问题 实验题

(2007•株洲)探究“硬币起飞”的条件.

(一)查寻规律:在地面附近同一高度或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v2+p=C;式中C是常量,ρ表示空气密度.根据上述关系式可知:

(1)空气流速越大,压强   ;空气流速越小,压强   

(2)常量C表示空气流速为0时的     

(二)设计实验:本研究需要知道硬币的质量m(或重力G)和硬币上(或下)表面面积S.

(3)某同学采用如图所示的方法测定硬币上(或下)表面面积.

①测得硬币的直径D=   cm.

②根据数学公式S=πD2/4即可算出硬币上(或下)表面面积.

(4)请你设计一个测定硬币质量(或重力)的实验方案.

(三)探究条件:如图所示,在水平桌面上放置一个硬币并沿箭头所示方向吹气,气流通过硬币上部,由于硬币下面没有气流通过,从而产生压力差,给硬币一个向上的动力.

(5)根据上述流速与压强的关系式可知,硬币下方空气压强p=   

(6)刚好将硬币吹起时,硬币上、下表面的压力差△F=   

(四)得出结论:

(7)请导出刚好将硬币吹起时吹气速度v的表达式(用ρ、S、m或G表示).

答案

(1)小;大.

(2)压强.

(3)1.85.

(4)先利用天平(或弹簧秤)称出多个硬币的总质量(或总重力),然后计算出单个硬币的质量(或重力).

(5)C.

(6)G.

(7)刚好将硬币吹起时吹气速度v的表达式:v=

题目分析:解:(一)由公式v2+p=C(式中C是常量,ρ表示空气密度)可知:

(1)空气流速越大,压强小;空气流速越小,压强 大.

(2)常量C表示空气流速为0时的压强或P.

(二)设计实验:

(3)由图可知刻度尺上共测量了四个直径,四个直径的总长度为:7.40cm,即每个硬币的直径为:7.40cm÷4=1.85cm.

(4)测定硬币质量(或重力)的实验方案.

方案一:先利用天平称出多个硬币的总质量,然后计算出单个硬币的质量.

方案二:先利用弹簧测力计称出多个硬币的总重力),然后计算出单个硬币的重力.

(三)探究条件:

(5)在吹硬币时,硬币下方的空气流速为0,代入公式v2+p=C中,得:

×0+p=C,即:硬币下方空气压强p=C.

(6)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.

或,硬币上方的受到的压力:F=PS=(C﹣v2)S=CS﹣Sv2

硬币下方受到的压力:F=PS=CS;

那么硬币上下的压力差为:△F=F﹣F=Sv2

(四)得出结论:

(7)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﹣v2

硬币下方的压强为:P=C(空气流速为0);

那么硬币上下方的压强差为:P﹣P=△P=v2

∵△F=△p•S

v2•S=G即:v=

点评:本题的解题关键有以下几点:(1)流体压强与流速的关系:流速越大,压强越小;流速越小,压强越大.(2)知道用累积法测量微小物体的长度、质量或重力.(3)会用平衡力进行近似计算.

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