9.4 流体压强与流速的关系
一.选择题(共10小题)
1.以下内容摘自小余同学的科学学习记录本,其中正确的是( )
A.图中将A管的下端插入水中,往B管吹气,可看到的现象是A管
内的水面会上升
B.图中实验,向外拉活塞,试管内停止沸腾的水再次沸腾,可知气压
减小,水的沸点升高
C.图中实验,向两张纸的中间吹气,纸的下端会分散飘开
D.在图中容器的a点对水进行加热,水流动的方向是逆时针
2.以下现象不能用流体压强与流速的关系来解释的现象是( )
A.风顺着窗外的墙面吹过时,窗口悬挂的窗帘会飘向窗外
B.用吸管把饮料吸进嘴里
C.当火车驶过时,人应站在安全线以外,防止被火车“吸”过去
D.护航编队船只几乎都采用前后行驶而非并排行驶
3.如图所示,以下四个关于“气体压强与流速的关系”的现象中,压强p、p大小关系正
12
确的是( )
A.p<p B.p=p C.p>p D.p<p
12121212
4.我们经常看到这样的现象:在无风的天气,汽车在马路上快速驶过以后,马路两边的树
叶会随风飘动,如图所示,汽车向左行驶,马路两边的树叶会沿着A、B、C哪一个方向
飘动( )
A.向 A 方向飘动 B.向 B 方向飘动
C.向 C 方向飘动 D.条件不足,无法判断
5.打开自来水龙头,使自来水流过如图所示的玻璃管,水流动过程中,A、B、C三处压强
的大小关系是( )
A.A处最小 B.B处最小 C.一样大 D.无法确定
6.如图所示,从倒置的漏斗口用力向上吸气或向下吹气,乒乓球都不会掉下来。下列说法
正确的是( )
A.吸气或吹气都增大了乒乓球下方气体的压强
B.吸气或吹气都减小了乒乓球上方气体的压强
C.吸气减小了乒乓球上方气体的压强,吹气增大了乒乓球下方气体的压强
D.吸气增大了乒乓球下方气体的压强,吹气减小了乒乓球上方气体的压强
7.如图所示,用电吹风吹机翼模型,探究飞机的升力产生的原因,下列说法正确的是( )
A.图中A、B、C三点,气体流速最快的是C点
B.图中A、B、C三点,气体压强最大的是B点
C.图中A、B、C三点,气体压力最大的是A点
D.若增大风力,机翼模型获得的升力将不变
8.深圳地区经常会有台风(如图所示),市政府要求居民将简易的房顶加固,对于这一要
求下列解释正确的是( )
A.屋顶上方空气的流速小于下方,屋顶被向下压垮
B.屋顶上方空气的流速小于下方,屋顶被向上掀起
C.屋顶上方空气的流速大于下方,屋顶被向上掀起
D.屋顶上方空气的流速大于下方,屋顶被向下压垮
9.如图1所示,静止时U型管两液面相平,下列选项包含图2中所有合理情形的是( )
A.乙、丁 B.甲、丙 C.乙、丙 D.甲、丁
10.物理老师在实验室做“流体压强与流速关系”的演示实验:图甲所示的是由粗细不同
的三节塑料管A、B、C连接而成的装置,三节管中分别接有三个相同传感器的探头,传
感器与电脑相连。老师将抽气机与C管右端相连后开始抽气,电脑绘制出的三节管中的
气体压强随时间变化的p﹣t图象如图乙所示。则下列描述正确的是( )
A.抽气过程中,三节管中的气体流速相同
B.实验室的大气压为101.0kPa
C.0~4s,C管中的气体压强变化最大
D.图象③是A管中的气体压强随时间变化的图象
二.填空题(共8小题)
11.电动车是一种方便出行的交通工具,为了遮阳和挡雨,许多电动车都安装了如图所示
的特制伞,金我们带来方便的同时也带来了安全隐患,原因是电动车开快时,伞下方空
气流速相对伞上方较 ,伞下方的气压 (选填大于、等于或小于)伞上方
的气压,使伞受到一个向上的 力,使电动车不能平稳行驶。
12.如图所示,足球绕过“人墙”射入球门,在球转动方向与球前进方向相同的一侧,空
气相对球的流速小;在另一侧,空气相对球的流速大,则在球转动方向与球前进方向相
同的一侧的压强 (选填“大”或“小”),由此产生的压力差导致球沿弧线飞行。
13.如图是某种喷雾器的工作原理示意图,当喷雾器未工作时,细管A内外气压相等,细
管A内外液面 ,当喷雾器工作时,空气从细管B的右端快速喷出,导致细管A
上方空气的流速突然增大,细管A内液面上方气压比容器内液面上方的气压 ,液
体就沿细管A的管口流出,同时受到气流的冲击,形成雾状向右喷出。
14.如图,在水平面固定两根圆木棒,放两个乒乓球在木棒上静止,用吸管在两球中间吹
气,两球会向中间靠拢。据此推断两球之间气体压强p 两球之外气体压强p(选
12
填“>”、“=”、“<”);画出A球水平方向上受到的力(实心点A表示A球,忽略一切
阻力)。
15.如图所示,是新兴起的“无叶电风扇”,其原理是利用空气流动造成的气压改变从而形
成风它的中有台超强电动机,启动后它吸入大量空气,再从环形的内壁缝隙向后喷出,
这部分喷射空气因流速大压强 ,从而使周围空气 (选填“靠近“或“远
离”)这部分喷射空气流动,就形成了风。
16.如图1所示,小羽喝完酸奶后,用力吸了一下吸管,发现酸奶盒变瘪了,这个现象可
以证明 的存在,还能说明:力可以 。当她把一张轻质纸放在两本书上,
如图2所示,在纸面下方沿水平方向吹气,原平整的纸会从两书间的空隙下陷。据此推
断空气对纸片上表面的压强 (选填“大于”“等于”或“小于”)空气对纸片下表
面的压强,进而得知:“在气体中,流速越大的位置,压强越” (选填“大”或
“小”)
17.如图所示是演示“流体压强和流速的关系”的实验装置,U形管中装有水,直径相同的
a、b两管中的水静止时液面相平。如果在右端c处往装置里用力吹气,导致b管上方气
流速度 (选填“大于”、“小于”或“等于”)a管上方的气流速度,b管与a管的
水面上方形成气压差,U形管中 (选填“a”或“b”)管水面升高。
18.某同学利用硬币做实验(如图所示),已知硬币质量为m,查找规律:在地面附近同一
高度会高度差不显著的情况下,空气流速v与压强P的关系可表示为ρv+p=C,式中
C是常量,ρ表示空气密度,根据关系式可知:
(1)近海面时,空气流速为0时,常量C等于 帕
(2)当硬币被吹起时,硬币上、下表面的压力差△F=
(3)写出刚好将硬币吹起时吹气速度v的表达式v= (用ρ,S,m,g表示)
2
三.实验探究题(共3小题)
19.学习了“流体压强”的知识后,小明在家里做了如图的实验:
(1)由图甲所示的实验,只打开A阀门,水流入管道,当水稳定后,a管液面高度 b
管液面高度;再打开B阀门,在水向外流的过程中,a管液面高度 b管液面高度。
(两空均选填“大于”、“等于”或“小于”)。
(2)在图乙所示的实验中,电扇转动后,托盘测力计的示数 。
(3)在倒置的漏斗里放一个乒乓球,用手指托住乒乓球(如图丙)。然后从漏斗口向下
用力吹气,再将手指移开,乒乓球 (选填“会”或“不会”)掉下来。
(4)小明想,能否用压强计探究气体压强与流速关系呢?他设计了如图丁中A所示的实
验装置,小明用嘴向玻璃管中吹气,U形管内液面高度差如图B所示,此时玻璃管内D
点的气体压强为p,速度为v;小华再次吹气后,U形管内液面高度差如图C所示,此
11
时玻璃管内D点的气体压强为p,速度为v.则p p,v v.(选填“<”、
221212
“=”或“>”)
(5)城市建设中,为了解决“H”形地下通道中过道的通风问题,工人们设计了如戊方
案。黑色部分为墙面凸出部分,“M”为安装在过道顶的电风扇,其中既有效又节能 。
20.老师在课堂上做了一个有趣的实验:将两个纸杯轻轻叠在一起,然后在杯口水平吹起,
这时内杯会“跳”出来,内杯为什么会“跳”出来呢?
小明认为吹气时有气流进入两杯间的空隙,增大了空隙间的气体压强,于是把内杯被顶
出来了。小芳则认为吹气时,内杯口的空气流速增大,气压减小,而两杯之间的空气可
认为流速为0,气压相对杯口较大,因而产生一个压强差,把内杯给顶出来。为了证明
谁的观点正确,他们先将两个同样的纸杯轻轻地叠在一起,并将外纸杯的底部剪去,然
后做了以下实验:
①他们拿起叠在一起的杯子,然后对着杯口水平吹气(如图1),发现内杯没有跳起来。
②他们将叠在一起的纸杯固定在水平桌面上(与桌面密封),然后对着杯口同样水平吹气
(如图2),发现内杯跳了起来。
多次重复上述实验,均有相同现象。回答下列问题:
(1)上述实验可以证明 的观点是正确的。
(2)请对②实验中内杯跳起来这种现象的原因作出解释: 。
(3)另一位同学又提出能证明谁的观点正确的操作方案:将内纸杯的杯口剪去,使其杯
口低于外纸杯的杯口,然后同样对杯口水平吹气(如图3)。该方案可行吗?并说明理
由 。
21.小明同学在放风筝时发现,风筝总是迎风飞行,并和水平的气流方向形成一个夹角,
即飞行的迎角,他对风筝飞行时所获得的竖直向上的升力F与哪些因素有关提出了猜想:
L
猜想1:放风筝时风速的大小;
猜想2:放风筝时风筝面与水平气流方向的夹角;
猜想3:所选风筝的面积大小。
(1)图甲中风筝静止在空中,风向为水平 (选填“向左”或“向右”),绳子对
风筝的拉力和风筝获得的升力是 (选填“平衡力”或“非平衡力”)。
(2)为了研究风筝飞行的升力与某因素之间的关系,小明利用风机、升力测力计、平纸
板做长方形的风筝模型按图乙方式进行如下实验。
a.使风筝模型的迎角为0°,闭合风扇的开关,调节档位使其风速逐渐增大,记录三次
不同风速下模型获得升力的数值。
b.改变迎角大小,使其分别为5°、10°、15°、20°,重复步骤a。
c.处理相关数据得到在不同迎角及风速下的升力F(单位N)数据如表。
L
迎角θ 0° 5° 10° 15° 20°
升力FL/N
风速v/(m•s)
2.0 0 0.11 0.17 0.20 0.19
4.0 0 0.44 0.68 0.80 0.76
6.0 0 1.00 1.53 1.81 1.72
﹣1
①放风筝的时候,人们常常拉着风筝奔跑,这是采用 的方式,增加升力。
②在图丙中描绘出风速为4.0m/s时,升力与迎角的关系图象。
③分析数据可知,迎角小于20°时,升力与迎角的关系为 。
④小明要继续探究升力与面积的关系,应该如何设计实验: 。
(3)将风筝模型换为机翼模型,当迎角为0°时,升力测力计有示数。据此,关于风筝
飞行获得的升力大小可能还与哪些因素有关,你的猜想是: 。
四.计算题(共1小题)
22.假期中,小明从南阳乘坐飞机到上海旅行,查阅相关资料后,他对飞机上涉及的物理
知识进行了分析与研究。
(1)飞机飞行时,机翼上方的空气流速 (选填“大于”、“等于”或“小于”)下
方的空气流速,使机翼上下两表面产生压力差,为飞机提供升力,用到的物理原理
是 。
(2)飞机在高空飞行时,机舱外气压很低,机舱内始终保持1.0×10Pa的气压,如图
甲所示是大气压随高度变化的图象。当客机飞行在7km高度时,面积是200cm的舷窗承
受的内外压力差是多少?
(3)重为60t的飞机,静止在水平跑道上(图乙),若每个轮子的接地面积为200cm(共
6轮子),则飞机对跑道的压强为多少?(g=10N/kg)
2
2
5
参考答案
一.选择题(共10小题)
1.
A。
2.
B。
3.
C。
4.
A。
5.
B。
6.
B。
7.
C。
8.
C。
9.
B。
10.
D。
二.填空题(共8小题)
11.解:伞的形状是上方凸起的,当气流经过时,上方的流速大,压强小,下方的流速小,
压强大,伞下方的气压大于伞上方的气压,这样就会产生一个向上的升力,使伞容易被
风吸起来,使电动车不能平稳行驶。
故答案为:小;大于;升。
12.解:在旋转方向与球前进方向相同的一侧,空气相对于球的流速比另一侧较小,在球
旋转方向与球前进方向相同的一侧的流体压强大;而球另一侧流速大,压强小,故球的
两侧流速不同,两边的压强差不同,由此产生的压力差导致球沿弧线飞行。
故答案为:大。
13.解:当喷雾器未工作时,细管A与烧杯构成连通器,连通器的液面是相平的;
当喷雾器工作时,空气从细管B的右端快速喷出,导致细管A上方空气的流速突然增大,
气压突然减小,细管A内液面上方气压小于细管A外液面上方的气压,液体就沿细管A
的管口流出,同时受到气流的冲击,形成雾状向右喷出。
故答案为:相平;小。
14.解:流体流速越大的位置压强越小。向乒乓球中间吹气时,乒乓球中间流速大,压强
变小,乒乓球外侧大气压不变,所以乒乓球外侧压强大于内侧压强,所以乒乓球向中间
靠拢。
由于乒乓球两侧的压强不同,故压力不同,A球水平方向上向右的力大于向左的力。如
图所示:
故答案为:<;见上图。
15.解:根据流体压强和流速的关系可知,空气宽度只有1.3毫米的缝隙中向外喷出,这
部分喷射空气因流速大,压强小,在压强差的作用下,周围空气靠近这部分喷射空气流
动,就形成了风。
故答案为:小;靠近。
16.解:(1)用力吸一下空奶盒,盒内气体减少气压减小,小于外界大气压,在大气压的
作用下奶盒变扁了,这个现象说明了大气压的存在。
大气压使奶盒变扁,说明了力可以改变物体的形状。
(2)吹气时,纸片下方的空气流速快,产生的压强小,小于外界的大气压,所以纸片会
陷下去;
由此得知:“在气体中,流速越大的位置,压强越小。
故答案为:大气压;改变物体的形状;大于;小;
17.解:如果在右端c处往装置里急吹气,b处比a处粗,导致b管上方气流速度小于a管
上方的气流速度,b管与a管的水面上方形成气压差,U型管中a管水面升高。
故答案为:小于;a。
18.解:(1)由公式ρv+p=C(式中C是常量,ρ表示空气密度)可知:空气流速越大,
2
压强小;空气流速越小,压强大。常量C表示空气流速为0时的压强p=1.01×10Pa。
(2)在吹硬币时,硬币下方的空气流速为0,代入公式ρv+p=C中,得:ρ×0+p
下下
2
5
=C,即:硬币下方空气压强p=C。
吹硬币时,硬币受到三个力的共同作用:硬币上表面的压力F、下表面的压力F、硬
上下
币的自重G;
那么刚好被吹起时,F=F+G,即:硬币上、下表面的压力差△F=G=mg。
下上
(3)刚好吹起硬币时可看作硬币受到平衡力的作用,即△F=G。
此时硬币上方的压强为:p=C﹣ρv;
上
硬币下方的压强为:p=C(空气流速为0);
下
那么硬币上下方的压强差为:p﹣p=△p=ρv;
下上
因为△F=△p⋅S
所以ρv⋅S=G=mg,即:v=;
5
2
2
2
; 故答案为:(1)1.01×10Pa;(2)mg;(3)
三.实验探究题(共3小题)
19.解:
(1)打开A阀门,水流入管道,当水稳定后,a管、b管、大烧杯组成了连通器,则水
静止时水面是相平的。当打开B阀门,下面的粗管和细管中水的流量相同,细管中水的
流速大、压强小,支持的水柱高度小;粗管中水的流速小、压强大,支持的水柱高度大,
所以a管液面高度大于b管液面高度;
(2)电扇转动后,气流会流经飞机机翼模型,机翼模型上方凸,空气通过的路程长,流
速大、向下的压强小;机翼模型下方平,空气通过的路程短,流速小、向上的压强大,
从而形成了一个向上的压强差,所以托盘测力计的示数减小。
(3)从漏斗口向下用力吹气,乒乓球上方空气流速大、压强小,乒乓球下方空气流速小、
压强大,乒乓球受到向上的压强大于向下的压强,所以乒乓球不会掉下来。
(4)图丁中,向玻璃管中吹气时,由气体流速大的位置压强小可知,U形管左管内气压
小于右管内气压(外界大气压),则两侧气体压强差=水柱产生的压强,即p﹣p=p
大气左
水
;
图B中,U形管的液面高度差大,水柱产生的压强大,说明左管内气压小,即此时D处
的气体压强p小,空气流速v大;
11
图C中,U形管的液面高度差小,水柱产生的压强小,说明左管内气压大,即此时D处
的气体压强p大,空气流速v小;
22
所以,p<p,v>v。
1212
(5)要想让风经过过道,过道左右两端的气压应该不同,所以过道左右两端的通风道中
的空气流动速度不同。
如A图,过道左右两端的通风道相同,所以过道左右两端的通风道中的空气流动速度相
同,不能解决中间过道的通风问题,该方案不合理。
如图B,过道左右两端的通风道相同,所以过道左右两端的通风道中的空气流动速度相
同,不能解决中间过道的通风问题,该方案不合理。
如图C,过道右端的通风道有凸起,所以相同时间风经过过道右端的通风道时的路程长,
则风速较快,所以过道右端的气压小于左端的气压,所以空气会从过道的左端流向右端,
过道中有风通过。此方案不需要消耗其他能量,既有效又节能,此方案合理。
如图D,过道中有电动机,电动机工作时过道中空气流动速度加快,气压减小,空气会
从过道口流进来而通风,但需要消耗电能,故此方案虽有效但不节能,不合理。
故选C。
故答案为:(1)等于;大于;(2)减小;(3)不会;(4)<;>;(5)C。
20.解:(1)图1中外纸杯底部减去并拿起,图2中底部与桌面密封,吹气时图1中内杯
未跳起,而图2 中跳起,说明是有气体进入两杯间的空隙,增大了空隙间的气体压强,
于是把内杯被顶出来了,所以说明小明的观点是正确的;
(2)将叠在一起纸杯固定在水平桌面上,吹气时,气流进入两杯间隙到达被水平桌面、
内杯底部和外杯三者共同围成的空间,随着进入气体的增多,其空间内部的气压就增大,
当内杯受到气体对它施加的向上压力大于内杯重力后,内杯就跳起来;
(3)可行,此上杯口低于下杯口,导致上杯口空气流速与上杯底空气流速都小,近似为
0,不存在压强大小问题,如果再飞出,说明有气体进入下杯中将上杯顶起来,故方案可
行;
故答案为:
(1)小明;
(2)将叠在一起纸杯固定在水平桌面上,吹气时,气流进入两杯间隙到达被水平桌面、
内杯底部和外杯三者共同围成的空间,随着进入气体的增多,其空间内部的气压就增大,
当内杯受到气体对它施加的向上压力大于内杯重力后,内杯就跳起来;
(3)可行,上杯口低于下杯口,导致上杯口空气流速与上杯底空气流速都小,近似为0,
不存在压强大小问题,如果再飞出,说明有气体进入下杯中将上杯顶起来,故方案可行。
21.解:(1)风筝总是迎风飞行,故图甲中风筝静止在空中,风向为水平向左;
绳子对风筝的拉力和风筝获得的升力(竖直向上),两个力不在同一直线上,故是非平衡
力。
(2)①纵向比较表中数据知,在迎角相同时,风速越大,升力越大,故放风筝的时候,
人们常常拉着风筝奔跑,这是采用增加风速的方式,增加升力。
②根据表中数据,在图丙中描绘出风速为4.0m/s时,升力与迎角的关系图象:
③横向分析数据可知,迎角小于20°时,升力与迎角的关系为:在风速和面积一定时,
风速随着迎角的增大先变大后变小;
④根据控制变量法,小明要继续探究升力与面积的关系,要控制迎角和风速不变,改变
风筝面积进行多次实验;
(3)由表中数据,当风筝迎角为0°时,风筝飞行时所获得的竖直向上的升力为0,将
风筝模型换为机翼模型,当迎角为0°时,升力测力计有示数。据此,关于风筝飞行获
得的升力大小可能还和风筝的外形有关哪些因素有关。
故答案为:(1)向左;非平衡力;
(2)①增加风速; ②见上图;
③在风速和面积一定时,风速随着迎角的增大先变大后变小;
④控制迎角和风速不变,改变风筝面积进行多次实验;
(3)可能还和风筝的外形有关。
四.计算题(共1小题)
22.解:(1)飞机的机翼通常做成上凸下平的形状。飞机在机场跑道上滑行时,流过机翼
上方的空气速度大,压强小;流过机翼下方的空气速度小,压强大,故机翼上下方所受
的压强差形成了向上的升力,当飞机所受的升力大于飞机的重力时,飞机就飞起来了。
故用到的物理原理是流体流速大的地方压强小。
(2)由图甲知,当客机飞行在7km的高度时,机舱外的大气压为0.4×10Pa,机舱内的
气压为1.0×10Pa,
客机飞行在7km高度时,舷窗内外的压强差:
p=p﹣p=1.0×10Pa﹣0.4×10Pa=0.6×10Pa,
内外
故根据p=可得,舷窗承受的内外压力差:
F=pS=0.6×10Pa×200×10m=1200N。
(3)飞机对跑道的压力:
F′=G=mg=60×10kg×10N/kg=6×10N,
飞机对跑道的压强:
p′===5×10Pa。
6
3 5
5 ﹣42
5 5 5
5
5
答:(1)大于;流体流速大的地方压强小;
(2)客机飞行在7km高度时,舷窗承受的内外压力差1200N;
(3)飞机对跑道的压强5×10Pa。
6
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