气流速度与压力的关系(大气压强与流体压强)

Posted 2023-05-30

篇首语：将相本无种，男儿当自强。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了气流速度与压力的关系(大气压强与流体压强)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

气流速度与压力的关系(大气压强与流体压强)

大气压强与流体压强

【学习目标】
　　1、知道大气压及产生原因，记住一标准大气压的数值；
　　2、了解大气压的变化及其应用，掌握测量大气压的方法；
　　3、初步了解流体压强与流速的关系，知道飞机升力产生的原因。

【要点梳理】
要点一、大气压强

大气对浸在其中的物体产生的压强叫做大气压强，简称大气压，历史上能证明大气压存在的最著名的实验是马德堡半球实验。
要点诠释：
1、产生原因：空气受重力作用。
　　2、特点：空气和液体一样，具有流动性，所以大气压内部向各个方向都有压强。
　　3、单位：国际单位是帕斯卡(Pa)。
　　　　　　常用单位还有毫米汞柱（mmHg），厘米汞柱（cmHg），标准大气压(atm)
　　　　　　1标准大气压=760mmHg=76cmHg=1.013×105Pa。

要点二、大气压强的测量（高清课堂《大气压强与流体压强》）
1、托里拆利实验法
　　大气压强的数值不是确定不变的，要随各种因素的变化而变化。历史上托里拆利实验第一次测出了大气压的数值。
　　实验过程：如图所示，取一根长约1m的一端封闭的玻璃管，首先将管中灌满水银，用食指堵住开口一端把管倒立在水银槽里的水银中，松开食指，管内水银面下降，下降到一定高度就不再下降了。
　　托里拆利实验是将大气压强转化为液体压强来进行测量的。如图所示，在管内外水银面交界处设想有一假想的液片，由于水银柱静止，液体受到管内水银柱产生的向下的压强与外界大气压相等，也就是大气压支持了管内大约76cm高的水银柱，大气压强跟76cm高的水银柱产生的压强相等。
　　通常把等于760mm高的水银柱产生的压强的大气压叫做标准大气压。
　　根据液体压强公式。
　　在托里拆利实验中，管内上方是真空，管内水银柱的高度只随外界大气压的变化而变化，和管的粗细、倾斜角度、管的长度及将玻璃管提起还是下压等因素无关，只与水银柱的竖直高度有关。

　　2、气压计测量法
　　①气压计：测量大气压的仪器叫做气压计。
　　②常见的气压计：水银气压计、金属盒气压计

水银气压计是在托里拆利管的旁边设置一根与玻璃管平行的刻度尺，当外界大气压变化时，从刻度尺上直接读出管内水银柱的高度。
　　水银气压计的测量结果较准确，但携带不方便。
　　实际应用中经常使用金属盒气压计，也叫无液气压计，它的主要部分是一个被抽成真空的，表面是波纹状的金属盒，用弹性钢片向外拉着金属盒，弹性钢片与指针相连。当外界大气压发生变化时，金属盒的凸凹程度就发生变化，通过弹性钢片带动指针转动，指示大气压的数值。
　　金属盒气压计携带方便，但测量结果不够准确。

3、大气压的变化
　　（1）大气压随高度的升高而降低。由于越向高空，空气越稀薄，空气的密度越小，所以大气压随高度的升高而减小，由于大气层密度变化是不均匀的，因此压强随高度的变化也是不均匀的。在海拔2000m以内，每升高12m，大气压约减小133Pa(1mmHg)。
　　（2）天气、气候影响大气压：一般来说冬天的气压比夏天高，晴天的气压比阴雨天的高。温度升高、气压也升高，大气越潮湿，气压越低。

要点三、大气压强的应用
抽水机：抽水机又叫水泵，是利用大气压把水从低处抽到高处的装置。
　要点诠释：
　1、活塞式抽水机：如图所示，活塞式抽水机是利用大气压把水从低处抽到高处的。甲图中，活塞下行，阀门B关闭，活塞下方的水冲开阀门A，涌到活塞上面；乙图中活塞上升，阀门A关闭，活塞上方的水被抬升，从出水口C流出，与此同时大气压迫使水推开阀门B进入泵壳内，然后周而复始，反复摇动手柄D，即可不断向上抽水。
　　

　　2、离心式抽水机，在启动前先往泵壳内灌满水，排出泵壳内的空气，使泵内中心部分压强小于外界大气压强。当启动后，叶轮在动力机带动下高速旋转，泵壳内的水随叶轮高速旋转，被甩入出水管。

要点四、流体压强

物理学中把具有流动性的液体与气体统称为流体，如空气、水等。流体流动时也有压强，此时的压强叫流体的压强。
要点诠释：
1、探究流体压强与流速的关系
　　(1)对着两张平行放置的纸的中间吹气，使得两张纸中间的气流速度增大，这时两张纸外侧的气流速度相对较小，两张纸会向中间靠扰，这说明纸两侧的空气对纸的压力大于纸中间空气对纸的压力，可见空气流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。
　　(2)将两只小船放入水盘中，用水管向两船中间冲水，两船向中间靠拢，这说明船两侧的水对船的压力大于船中间的水对船的压力，可见液体流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。
　　2、在气体和液体中，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。

要点五、流体压强的应用—飞机的升力
1、飞机的机翼与空气流动速度
　　飞机的机翼一般做成上凸下平的形状，机翼的形状决定机翼上下表面空气流动的速度，从机翼横截面的形状可知，其上方弯曲，下方近似于直线、飞机飞行时，空气与机翼发生相对运动，由于机翼上方的空气要比下方的空气运行的路程长，所以机翼上方的空气流动比下方要快。
　　2、升力的产生
　　从机翼上方流过的空气通过的路程长，速度大，从机翼下方通过的空气通过的路程短、速度慢；于是空气对机翼上表面的压强小，对下表面的压强大，机翼上下表面所受压力差的方向竖直向上，这个压力差就叫“举力”，又叫飞机的“升力”，飞机起飞前要在跑道上加速滑行一段距离，直升飞机起飞前螺旋桨要高速旋转一段时间，两者都是为了获得较大的升力以升上高空。

【典型例题】

类型一、大气压强

1、下列事例中，利用大气压作用的是（　　）

A．用吸管吸饮料

B．飞机的机翼设计成流线型

C．用高压锅做饭

D．深水潜水员要穿特制的抗压潜水服

【思路点拨】（1）大气压的利用一般都是在某处使气压降低，然后在外界大气压的作用下，产生了某种效果；（2）流线型是前圆后尖，表面光滑，略象水滴的形状，具有这种形状的物体在流体中运动时所受到的阻力最小，所以汽车、火车、飞机机身、潜水艇等外形常做成流线型；（3）液体的沸点随着气压的增大而升高；（4）液体压强随深度的增加而增大。

【答案】A
【解析】A、用吸管吸饮料时，口腔内气压小于饮料瓶中的气压，在大气压的作用下，把饮料压入口内，这是有大气压的缘故，属于大气压的利用．故A符合题意；B、飞机的外形是仿照鸟类的体型设计建筑的，一般设计成流线型，这属于仿生技术，流线型能减小空气阻力，便于飞行，不属于大气压的利用．故B不符合题意；C、高压锅煮饭熟得快是利用液体的沸点随气压的增大而升高的原理，不属于大气压的利用，故C故不符合题意；D、深水潜水员要穿特制的抗压潜水服，是为了承受更大的水压，不是大气压的作用，故D不符合题意，

故选A。
【总结升华】大气压在现实生活中的存在和应用特别广泛，生活中要注意观察，此题属于生活常识。

举一反三：

【变式】下列都是《科学》课本中的实验，用来说明大气压强存在的是（　　）

A．橡皮塞跳起 B．筷子提米 C．覆杯实验 D．向两球之间吹气

【答案】C

2、如图所示的托里拆利实验装置中，下列哪种情况能使玻璃管内外水银面的高度差发生变化（　　）

A．外界大气压发生变化

B．将玻璃管变粗

C．向水银槽中加入少量水银

D．将玻璃管倾斜

【答案】A
【解析】在做托里拆利实验时，只要外界大气压不变，管内外水银面的高度差就不变，改变玻璃管的粗细、少许改变管的倾斜程度、以及改变水银槽内水银面的高低都不能影响到管内外水银面的高度差；当外界大气压发生变化时，玻璃管中内外的水银面的高度差才能发生变化。故B、C、D不会影响管内水银柱的高度。故选A。

【总结升华】解决本题的关键是学生对托里拆利实验和大气压与高度的关系的理解和掌握，是一道基础题。

举一反三：

【变式1】如图所示，利用托里拆利实验装置测量大气压强时，当玻璃管内的水银柱稳定后，在玻璃管的顶部穿一小孔，那么管内的水银液面将（　　）

A．保持不变

B．逐渐下降，最终与管外液面相平

C．逐渐上升，最终从小孔中流出

D．稍微下降一些

【答案】B

【变式2】（高清课堂《大气压强与流体压强》例2）在一次模拟的托里拆利实验中，四个同学分别用图所示的四种方式测量液柱高度。其中正确的

【答案】C

3、如图所示是利用水银气压计测量不同高度的大气压数值
　　　　　　　　
　　①认真分析可知：大气压的变化规律是________________。
　　②由于不同高度的大气压是不同的，这就给人们一个启发：那就是可以将水银气压计改装成一个________，如果我们在武当山的金顶上测得的大气压是83.6kPa，则金顶的海拔高度大约是________m。
　　③如果在金顶上烧开水，则水沸腾的温度将________100℃。（填“高于”“等于”“低于”）

【答案】①大气压随高度增加而减小，大气压随高度的变化是不均匀的； ②高度计；1740　 ③低于
【解析】①通过观察图可以发现大气压随高度的变化规律是大气压随高度的增加而减小，大气压随高度的变化是不均匀的。②由于不同高度的大气压是不同的，人们可以把水银气压计改装成高度计。③从图中可以看出，横坐标表示海拔高度，纵坐标表示某一高度所对应的大气压值，83.6kPa海拔高度约为1740m。由于金顶上的大气压小于标准大气压，所以在金顶上烧开水，水沸腾时温度将低于100℃。

【总结升华】本题考查的是会从图表中获取信息，然后加工整理总结出规律，培养概括知识的能力和运用知识的能力。

举一反三：

【变式】青藏铁路已全线贯通，已经投入运营的高原列车有完善的供氧系统和完备的医疗系统，这样做是因为（　）
A．高原空气稀薄，大气压强小
B．高原空气稀薄，大气压强大
C．高原空气稠密，大气压强小
D．高原空气稠密，大气压强大

【答案】A

4、洋洋同学家的卫生间下水道堵塞了，他爸爸利用吸盘很快就将下水道疏通了，由此他突然联想到所学过的大气压知识，于是，洋洋和瑞瑞同学合作利用吸盘设计了一个估测大气压强的实验方案

【方案设计】

（1）用刻度尺测出吸盘的直径D；

（2）将吸盘四周沾上水，挤出里面的空气压在光滑的水平地面上；

（3）用力竖直往上拉吸盘柄，直到吸盘脱离地面，根据经验估测拉脱吸盘所需拉力的大小；

（4）计算出当地大气压强。

【评估交流】

洋洋同学说：我们的实验原理是，操作过程规范，较方便地估测出了大气压强。

瑞瑞同学说：在操作过程中，我发现存在、等问题，尽管我们的操作规范，但估测的结果误差较大，洋洋认真思考后，同意了瑞瑞的意见，然后，他们继续一起探讨如何改进方案，尽量减少测量误差。

根据洋洋和瑞瑞同学的实验记录及自我评估情况，请你回答，洋洋和瑞瑞测出的大气压强

P= （用字母表示）；实验时洋洋同学将吸盘四周沾上水，这样做的目的是。

要准确测量，应该利用课本中介绍的进行测量。

【答案与解析】p=F/S；吸盘中的气体挤不干净（不是真空）；拉脱所需力的大小估测偏差大；

；防止外面的气体进入吸盘；气压计（托里拆利实验）

【总结升华】本题考查的是会从给的情景中分析涉及到哪些物理知识，从而提出合理的问题找出原因，加强理论与实际相结合。

类型二、流体压强

5、如图所示，灰鹅在飞行途中突遇强风，会将身体翻转180°，以脚朝上但头保持不变的怪异姿势飞行．灰鹅转体后（　　）

A．翅膀下方空气流速大于上方的流速，有助于迅速降低高度

B．翅膀下方空气流速大于上方的流速，有助于迅速提升高度

C．翅膀下方空气流速小于上方的流速，有助于迅速降低高度

D．翅膀下方空气流速小于上方的流速，有助于迅速提升高度

【答案】A
【解析】（1）灰鹅正常飞行时，翅膀如图甲，翅膀的上方隆起，翅膀上方的空气流速大，压强小；翅膀下方的空气流速小，压强大，翅膀在压强差下产生向上的升力，向上飞行。

（2）突遇强风，灰鹅以飞行方向为轴线，横向转体180°，翅膀如图乙，翅膀下方的空气流速大，压强小；翅膀上方的空气流速小，压强大，翅膀在压强差下产生向下的力，灰鹅能降低高度，躲避强风。

【总结升华】灰鹅这样转体可以迅速降低高度。这样转体可使翅膀下方空气流速大于上方空气流速，根据流速大的地方压强小，流速小的地方压强大的规律，灰鹅受到的向下的压力大于向上的压力从而使灰鹅受到空气的压力的合力方向向下，有助于灰鹅迅速降低高度，躲避强风，使飞行更安全。

6、如图所示是小明在上学的路上，伞被风吹得向上翻起的情景，关于伞向上翻，下列说法正确的是（　　）

A．伞的上表面风速比下表面大，上表面空气压强比下表面大

B．伞的上表面风速比下表面大，上表面空气压强比下表面小

C．伞的上表面风速比下表面小，上表面空气压强比下表面大

D．伞的上表面风速比下表面小，上表面空气压强比下表面小

【答案】B
【解析】风吹向伞，由于伞的下表面风速比伞的上表面的风速小，从而使伞的下表面受到空气压强比上表面大，对伞产生一个向上的升力，故伞向上翻起，B正确，A、C、D错误。

【总结升华】本题旨在考查流体压强与流速的关系的知识，考查学生对流体压强与流速的关系掌握和应用，属于基础题。

举一反三：

【变式】春天是放风筝的好季节，风筝在空气中飞行利用了下列什么原理（　　）

A．风筝下方空气流动速度小，空气压强小

B．风筝下方空气流动速度大，空气压强大

C．风筝上方空气流动速度大，空气压强小

D．风筝上方空气流动速度小，空气压强大

【答案】C