流體流速與壓強大小的判斷

梅建功

“流體壓強與流速的關(guān)系”是中考的?？键c，分析解釋有關(guān)現(xiàn)象或解答相關(guān)問題，先要弄清哪部分流體的流速發(fā)生變化，如何變化；進而根據(jù)流體壓強與流速的關(guān)系“流體在流速大的位置壓強小，流速小的位置壓強大”確定壓強的變化，找出壓強（壓力）差的方向。通常分以下幾種情況：

一、流體直接流動

流體直接流動的位置，流速大。

圖1例1．圖1是家用煤氣灶灶頭的示意圖。使用煤氣灶時，打開煤氣閥門，擰動點火裝置，煤氣和空氣在進口處混合流向燃燒頭被點燃，而煤氣不會從進口處向空氣中泄漏，其原因是進口處（）

A．煤氣流速小，壓強大于大氣壓強

B．煤氣流速小，壓強小于大氣壓強

C．煤氣流速大，壓強大于大氣壓強

D．煤氣流速大，壓強小于大氣壓強

解析：打開煤氣閥門時，由于煤氣有很大的壓力，會以很大的速度噴出，所以進口處煤氣流速大。根據(jù)流體壓強與流速的關(guān)系可知，流體的流速越大，壓強越小，因而進口處煤氣的壓強小于周圍的大氣壓，所以在進口處煤氣不會向空氣中泄漏，同時大氣壓把空氣壓入進口，和煤氣混合后流向燃燒頭。

答案：D

圖2例2．2013年3月中旬，龍卷風席卷了湖南道縣，肆虐的大風使多處房屋被刮倒，還造成了多人傷亡。龍卷風的實質(zhì)是高速旋轉(zhuǎn)的氣流，它能把地面上的物體或人畜“吸”起卷入空中（如圖2所示），這是因為相對于龍卷風邊緣，其內(nèi)部的空氣流速，壓力較，從而形成指向龍卷風內(nèi)部的壓力差，把人或物吸起。

解析：龍卷風是高速旋轉(zhuǎn)的氣流，相對于龍卷風邊緣，龍卷風內(nèi)部的空氣流速大；根據(jù)流體壓強與流速的關(guān)系可知，龍卷風內(nèi)部的壓強小，則壓力小。龍卷風外側(cè)的空氣流速小、壓強大，則壓力大，從而形成指向龍卷風內(nèi)部的壓力差，把人或物“壓”入龍卷風中，即人或物被龍卷風吸起。

答案：大小

二、其他物體帶動流體運動

吹風（吹氣）或物體的快速運動會引起周圍空氣流速大小變化，吹風（吹氣）的位置空氣的流速大；物體運動速度越大，其周圍空氣的流速越大。

圖3例3．如圖3所示，將無蓋的飲料瓶底部剪掉，做成一個大“漏斗”，把乒乓球放入“漏斗”中，用電吹風在“漏斗”上方沿水平方向吹風，發(fā)現(xiàn)乒乓球向上運動。請解釋這個現(xiàn)象。

解析：根據(jù)流體壓強與流速的關(guān)系，用電吹風在“漏斗”上方沿水平方向吹風時，乒乓球上方空氣流速變大，壓強變小，乒乓球上表面的壓強小于下表面的壓強，上、下表面存在向上的壓強差，從而產(chǎn)生向上的升力，使乒乓球向上運動。

答案：乒乓球上方空氣流速大，壓強小，上下表面的壓強差產(chǎn)生向上的升力，使乒乓球向上運動。

圖4例4．在科學晚會上，小亮用一根膠管表演了一個有趣的節(jié)目。如圖4所示，他一只手握住管的中部保持下半部分不動，另一只手抓住上半部，使其在空中快速轉(zhuǎn)動，這時下管口附近的碎紙屑被吸進管中，并“天女散花”般地從上管口飛了出來。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的物理道理是。

解析：當膠管的上半部快速轉(zhuǎn)動時，帶動上管口附近的空氣也快速流動，則上管口附近空氣的流速大，壓強?。幌鹿芸诳諝饬魉俾?，壓強大。在上、下管口壓強差的作用下，下管口附近的碎紙屑被吸進管中，并從上管口飛出。

答案：流體流速大的地方壓強小

圖5例5．乒乓球前進過程中由于旋轉(zhuǎn)方向不同會沿不同的徑跡運動。運動員用三種不同的擊球方法把乒乓球擊出，則圖5所示的a、b、c三條徑跡中，上旋球（圖中沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)）的徑跡是，下旋球（圖中沿順時針方向旋轉(zhuǎn)）的徑跡是，不旋球的徑跡是。

解析：由于球的轉(zhuǎn)動，帶動周圍的空氣也隨之繞球轉(zhuǎn)動，導致球上下方的空氣流速不同。

圖6對于上旋球（圖6甲所示），球向左運動，則空氣相對于球向右運動。但由于球沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，帶動球周圍空氣逆時針轉(zhuǎn)動，球上方的空氣隨之向左運動，空氣相對于球的兩種運動作用相抵，球上方的空氣流動速度小，壓強大；球下方空氣隨之向右運動，空氣和球帶動空氣的運動方向相同，增大了空氣的運動速度，球下方的空氣流動速度大，壓強小。因此，球受到向下的壓力，沿弧線迅速下落，所以a是上旋球的徑跡。

對于下旋球（圖6乙所示），球向左運動，則空氣相對于球向右運動。但由于球沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，帶動球周圍空氣順時針轉(zhuǎn)動，球上方的空氣隨之向右運動，空氣和球帶動空氣的運動方向相同；球下方空氣隨之向左運動，空氣和球帶動空氣的運動方向相反。因此，球上方的空氣流動速度比下方的大，球上方的壓強小，下方的壓強大，球受到向上的壓力，沿弧線緩慢下落，所以c是下旋球的徑跡，而b是不旋球的徑跡。

答案：acb

三、流體流過特殊形狀的物體

物體不對稱的特殊形狀，使得流體流過物體兩側(cè)的流速不同，在相同時間內(nèi)，流體通過距離長的流速大，通過距離短的流速小。

例6．一般的轎車當行駛到某一速度時，司機會感覺車有些“飄”，極易造成事故。為了使轎車在高速條件下安全行駛，車輪能較好地“抓住”地面，可在轎車尾部頂上安裝如圖7所示的“氣流偏導器”，它的上表面平直，底部呈弧形凸起?！皻饬髌珜鳌钡闹饕饔檬?。

圖7解析：當車行駛時，氣流偏導器與空氣發(fā)生相對運動，相當于氣流迎面流過偏導器，氣流被偏導器分成上下兩部分。由于氣流偏導器橫截面的形狀上下不對稱，上表面平直，下表面凸起，根據(jù)流體壓強與流速的關(guān)系可知，在相同時間內(nèi)，流過氣流偏導器上方的氣流通過的路程較短，速度較小，它對氣流偏導器的壓強較大；而流過下方的氣流通過的路程較長，速度較大，它對氣流偏導器的壓強較小。這樣，氣流偏導器上、下方所受的壓強差形成了一個向下的力，從而使車對地面的壓力增大，摩擦力隨之增大，且車速越大，向下的壓力越大，摩擦力越大，提高了車輪的著地性能，保障了行車安全。

答案：讓汽車在高速行駛時，對地面的壓力更大，提高車輪著地性能，保障行車安全。

圖8例7．圖8是非洲草原犬鼠洞穴的橫截面示意圖，洞穴有兩個出口，一個是平的，而另一個則是隆起的土堆。這是什么原因呢？人們猜想：草原犬鼠把其中一個的洞口堆成土包狀，是為了建一處視野開闊的瞭望臺，但是如果這一假設成立的話，它又為什么不在兩個洞口都堆上土呢？實際上，犬鼠只在一個出口堆土是為了改善洞穴內(nèi)的通風情況。請你說說犬鼠洞穴內(nèi)的氣流情況，并說明其中的道理。

解析：兩個洞口形狀不同，決定了洞穴中空氣的流動方向。隆起土堆的洞口處氣流速度大，壓強減小，因此在此洞內(nèi)外產(chǎn)生壓強差，這樣洞口上下方的壓力差形成一個向上的壓力，使氣體朝此隆起土堆的洞口流出。同時洞內(nèi)氣壓逐漸降低，另一洞口上方氣壓較高，因此氣體又會從這一洞口流進。所以，地面上的風吹進了犬鼠的洞穴，給犬鼠帶去了習習涼風。

答案：吹過左邊洞口處平坦表面的風流速小，壓強大；吹過右邊洞口處隆起表面的風流速大，壓強小。因此，地面上的風就從左邊洞口進入洞穴，從右邊洞口出來，給犬鼠帶去了習習涼風。

例8．船在水中航行時，船體受到水的阻力較大，影響了航行速度。如圖9甲是一種水翼船，船體下安裝了水翼。船在高速航行時，水面下的水翼會使船體抬高而減小水對船體的阻力。請你判斷水翼的形狀應該是圖9乙中A、B的哪一個？并解釋當船高速航行時，船體被抬高的原因。

圖9解析：由題意可知，船在高速航行時，水翼能抬高船體，所以水對水翼合力的方向應該是向上的。根據(jù)流體壓強與流速的關(guān)系可知，應該是通過水翼上方的水流速度大，下方水流速度小，這樣上方壓強小于下方的壓強，從而對水翼產(chǎn)生一個向上的合力，使船體抬高。

由于A圖的水翼上表面凸起，下表面平直，當船在航行時，流過水翼上表面的水流速度較大，壓強較??；而流過水翼下表面的水流速度較小，壓強較大。所以，水翼的上、下表面存在向上的壓強差，從而使水翼獲得一個上升力，使船體與水的接觸面積減小，從而減小水對船體的阻力，進一步提高船速。因此，水翼的形狀應是A圖。

答案：A在流體中流速越大的位置，壓強越小。當船在水中高速航行時，由于水翼上表面凸起，它與船體間的水流速度大，壓強小；水翼下表面的水流速度小，壓強大。因此在水翼的上下表面存在向上的壓力（壓強）差，所以船體被抬高了。

四、流體流過大小不同的截面積

相同時間內(nèi)，流體的流量一定，流體通過截面積小的地方（如河水通過峽谷時）流速大，通過截面積大的地方（如河水通過寬闊地帶時）流速小。

圖10例9．如圖10所示的連通器，當閥門K關(guān)閉時，A、B兩豎直玻璃管中液面相平。打開閥門K，待水流穩(wěn)定后，比較A、B玻璃管中的水面高度，管中的水面較高。

解析：在一定時間內(nèi)，流過水管的水量是相等的。由于A、B玻璃管所在處的水管粗細即橫截面積不同，則兩處水流的速度不同，壓強也不同。A管處的橫截面積大，水流的速度小，產(chǎn)生的壓強大，根據(jù)液體壓強公式p=ρgh可知，能支持的水柱高；B管處的橫截面積小，水流的速度快，產(chǎn)生的壓強小，能支持的水柱低。所以A管中的水面高。

答案：A

例10．如圖11甲所示，海軍艦艇編隊一般采用前后列隊形式航行。若兩艦艇并排航行，兩艦艇要保持一定的間距，而不能靠得太近，這主要是因為兩艦艇間水的流速兩艦艇外側(cè)水的流速，造成兩艦艇內(nèi)側(cè)水的壓強外側(cè)水的壓強，容易發(fā)生相撞事故。

圖11解析：兩艦艇并排航行時的示意圖如圖11乙所示。若兩艦艇間距較小，它們之間水流通道變窄，水流的截面積變小，水流速度變大，內(nèi)側(cè)的水流對艦艇的壓強變小，而外側(cè)的水流的流速較小，對艦艇的壓強較大，艦艇內(nèi)側(cè)的水流對艦艇的壓強小于外側(cè)的水流對艦艇的壓強，艦艇內(nèi)、外側(cè)存在壓力差，在水流壓力差的作用下，兩艦艇會靠得越來越近，進而引發(fā)撞船事故。

答案：大于小于