题文

新建的广场喷泉引起了同学们的好奇：喷水时，“泉水”中央有一颗硕大的石球不停地翻滚。这是怎么回事？同学们有种种猜测。小玲联想所学知识，意识到这个问题可能跟“流体压强与流速的关系”等方面的知识有关，她与同学们反复讨论，设计了一个模拟实验并获得了成功，如图（a）为实验情景。 实验器材：圆珠笔杆、乒乓球、软管、自来水等。 实验步骤： 1．取圆珠笔杆作为喷管，通过软管接于自来水龙头上；打开龙头，自来水从笔杆尖端竖直向上喷出水束。 2．将乒乓球放到水束上方，观察乒乓球的情况。 观察结果：多次实验表明，乒乓球能稳定在水束上方旋转。 分析讨论∶ （1）球能稳定在水束上方某一位置，是因为它在竖直方向受到_________作用的缘故；球在水束上方旋转，是由于水对球左右两侧向上的推力不相等所造成的，从图（b）中球的旋转情况看，此时水束对球左侧向上的推力_______右侧（选填“大于”或“小于”）；根据你的思考，在多次实验中，每次乒乓球旋转的方向_____________（选填“一定相同”、 “一定不同”或“不一定相同”）。 （2）如图（b），水束略偏左，球为什么没有向右远离而下落呢？这是因为，左侧水的流速________右侧水的流速，导致左侧水的压强________右侧水的压强（选填“大于”、“等于”或“小于”）使球在水平方向能维持平衡。

题型：探究题  难度：中档

答案

（1）平衡力；大于；不一定相同 （2）大于；小于

据专家权威分析，试题“新建的广场喷泉引起了同学们的好奇：喷水时，“泉水”中央有一颗硕大..”主要考查你对  流体压强和流速的关系，平衡力与平衡状态  等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：

流体压强和流速的关系平衡力与平衡状态

考点名称：流体压强和流速的关系

• 定义：
  流体：物理学中把没有一定形状、且很容易流动的液体和气体统称为流体。如：空气、水；

• 流体压强与流速的关系：
  气体流速大的位置压强小；流速小的位置压强大。液体也是流体。它与气体一样，流速大的位置压强小；流速小的位置压强大。轮船的行驶不能靠得太近就是这个原因。
  总之，对于流体来说，流速越大的位置压强越小，流速越小的位置压强越大。
  

  生活中跟流体的压强相关的现象：
  (1)窗外有风吹过，窗帘向窗外飘；
  (2)汽车开过后，路面上方尘土飞扬；
  (3)踢足球时的“香蕉球”；
  (4)打乒乓球时发出的“旋转球”等。

• 生活中与流体压强相关问题的解答方法：
      在实际生活和生产中有许多利用流体压强跟流速的关系来工作的装置和现象，如飞机的机翼形状、家用煤气灶灶头工作原理、小汽车外形的设计等。利用这些知识还可以解释许多常见现象，如为什么两艘船不能并排行驶、列车站台上要设置安全线等。
      方法指南(1)首先要弄清哪部分流速快，哪部分流速慢；
  (2)流速快处压强小，压力也小，流速慢处压强大，压力也大；
  (3)流体受压力差作用而产生各种表现形式和现象。
  例1如图是非洲草原犬鼠洞穴的横截面示意图，犬鼠的洞穴有两个出口，一个是平的，而另一个则是隆起的土堆，生物学家不是很清楚其中的原因，他们猜想：草原犬鼠把其中一个洞的洞口堆成了包状，是为了建一处视野开阔的嘹望台，但是如果这一假设成立的话，它又为什么不在两个洞口都堆上土包呢?那样不是有两个嘹望台了吗?实际上两个洞口形状不同，决定了洞穴空气的流动方向。吹过平坦表面的空气运动速度小，压强大；吹过隆起表面的空气流速大，压强小。因此，地面上的风吹进了犬鼠的洞穴，给犬鼠带来了阵阵凉风。
  
  请回答下列问题：
  (1)在图上标出洞穴中的空气流动的方向。
  (2)试着运用上文提到的物理知识说明，乘客为什么必须站在安全线以外的位置候车?
  解析：本题结合草原犬鼠奇妙的洞穴结构考查了流体压强与流速的关系。草原犬鼠的一个洞口很平坦，而另一个洞口处有凸起的土堆，这样当空气流经两个洞口时，洞口表面处空气的流速会不同，所以洞口处的气体压强会不同，洞内的空气就会从气压大的一端流向气压小的一端，给犬鼠带来了阵阵凉风。
  答案：(1)如图所示 (2)运行的火车周围的空气速度大，压强小，乘客靠近运行的火车容易发生事故，所以必须站在安全线以外。

•  科学解释足球中的“香蕉球”是怎么回事：
      如果你经常观看足球比赛的话，一定见过罚前场直接任意球。这时候，通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”，挡住进球路线。进攻方的主罚队员起脚一记劲射，球绕过了“人墙”，眼看要偏离球门飞出，却又沿弧线拐过弯来直入球门，让守门员措手不及，眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。看到那潇洒多变的“香蕉球”，你有没有想过是怎么回事呢？
     
      流体(液体或气体)中的旋转圆柱体或球体相对于流体运动时，会在旋转体上产生一个侧向力。足球在气流中运动时，如果其旋转的方向与气流同向，则会在球体的一侧产生低压，而球体的另一侧则会产生高压，这就是为什么会产生香蕉球的原因。当足球旋转时，除了可以改变球体周围的气流，球的运动轨迹也会相应发生改变。而且足球不仅可以侧旋，触球部位的不同，还可以产生不同的旋转，从而使足球上飘和下沉。这样就达到了迷惑防守方的目的。任何一次成功的任意球中，必不可少的一项技术就是使球按照自己的控制产生旋转。不知道你注意到没有，罚“香蕉球”的时候，运动员并不是踢中足球的中心，而是稍稍偏向一侧，同时用脚背摩擦足球，使球在空气中前进的同时还不断地旋转。同时，一方面空气迎着球向后流动，另一方面，由于空气与球之间的摩擦，球周围的空气又会被带着一起旋转。这样，球一侧空气的流动速度加快，而另一侧空气的流动速度减慢。物理知识告诉我们：气体的流速越大，压强越小。由于足球两侧空气的流动速度不一样，它们对足球所产生的压强也不一样，于是，足球在空气压力的作用下，被迫向空气流速大的一侧转弯了。

   

考点名称：平衡力与平衡状态

• 定义：
  平衡状态：物体保持静止状态或匀速直线运动状态；
  悬挂着的电灯、放在桌面上的书、在平直公路上做匀速直线运动的汽车、在空中匀速直线下降的降落伞都处于平衡状态。如下图：
  
  
  平衡力：物体在受到几个力作用时，如果保持静止状态或匀速直线运动状态，这几个力称为平衡力。即这几个力的合力为零，作用效果相互抵消。
  悬挂着的电灯能保持静止，是因为电灯受到的重力和灯绳对它的拉力是一对平衡力(图甲)；在平直公路上做匀速直线运动的汽车，受到向前的牵引力和地面、空气对它的向后的阻力，这时牵引力和阻力是一对平衡力(图乙)。桌面上的书保持静止，书受到的重力和桌面对书的支持力是一对平衡力(图丙)。