。两个实验的共同之处是,流体在运动时才导致现象的产生。且我们已猜测流体流动可能与流体的压强存在有某种关系。那么,这可能是什么关系呢?

学生回答。

师:我们猜想这种关系无非存在两种情况:

一种是流体在流速大的地方压强大,在流速小的地方压强小;另一种是流体在流速大的地方压强反而小,在流速小的地方压强反而大。究竟哪一种猜想是正确的呢?下面我们将通过实验的方法进行探究。

二、新课教学

科学探究要素:制定计划与设计实验

学习方法:明确探究目的,给定一些器材,由学生选择并设计实验方案,经历实验的过程,来探究流体的流速与压强的关系。

师:好,我们今天就来研究流体的流动速度与压强的关系。同学们的桌子上有乒乓球两个,小木条两根,饮料吸管一支,大号注射器一支,装满水的水槽一个,两只塑料小船,一杯水,一根中间切开(未断)折成直角的饮料吸管,两张纸等器材。自由选择器材,做一到二组实验。

这里提示你们,我们可以用嘴吹气产生气流,用注射器喷射水产生水流,通过一些物体的运动状况来分析判断压强大小的变化。

这里提供几个参考实验装置,请看大屏幕,如图3所示。同学也可以自己设计别的实验方案。

图3

科学探究要素:进行实验与收集证据

学习方法:通过观察和实验,记录有关实验现象。

师:现在我们的研究活动以小组进行,请大家在小组内积极地讨论、研究方案,积极地用眼睛去观察、用大脑去思考,并把你们发现的问题记录下来,然后全班交流。看看在实验中能发现些什么?集体的力量是巨大的,看看哪一小组做得最好?

(学生开始实验、探究、讨论,教师巡视各组的实验情况)

科学探究要素:分析与论证

学习方法:分析物理现象,进行简单的推断,归纳出科学的规律。

师:你们的实验完成了吗?

学生回答。

师:下面我们进行全班交流,把你所看到的,所想的说出来与大家交流,就按顺序来进行,好不好?声音要大些,那么,第一组开始吧。

估计学生会回答到的几个情况:

(1)我们这一小组选择老师提供的实验装置第三个图,选择用大号注射器一支,装满水的水槽一个,两只塑料小船,作为实验器材,用注射器向漂浮在水面上的两只小船间喷射水流,可观察到两只船向中间靠近。

(2)我们这一小组选择老师提供的实验装置第一个图,把两个乒乓球放在两根小木条上,相对靠近一些,用一支饮料吸管向它们中间吹气,两个乒乓球互相靠近。

(3)我们这一小组选择老师提供的实验装置第二个图,我们选择在两张纸中间吹气,结果看到两张纸不但没有被吹开反而互向中间靠近。

(4)我们这一小组选择老师提供的实验装置第四个图,我们把一根中间切开(未断)折成直角的饮料吸管,一端插入水中,向管中间吹气,我们可看到水雾从切口处喷出。我们认为管中间被我们吹气,因此切口处压力变小,底下的大气压就会产生一个力把水往中间压。因此,我们也认为:流体在流速大的地方压强反而小,在流速小的地方压强反而大。

……

师:好,非常好!还有没有不按照大屏幕上的实验方案,而设计其他实验方案呢?

师:好,因气流具有不可见性,并且流体不容易任意控制,我们结合同学分析的现象,采用CAI课件对实验现象进行分析。

(操作CAI课件)

师:综上所述,我们可以得出结论:流体在流速大的地方压强小,在流速小的地方压强大。

科学探究要素:评估、交流

师:我们一起对上述实验方案进行评估和交流。

第一、看看实验方法是否存在缺陷,是否需要改进;

第二、是否还有其他实验方案也可以实现实验目的;

第三、利用其他比较简单的实验器材是否也能说明问题等。

并作为同学们的家庭作业。

教学链接

师:同学们想一想,我们日常生产、生活中的哪些物理现象,能用我们实验得出的结论来解释呢?并请同学们查阅相关网站、网页,获得有关的知识。

1. http://www.gscaac.com/t5/default1.asp

飞机的飞行原理简介

2. http://combatsim.cpgl.net/school.htm

模拟军校/飞行指南,飞行物理学

3. http://www.kepu.com.cn/gb/beyond/aviation/knowledge/index.html

中国科普博览/航空常识

4. http://www.chinaschool.org/xspd/xspd-zsdt/077.htm

水翼船

5. http://www.age06.com/06school/nature/sh/whyshuiyi.asp

为什么水翼船的速度特别快?

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