“流體壓強與流速的關系”的實驗設計
一、引入
(1)演示實驗:展示如圖1所示t型管(儀器自制)。
a端接水源,c端去水槽,d管插入裝有色液體的容器e中。實驗開始前設問:水從a端流入,流到d管上端b處時會怎么流?讓學生討論后進行實驗:結果發現水不僅不會從d管流出,反而把容器e中的水吸上去,從c管一起流出。
(2)學生實驗:如圖2所示
把一乒乓球放在倒置漏斗口處,從漏斗頸中用勁向下吹氣,能否把乒乓球吹跑?
通過實驗發現:乒乓球不僅不會吹跑,反而被“吹”上去了。
這兩個實驗的結果與同學們的生活經驗及想象是相反的,極大地激發了學生的好奇心和求知欲。
二、探究
(1)演示實驗:出示如圖3(a)所示儀器(自制)。
a管接水源,c管去水槽,水源加著色劑,a,c兩端均裝有可調節的閥門。
首先讓學生觀察a,b,c三管截面積大小:sa>sc>sb,然后讓水流進儀器,用閥門控制使水靜止,觀察三根豎直管中水的高度ha>hb>hc,如圖3(b)。從已學知識可知,豎直管中水的壓強等于各管中水的壓強,即此時:pa=pb=pc接著讓水流流動,在觀察三根豎直管中水的高度:ha>hb>hc。如圖3(b),從而得出:pa>pc>pb。在流量相等的情況下,由流速與截面積的關系可知:vb>vc>va。綜合此時三管中壓強的關系得出結論:流速較大的位置,壓強較小。
(2)分析解釋兩個引入實驗
三、應用
(1)機翼的升力
① 學生實驗:用手將薄紙條的一端靠在嘴唇下,讓另一端自然下垂,沿紙條上方輕輕吹氣,觀察紙條的運動,并解釋實驗現象。
② 演示實驗:出示如圖4所示的自制機翼模型。
用細線把它固定在支架上(線稍長可使之升降),在其前方用電吹風吹風,可發現機翼模型向上升,然后把支架倒置,再次實驗。然后分析機翼升力產生的原因。
(2)噴漆搶
演示實驗:如圖5,把噴漆搶的吸管b改成透明管,a管接微型接氣泵,打開氣源后可觀察到噴嘴處氣流把容器c中的有色液體吸上來并噴出去。
四、鞏固
(1)學生實驗:把兩薄紙條相互靠近,豎直下垂拿在手中,從中間吹氣,觀察實驗現象并解釋。
(2)學生舉出生活中的有關現象,并簡要分析。
五、思考
請同學們設計一艘迎風前進的帆船。