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1. 飞机升力

流体压强与流速的关系 · 初二
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 流体流速大的地方压强小,流速小的地方压强大,上下表面压强差产生向上的升力。

从哪来 本知识点为初二物理流体力学起点,无前置依赖,直接基于流体压强与流速关系的实验现象建立。

为什么 根据伯努利原理,流体在流动时,流速大的位置压强小。机翼上表面弯曲、下表面平坦,空气流过时上表面路程长、流速快、压强小;下表面路程短、流速慢、压强大。上下表面的压强差($P_{下} - P_{上}$)作用在机翼面积上,形成向上的合力,即升力。

讲法
适合:形象思维强、喜欢动手实验的学生 用吹风机和乒乓球演示:将乒乓球置于吹风机出风口上方,气流使球悬浮。解释球下方空气流速快压强小,上方大气压将球“压”在气流中。再对比机翼模型,强调“流速差导致压强差”。
讲法
适合:逻辑推理强、偏好数学建模的学生 从连续性方程($A_1v_1 = A_2v_2$)推导流速变化,再结合伯努利方程($P + \frac{1}{2}\rho v^2 = \text{常数}$)定量分析压强差。强调升力 $F = (P_{下} - P_{上}) \cdot S$ 的数学表达,适合理解公式推导的学生。
讲法
适合:抽象思维弱、需要生活类比的学生 用“挤牙膏”类比:快速挤牙膏(高速流体)时管壁受力小,慢速挤时受力大。再结合飞机起飞视频,指出机翼形状导致空气“走快路”和“走慢路”,快路那边“力气小”(压强小),慢路那边“力气大”(压强大),合力向上。
看不明白?看一段视频 ▾待生成
练一道
基础题
飞机机翼上表面空气流速为 60 m/s,下表面为 50 m/s,空气密度 $\rho = 1.29 \, \text{kg/m}^3$,机翼面积 $S = 50 \, \text{m}^2$。求升力大小。(忽略高度差,$g=10 \, \text{N/kg}$)
变式
若飞机水平飞行时升力等于重力,飞机质量 $m = 7095 \, \text{kg}$,求此时机翼上下表面流速差需满足什么条件?($\rho = 1.29 \, \text{kg/m}^3, S = 50 \, \text{m}^2$)
试试手自己判
检测题
两艘船并行同向行驶,若距离过近,易发生相撞。请用流体压强与流速关系解释原因。
看答案和判分标准
答案:两船间水流速大,压强小;外侧水流速小,压强大。外侧高压将两船推向中间,导致相撞。
判对标准:
- 指出“两船间流速大”(1分)
- 指出“两船间压强小”(1分)
- 指出“外侧压强大,产生向内的压力差”(2分)
- 结论“推向中间”(1分)
总分5分,4分及以上为掌握。
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