奇妙的乒乓球

奇妙的乒乓球 　2007-10-23 15:52　 【大 中 小】【我要纠错】 　　1．目标 　　（1）了解伯努利原理的现实应用。 　　（2）激发学生的兴趣，了解力的平衡。 　　2．内容 　　让乒乓球做一系列“高难度动作”。 　　3．准备工作 　　（1）水龙头； 　　（2）一只不锈钢保温杯； 　　（3）一只乒乓球。 　　4．过程 　　（1）做一个小实验 　　把不锈钢保温杯放到水龙头下面，拧开水龙头，让水流冲到杯盖上，如图所示，把乒乓球轻轻地向杯盖扔去，奇迹便会出现──乒乓球会在上面驻足不动！ 　　（2）讨论问题 　　①为什么没水时乒乓球不能立住呢？ 　　②用别的方法也可以做到吗？ 　　③这个现象和哪些因素有关？ 　　以下是有关解答。 　　这个现象可以用伯努利原理解释。 　　当乒乓球处于水柱中心位置时，各个方向受到的作用力抵消，乒乓球处于平衡位置。 　　当它受到扰动偏离平衡位置向左时，球左侧水流流速小、压强大，右侧水流流速大、压强小，水对乒乓球侧面压力总效果是向右，指向平衡位置，所以乒乓球又回到平衡位置。当它受到扰动偏离平衡位置向右时也一样。可见，不管乒乓球向哪个方向偏，都将受到一个指向平衡位置的回复力的作用。在这种不断进行的反馈校正下，乒乓球始终不会偏离平衡位置太远。乒乓球质量很小，这种校正能力很强，即使是把杯盖稍微倾斜，乒乓球仍会稳稳地停在上面。 　　把水流改为气流也一样。找一个干净的圆珠笔外管，把乒乓球放在水平桌面上，笔管竖直向下，用笔管向下吹气，当吹乒乓球侧面时，它马上会向管的正下方滚。当管移动时，球也会跟着移动。 　　也可把球放在倾角为45°左右的镜面上，用笔管水平吹球的上侧，球就会在镜面上不停地旋转而不掉下来。如果吹气的力气大，镜面竖直也行！ 　　以上两种也不妨试一试！ 　　5．小结 　　以上小实验取材简便，只需要一个小小的乒乓球，教学过程简单易学而且非常奇妙，容易激发学生们亲手做实验的兴趣，并从中领略到科学的无穷奥秘。 课程解读 一、学习目标： 1. 初步了解流体的压强与流速的关系 2. 应用本讲所学知识解释生活中的一些现象 二、重点、难点： 重点：流体压强和流速的关系 难点：流体压强和流速的关系的应用 三、考点分析： 1. 初步了解流体压强与流速的关系 2. 应用流体压强和流速的知识解释生活中的一些现象 知识梳理 一、解释生活中的一些现象 生活情境 1. 一阵秋风吹过，地上的落叶像长了翅膀一样飞舞起来。 2. 冬天，风越刮越大，带烟囱的炉子里的火越烧越旺，火苗越蹿越高。 3. 居室前后两面的窗子都打开着，过堂风吹过，居室侧面摆放的衣柜的门被吹开了。 以上都是生活中司空见惯的生活现象，同学们思考过其中的奥妙吗？科学往往就藏在我们身边，今天这节课就让我们通过实验去揭示这些小秘密。 探究活动1 找一条薄纸带，捏住纸带的一端，让纸带竖直水平放置，当你用嘴朝纸带的水平方向吹气时，你会发现什么现象？ 探究活动2 请同学们手捏两张纸，让纸自然下垂，在两张纸的中间向下吹气，会出现什么现象？ 二、流体在流速大的位置压强小，在流速小的位置压强大，这个规律叫伯努利原理。 案例：1912年秋天，“奥林匹克号”货轮和“豪克号”巡洋舰在大海上相隔100米相对快速航行，当两艘船航行到如图所示的位置时，发生了一起意外事故：小船（豪克号）好像是顺应着一种不可见的力量，竟不服从舵手操纵扭转船头几乎笔直地向大船（奥林匹克号）冲来。以致“豪克号”把“奥林匹克号”的船舷撞出一个大洞。 分析：当两船彼此接近平行行驶时，两船之间的水由于比被挤在一起，流速要比外部大一些，压强就要比外部小一些。这样，水流的压力差将使两船相互“吸引”，外部压强较大的水就把两船挤在一起而发生碰撞事故。 三、应用 1. 气流偏导器 有的跑车在车的尾部设计安装了一种“气流偏导器”，它的上面平直，底部呈弧形凸起，相当于一个倒置的翅膀（如图所示），这主要是为了使跑车在高速行驶时，车轮能更好地抓紧地面。请解释其中的道理。 解析：由于气流偏导器上表面平直，下表面凸起，所以当跑车高速行驶时，流过气流偏导器上方的空气速度较慢，压强较大；而流过气流偏导器下方的空气速度较快，压强较小。这样，偏导器上，下方所受的压力差形成了一个向下的力，从而使车对地面的压力增大，摩擦力也随之增大，提高了车轮的着地性能。 2. “香蕉球”的奥秘 解析：因为球在边旋转边高速飞行时。两侧空气压强不等而造成的.例如球自西向东转，球西边的空气流速比较快，所以大气压强变小，而东边空气流速不变，大气压强相对于西边比较大，气压将球向西推进，所以产生了“香蕉球”。 3. 飞机的机翼 思考：几十吨重的飞机为什么能腾空而起？ 迎面吹来的风被机翼分成两部分，由于机翼横截面形状上下不对称，在相同的时间里机翼上方气流通过的路程长，所以流速上方大于下方。最后得出结论：气流在机翼上下表面由于流速不同产生压力差，这就是飞机向上的升力。 四、液体压强复习 1. 液体压强的特点 a. 液体对容器的底部和侧壁都有压强，液体内部向各个方向都有压强 b. 液体的压强随深度的增加而增大。在同一深度，液体向各个方向的压强相等；液体的密度越大，压强越大。 2. 液体压强的： P=ρgh ρ—液体密度 g=9.8N/kg h——所求点到液面的竖直距离，即深度。 案例1：人能否在水中无限下潜？ 答：不能。因根据液体内部压强的特点有“液体内部的压强随深度的增加而增大”，人若在水中无限下潜的话，会因水的压强越来越大而压坏胸腔致死。 案例2：深海的鱼被捕上来后，即使放在盛海水的容器中也会很快死去，这是为什么？ 答：这是因为深海中的鱼已适应长期高水压的生活环境，当被捕放在盛海水的容器中时，水压变小，鱼体内的压强大于体外的，故其会很快死去。 3. 连通器 特点：同一液体、不流动时液面相平 （1）水壶与壶嘴组成连通器 （2）锅炉与其外的水位计组成连通器 （3）水塔与自来水管组成连通器 （4）船闸 典型例题 知识点一、流体压强和流速的关系 例1. 如图所示，小明把一纸条靠近嘴边，在纸条的上方沿水平方向吹气时，纸条会向__________（选填“上”或“下”）偏移，这个现象说明，气体流动时，流速 的地方压强小。 分析：考查了：流体压强与流速的关系。在纸条上方沿水平方向吹气时，纸条上方的空气流速加快，气压减小，小于纸条下方的气压，纸条在气压差的作用下向上偏移，这表明了气体流动时，流速大的地方压强小。 答案：上 大 例2. 将如图所示的装置接到水流稳定的自来水管上，当水在玻璃管中流动时，可以看到ａ管中的液面比ｂ管中的液面______，这说明Ａ处压强比Ｂ处压强________，而Ｂ处的横截面积小，水的流速显然比Ａ处的______，由此可知：流体在流速大的地方压强_______，在流速小的地方压强_________。 分析：流体中流速大的地方压强小，故A处流速比B处的慢。 答案：高、大、快、小、大 例3. 发生龙卷风时，如果将门窗紧闭是很危险的，因此时屋外空气的流速_____，因而压强_____，而屋内的空气由于没有和屋外的空气进行有效的流通，因而压强基本恒定，所以屋内、外就形成了较大的压强差，很可能将房顶掀翻。所以正确的做法是保持屋内、外空气的有效流通，以维持内外压强的基本平衡。 分析：流体压强与流速关系的应用。 答案：大；小 例4. 探究气体压强与流速关系的实验装置如图甲所示，其中两端开口的U形管中有适量的水，U形管的左端通过橡皮管与玻璃管侧壁的管口相连通。小华用电吹风机向玻璃管中吹风，风速为v1时，U形管内水面高度差如图乙所示；风速变为v2后，U形管内水面高度差如图丙所示。比较乙、丙两图中U形管内水面的高度差，可知风速v1______v2。（选填“＞”、“＜”或“＝”） 分析：由于流速快的位置压强小，所以乙的压强小，流速快。 答案：>。 例5. 如图所示装置为小明的课外小制作，A是去除了瓶底、瓶口无盖的硬塑料瓶，B是两端开口的U形管，它的一端与塑料瓶内部相通，U形管内装入有颜色的水，两侧水面相平。当从瓶口左端向瓶内适度吹风时，U形管内左侧水面 于右侧水面。（选填“高”或“低”） 分析：B处流速快故压强小。 答案：高。 例6. 如下图甲所示，小丽同学在倒置的漏斗里放一个乒乓球，用手指托住乒乓球，然后从漏斗口向下用力吹气，并将手指移开，可看到乒乓球不会下落，此实验现象说明： 。 同组的小刚同学设计了如图乙所示的小实验，他把一张半卷着的硬纸片摆放在桌子上，当用力向硬纸片的下面吹气时，可以发现硬纸片 。（请你根据所学知识推测实验现象） A. 保持静止状态 B. 匀速直线运动 C. 不会翻转过去 D. 会翻转过去 答案：流体中流速快的位置压强小。C 例7. 草原犬鼠的空调系统 下图甲是非洲草原犬鼠洞穴的横截面示意图，洞穴有两个出口，一个是平的，而另一个则是隆起的圆形土堆. 生物学家不是很清楚其中的原因，他们猜想：草原犬鼠把其中的一个洞口堆成土包状，是为了建一处视野开阔的瞭望台。但如果这一假设成立的话，它又为什么不把两个洞口都堆成土包状呢？那不就有两个瞭望台了吗?实际上，两个洞口的形状不同，决定了洞穴中空气流动的方向。吹过平坦洞口表面的风流速小，压强大；吹过隆起洞口表面的风流速大，压强小。因此，地面上的风就吹进了犬鼠的洞穴，给犬鼠带去习习凉风。 请回答下列问题： （1）在图甲上标出大鼠洞穴中空气流动的方向。 （2）试着运用上文提到的物理知识，说明乘客为什么必须站在安全线以外的位置候车（图乙）? 答案：（1）如图所示. （2）因运动中的火车其周围的空气流速大，压强小，乘客靠近运动中的火车时易发生事故。 例8. 如图是某家用燃气热水器的结构原理图，微动开关S与活塞相连，活塞与水管相通，淋浴时，打开淋浴阀，喷头有水喷出，根据__________________的规律，活塞应向_________（选填“左”或“右”）移动。由电磁铁的磁力把燃气阀打开，同时电子点火器点火，燃气进入灶头燃烧，有热水流出；淋浴后，关闭淋浴阀，热水器熄火，若热水器各部件完好，水压正常，打开淋浴阀后，电子点火器能点火却无火焰，原因可能是__________________。（写出一点即可） 答案：流速大，压强小 右 电源电压太低或无燃气 例9. 据报道，我国已制造出“世界上最快的高速列车（如图），其运行速度可达380km/h。这种列车的进站速度要比普通列车大一些. 为避免候车乘客被“吸”向火车的事故发生，站台上的安全线与列车的距离也要更大些。这是因为列车进站时车体附近 A. 气流速度更大、压强更小 B. 气流速度更大、压强更大 C. 气流速度更小、压强更大 D. 气流速度更小、压强更小 答案：A 知识点二：液体压强复习 例1. 如图甲所示，小明用压强计研究“液体内部压强与深度的关系”。 （1）将安装好的压强计探头缓慢放入液体中，并逐渐向下移动，在此过程中观察到压强计U形管两边的液柱高度差 。（选填“变大、不变、变小“） （2）如图乙和丙，杯中分别盛有清水和酒精，小明想将它们区分开来。他将压强计的探头先后浸没到两杯液体中，结果丙图中压强计U形管两边的液柱高度差较大，能否由此确定丙图杯中盛的是清水？为什么？ ____________________________________ 。 分析：液体压强只跟液体密度和进入液体的深度有关，要注意控制变量法的应用。 答案：（1）变大 （2）不能，因为没有控制探头进入液体的深度相同。 例2. 如图所示，把同一支压强计的探头先后放入A、B两种液体中的不同位置，压强计U形管两边的液面高度差相等，比较两种液体的密度可知(A______(B。 答案：大于 例3. 小玲同学在研究“水产生的压强与水的深度的关系”的实验中，的部分数据如下表。请你对数据进行分析，归纳出水产生的压强与水的深度的关系：_________________。 水的深度h/m 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 水产生的压强p/103Pa 0.49 0.98 1.47 1.96 2.45 2.94 分析：根据表格写结论时应注意格式。 答案：水产生的压强和水深度的关系式为：p=1×104Pa/m·h。 例4. 小梅把同一支微小压强计的探头先后放入甲、乙两种液体中的同一深度处，压强计U形管两边的液面高度差如图所示。比较两种液体的密度可知(甲______(乙。 答案：大于。 提分技巧 1. 流体压强大小与流速的关系：在流体中，流速越大的地方，压强越小；流速越小的地方，压强越大。 2. 压力：垂直作用在物体表面上的力叫压力。 3. 压强：物体单位面积上受到的压力叫压强。 4. 压强公式：P=F/S，式中P的单位是：帕斯卡，简称：帕，1帕=1牛/米2，压力F的单位是：牛；受力面积S的单位是：米2 5. 增大压强的方法： （1）S不变，F↑； （2）F不变，S↓； （3）同时把F↑，S↓。而减小压强方法则与此相反。 6. 液体压强产生的原因：液体受到重力。 7. 液体压强的特点：（1）液体对容器的底和壁都有压强，（2）液体内部向各个方向都有压强；（3）液体压强随深度的增加而增大，在同一深度，液体向容器各个方向的压强相等；（4）不同液体的压强还跟液体密度有关。 *8. 液体压强计算公式：P=ρgh（ρ是液体密度，单位是千克/米3；g=9.8牛/千克；h是深度，指液体自由液面到液体内部某点的竖直距离，单位是米。） 9. 根据液体压强计算公式可得：液体的压强与液体的密度和深度有关，而与液体的体积和质量无关。 预习导学 1. 浮力产生的原因是什么？ 2. 阿基米德原理是怎样的？ 3. 怎样计算物体所受的浮力？ 同步练习（答题时间：60分钟） 一、流体压强和流速的关系 1. 用手拿住一张柔软的纸的一边，然后用口沿水平方向对其上表面吹气，结果会发现，纸会向_____偏折，原因是什么？ 2. 由于机翼上凸下凹的特殊造型，当一股气流沿着机翼流过时，机翼上方通过的气流流速比机翼下方通过的气流流速_____些，于是机翼上方所受气流的压强_____下方所受气流的压强，以致向上的压力_____向下的压力，从而形成机翼的升力。 3. 在F1赛车的设计中，工程师们经常用到这样的设计思路：在赛车的尾部装有导流罩，导流罩具有类似于上凹下凸的结构特点，赛车在高速行驶的过程中由于导流罩下方的气流速度_____导流罩上方的气流速度，使赛车获得方向向_____的空气压力的合力，使赛车对地面的_____力增大，从而使赛车获得的地面的_____力增大，令赛车在高速转弯时能易于控制，不易翻车，大大地提高了赛车的安全性。 4. 使用如图所示的压力保温瓶，只要用力将活塞向下按，瓶中的水就会从出水管中流出，这是因为按下活塞后，瓶内水面上方的空气体积________，压强________，当瓶内气压________外界大气压并使气压差达到一定程度时，水就从出水管中流出。 5. 如图所示，把一纸条放在嘴边，用力从纸条上方向前吹气，纸条就会向上飘起来，下列对此现象的分析，正确的是 （ ） A. 吹气时纸条所受浮力增大，故其向上飘起 B. 其实上述现象不可能发生，从纸条上方向前吹气，给纸条一个向下的力，纸条应向下运动 C. 吹气时纸条上方空气流速大，流体压强小，故其向上飘起 D. 纸条向上飘起的动力和热气球升空的动力是一样的 6. 将两根筷子平放在桌面上，在两根筷子之间放上两个乒乓球，用吸管向两个乒乓球中间吹气，如图所示，你能看到的现象是_______________________________________ 7. 每当疾驰的汽车经过时，路旁的纸屑、细草等常常被吸向汽车，试说明其中的道理. 流体压强与流速的关系能力提高题 8. 提速的列车车窗需要安装很厚的特制玻璃，不然在开阔的原野上行驶时（特别是在两辆列车交会时）玻璃就有破碎的危险，这是为什么?若玻璃破碎的话，是压向车内还是车外? 9. 如图所示，用嘴巴对着两张竖直放置的纸吹气，两张纸会_________；造成这种现象的原因是____________________________________。 10. 利用身边的物品可以做许多物理实验. 现将两只玻璃杯口对口地放在同一水平面上，两个杯口之间的距离大约为1cm。把乒乓球放入其中的一个杯子里，双手扶稳杯子（如图所示），对准两杯口中间用力吹气，乒乓球将_________，你判断的依据是______________。 二. 压强复习习题 课堂回顾： 11. 液体内部产生压强的原因，是因为液体具有__________，所以液体内部向各个方向都有压强。测量液体内部压强的仪器是____________。 12. 用压强计来研究液体内部的压强，当把蒙有橡皮膜的金属盒放入液体中时可以看到压强计U形管两边的水面产生高度差，这表明____________________________________，金属盒浸入液体中越深，U形管两边水面的高度差越_____________，这表明液体内部压强随__________的增加而__________________________。若金属盒所处深度不变，转动金属盒，使蒙橡皮膜的盒口向上、向下或向任何方向，则压强计U形管两边水面的高度差_______，这表明液体内部同一深度处_______________。 13. 在两端开口的玻璃管下端扎一橡皮膜，插入盛水的杯内，此时橡皮膜将________________（选填“向上凹进”或“向下凸出”）。这是因为橡皮膜受到液体的_________，如果这时往玻璃管中倒入一些水，但管中的水面仍低于杯内的水面，则橡皮膜___________。如果继续往玻璃管中倒水，直到____________________________________，橡皮膜就变平了，表明这时橡皮膜的上表面和下表面受到的液体压强______________。 14. 一正方体悬浮于某种液体中，其上表面与液面平行，则其上表面与下表面受到的液体压强：P上__________P下，左表面和右表面受到的液体压强：P左______________P右。（选填“>”、“<”或“＝”） 15. 液体内部压强的特点是： （1）液体内部向____________都存在压强。 （2）液体内部压强的大小随__________________的增加而增大。 （3）在同一深度处，液体向______________________的压强都相等。 16. 在一个粗玻璃管的下端扎上一块薄橡皮膜，向管中灌入的水越多，橡皮膜向外凸出得越厉害。这表明水对容器底的压强随深度的增加而_______________。（选填“增大”或“减小”） 17. 液体内部向各个方向都有压强，压强随深度的增加而_____________，但在同一深度处，液体向各个方向的压强_____。 稳步升级： 18. 把装有水，水深为10cm的茶杯放在水平桌面上，如图所示，水对杯底的压强为_______Pa。现要使水对杯底的压强增大，可采取的方法是_____（g取10N／kg） 19. 如图是水坝的截面图，水坝筑成下宽、上窄的形状，是考虑到水对坝体侧面有____，并且随深度的增加而_______。 20. 如图，两只相同的烧杯分别装有质量相等的煤油和水，则两只杯子底部受到的液体压强应该是 A. P甲＞P乙 B. P乙＞P甲 C. P甲=P乙 D. 无法判断 21. 如图所示，装满水的密闭容器置于水平桌面上，其上下底面积之比为4：1，此时水对容器底部的压力为F，压强为P。当把容器倒置放到水平桌面上后，水对容器底部的压力和压强分别为 A. F，P B. 4F，P C. 1/4F，P D. F，4P 试题答案 1. 上方；上方空气的流速快，因而压强小，下方的空气几乎不流动，因而压强大，所以在纸的上下方形成了方向向上的压强差，使纸向上偏折。 2. 大；小于；大于 3. 大于；下；压；摩擦 4. 减小 增大 大于 5. C 6. 乒乓球向中央滚动 解析：用吸管向两个乒乓球中间吹气时，两球内侧的压强小于两球外侧的压强. 7. 气体流速大时气压小. 8. 空气相对于高速行驶的列车来说流速很大，压强很小，而列车内的空气相对于列车来说并不流动，因此压强较大，故内、外压强差会压碎玻璃，破碎的玻璃会被压向车外. 9. 靠近 流体速度大，气压小 10. 向右运动 气体流速越大，压强越小 11. 流动性，压强计 12. 水的内部存在压强，大，深度，增大，不变，水向各个方向的压强一样 13. 向上凹进，压强，向上凹进部分减小，管中的水面与杯内的水面相平，相等 14. ＜，＝ 15. （1）各个方向 （2）深度 （3）各个方向 16. 增大 17. 增大，相等 18. 压强 增大 19. 1000 向杯中加水 20. C 21. B 伯努利原理悬浮球       我们在园林或宾馆大厅中，常看到大理石球或水晶玻璃球在喷泉水柱上浮滚不息的奇妙景象。奇怪的是，滚动旋转的石球或水晶球，稳稳地在水柱上滚转，不会跌落下来。是什么神奇的力量在支托呢？     原来，就是水柱的压力在支托，而且在流体中，如果速度小，压力就大；如果速度大，压力就小。假如球体往外倾斜，造成水流速度差异，变化的水压就会使球往内运动，保持原来的平衡状态。这就是伯努利原理。 伯努利原理悬浮球 十一 28 地下通道 教研|〖数理探究〗 Add comments 家住五里河，每天要过青年大街到体育场对面乘车，早上车速快又没有红灯，以前就因路人横穿马路发生过恶性交通事故。尽管也开通了地下通道，因长期闲置被随地方便，多数人宁愿冒险也不愿意过那乌烟瘴气的通道。 想起物理上的伯努利原理，或许城市里的地下通道也可以借鉴一下北美草原上犬鼠洞穴的通风原理。 伯努利原理：瑞士科学家兼数家伯努利经过无数次的实验后发现：当流体的速度加快时，物体与流体接触的接口上的压力会减小，反之压力会增加。 这是北美草原犬鼠洞穴的截面示意图，两侧的“房间”分别是犬鼠的“卧室”和“储藏室”。 洞穴有两个出口，一个是平的，而另一个则有隆起的圆形土堆。生物学家起初犬鼠把土堆到洞口是为了建一个视野开阔的瞭望台，然而为什么不在两边都建呢？用伯努利原理来解释： (1)流经平坦洞口的空气 (2)流经土包的空气速度相对较大，从而形成一个低压区 正是因为两个洞口形状的不同决定了洞穴中空气流动的方向，即风从平坦的洞口吹入，从隆起的洞口吹出，这就是草原犬鼠的换气空调系统。 或许犬鼠比人类先掌握如此技术呢:)增加地下通道内空气的流通或可缓清乌烟瘴气的现状... 部分资料参照《科学探索者•运动、力与能量》 生活用品与大气压 1）真空压缩保存袋2）吸尘器 在吸尘器的工作过程中，吸尘器靠电动机高速驱动风机叶轮旋转，使空气高速排出，而风机前端吸尘部分的空气不断地补充风机中的空气，致使吸尘器内部产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差。在此压差的作用下，吸入含灰尘的空气，经滤尘器过滤，排出清净的空气，负压差越大风量越大，则吸尘能力也越大。 3）离心式水泵 利用大气压工作，在启动机器前要先灌满水 在动力机的带动下，叶轮高速旋转时，泵壳里的水被甩出水管，转轴附近形成低压区，外面的水就在大气压的作用下，推开底阀通过进水管进入泵壳，进来的水又被叶轮甩出，如此循环进行。   � � � �