用“压强与流速”的原理析十类问题

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  流体压强与流速的关系是流体在流速大的地方压强较小,流速小的地方压强较大.用这一原理可以解释许多物理问题.下面归类分析.
  
  一、笛子发声问题
  
  例1 吹笛子发声,主要是因为()
  
  (A) 吹笛子的演员本身发出的声音
  
  (B) 笛子本身的竹管振动发声
  
  (C) 笛子中空部分的空气柱振动发声的
  
  (D) 以上三种说法都有道理
  
  分析:笛子是利用空气振动发声和空气柱共鸣的原理制成的.流动的气体压强减小,流速越快,压强越小. 当我们吹笛子时,气体从吹孔边缘进入笛子内部,在吹孔处做涡旋运动,这样吹孔内部的气体压强就减小,于是笛尾的气体就向吹孔运动,在吹孔处发生积压,这个运动又造成吹孔处压强增大,但是继续吹气(物理上叫激励),又把气体推向笛尾,然后吹孔处压强又减小,气体又向吹孔运动,如此循环,振动发出声音. 笛膜是怎样振动的呢?笛膜下方的空气也是疏密疏密交替变化的,这样压强就交替变化,而笛膜外界的压强是恒定的,这就造成了膜的振动.笛子内部笛膜处压强大,笛膜向外界运动;笛子内部笛膜处压强小,笛膜就向下运动,这就是笛膜的振动. 笛膜相当人的声带,吹孔相当于人的气管.选(C).
  
  二、水壶灌水问题
  
  例2 向水壶里灌开水,凭声音就可以知道暖水瓶是否将要灌满了,下列说法正确的是()
  
  (A) 因为发声体是瓶里的空气柱,空气柱越短音调越高
  
  (B) 因为发声体是瓶里的水柱,水柱越长音调越高
  
  (C) 因为发声体是向瓶内流入的水柱,水柱越短音调越高
  
  (D) 因为发声体是瓶体,随着水柱变高,瓶体振动部分变短,音调变高
  
  分析:向瓶里灌水,向下流动的水柱,引起周围的压强减小,大气压很快将一部分空气压入瓶内,随着瓶内水柱的升高,空气有很快被压出,如此往复,引起瓶内空气剧烈振动发声,由于空气柱越来越短,空气质量越来越小,惯性越来越小,运动状态越来越易改变,即空气柱越短,振动越快,音调越高.故选(A).
  
  三、水瓶琴发声问题
  
  例3 给8个相同的瓶子依次由少到多装水,用嘴贴着装有水的瓶口从水由少到多的顺序吹气时,可以发出“ 1,2,3,4,5,6,7,i ”的声音来,这些声音产生的原因和决定音调的因素分别是( )
  
  (A) 水振动,水的高度
  
  (B) 水振动,瓶内空气柱的高度
  
  (C) 瓶振动,水面上面瓶的高度
  
  (D) 瓶内空气振动,瓶内空气柱的高度
  
  分析:用嘴向瓶口吹气时,由于气流流速较大,气流周围压强减小,空气很快进入瓶内,进入瓶内的空气又会使瓶内气压增大,于是又向外运动,如此往复,瓶内空气不断振动发声.瓶内空气柱越短,振动越快,音调越高.故选(D).
  
  四、飞机升力问题
  
  
  例4 如图1所示,某同学自制了一个飞机机翼模型,将其固定在托盘测力计上,在模型的正前方用电风扇迎面吹风,测力计的示数()
  
  (A) 变小 (B) 变大
  
  (C) 不变 (D) 无法判断
  
  分析:机翼模型固定在托盘测力计上,无风时,托盘测力计示数等于机翼模型的重力;因为机翼模型上凸下平,当电风扇吹风时,相同时间内,空气经过上方的路程比下方路程长,流速大,压强小,机翼模型在压强差下产生向上的升力.又因机翼模型对托盘测力计的压力等于机翼模型的重力减去它受到的向上的升力,所以机翼模型对托盘测力计的压力减小了.故选(A).
  
  五、龙卷风问题
  
  例5 2011年5月22日,一场大规模龙卷风袭击美国密苏里州乔普林心脏地带,造成上百人死亡,数百座房屋和大量车辆被毁.龙卷风的实质是高带旋转的气流,它能把地面上的物体或人畜“吸”起卷入空中(如图2所示),龙卷风能“吸”起物体的主要原因是()
  
  (A) 龙卷风使物体爱到重力变小
  
  (B) 龙卷风增大了空气对物体的浮力
  
  (C) 龙卷风内部的气体流速大,压强小
  
  (D) 龙卷风产生了强大的静电,将物体吸上天空
  
  分析:龙卷风的中心气体流速大,气压非常小,甚至可以达到真空.于是,在龙卷内外形成很大的气压差.对整个柱状龙卷风,龙卷风的上方空气稀薄,压强很小,而在靠近地面的地方,空气密度大,压强大,这样就会将地面物体“吸”起卷入空中.故选(C).
  
  六、高速列车问题
  
  例6 据报道,我国已制造出“世界上快的高速列车(图3),运行速度可达 380 km/h.这种列车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
  
  分析:列车开过时,靠近车厢外侧的空气因为车厢的带动流速快压强小,远离车厢外侧的空气流动慢压强大,压强差指向列车,如果乘客进站时与行进的列车靠近,将可能被压强差压向车厢而受到伤害.选(A).
  
  七、“天女散花”问题
  
  例7 在科学晚会上,小亮用一根胶管表演了一个有趣的节目.如图4所示,他一只手握住管的中部,保持下半部分不动,另一只手抓住上半部,使其在空中快速转动,这时下管口附近的碎纸屑被吸进管中,并“天女散花”般地从上管口飞了出来.产生这一现象的物理原理是〖ZZ1Z〗〖JY〗 .
  
  分析:胶管转动过程中下口吸起碎纸屑,说明在胶管周围形成压强差.胶管上半部分在空气中快速转动,使胶管的上口附近空气流动快,压强小,胶管下半部分不动,下口附近的空气流动明显很慢,压强大,这个压强差将下口附近的碎纸屑压进了下口,直至从上口飞出.故答案为:流体流速大的地方压强小.此题别具一格,有力地考查了同学们对流体压强与流速关系所形成的物理现象的分析解释能力.
  
  八、伞面被“吸”问题
  
  
  例8 如图5所示,一把太阳伞固定在地面上,一阵大风吹来,伞面被“吸”,严重变形.下列有关这一现象及其解释,正确的是()
  
  (A) 伞面被向下“吸”,伞上方的空气流速大于下方
  
  (B) 伞面被向上“吸”,伞上方的空气流速大于下方
  
  (C) 伞面被向下“吸”,伞上方的空气流速小于下方
  
  (D) 伞面被向上“吸”,伞上方的空气流速小于下方
  
  分析:因为伞面上凸下平,当吹大风时,相同时间内,空气经过上方的路程比下方路程长,流速大,压强小,下方的流速小、压强大,压强差产生向上的升力.当这个升力大于伞的重力和地面固定点向下的拉力之和时,伞就会严重变形.故选(B). 
  
  九、弧圈球问题
  
  例9 下列四种情形中,哪几种情形能够用流体压强与流速的关系解释? ( )
  
  (A) 乒乓球运动员拉出的弧圈球能急速旋转而下沉
  
  (B) 将氢气球放手后,它会漂向空中
  
  (C) 直升飞机能够停在空中一定高度处
  
  (D) 船舶航行时应避免两艘靠近的船并排前进 
  
  分析:拉弧圈球时拍上的空气流速大(空气压强小)拍下的空气流速小(压强大)由于压力差球会在空中划一个弧圈,再由于球有重力的缘故球会下降;两船靠近时,两船中的水流速变快,压强变小,而两船外的压强不变,压强差就势必指向两船之间,会发生相撞.故选(A)(D).
  
  十、煤气灶灶头问题
  
  例10如图6为家用煤气灶灶头的示意图,使用时打开煤气阀门,拧动点火装置,煤气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃,而煤气不会从进口处向空气中泄漏,其原因是( )
  
  (A) 进口处煤气流速小,压强大于大气压强 
  
  (B) 进口处煤气流速小,压强小于大气压强
  
  (C) 进口处煤气流速大,压强大于大气压强 
  
  (D) 进口处煤气流速大,压强小于大气压强
  
  分析:进口处煤气流速大,压强小于大气压强,煤气不会从进口处向空气中泄漏,故选(D).
  
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