关于流体问题的研究

来源 :课程教育研究·新教师教学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:goudongxi521
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  在日常生活和生产中,常涉及流体的连续相互作用问题,所谓流体,能流动的物质,流体力学则讨论流体的运动问题。流体和人们的日常生活的自然现象密切相关,虽然高中物理没有单独进行流体研究,但是研究流体问题的力学知识高中物理大多已介绍。高中物理中的“流体”问题,它涉及的对象有液体、气体、尘埃、电流、粒子流等等,涉及的内容有力学、热学、电磁学,“流体问题”包涵的范围广,综合性比较强,而出现的机会比较分散,容易被我们很多教师所忽略。
  在解决流体问题时,学生的最大思维障碍是不知如何选择研究对象,如何恰当地选取研究对象构建物理模型成为解决流体问题的关键。
  一、柱体模型对于各部分速度相等的连续体,可以任意选取一段柱体做为研究对象
  [例1]一宇宙飞船以v=1.0×104m/s的速度进入密度为ρ=2.0×10-9kg/m3的微陨石流中,如果飞船垂直于运动方向上的最大截面积为S=5m2,且认为微陨石与飞船碰撞后都附着在飞船上,则飞船受到的平均制动力多大?
  【解析】此类问题建立如下的“管道模型”:在时间△t内被飞船吸附的陨石都分布在以S为横截面积、长为L=v·Δt的柱体内,这部分微小陨石的质量Δm=ρSL=ρvSΔt.
  它们被吸附后具有的动量p2=Δm=ρv2SΔt,吸附前的动量为p1=0.
  根据动量定理得飞船作用于这些陨石的平均作用力大小为:
  F==ρv2S=2.0×10-9×(1.0×104)2×5N=1.0N.
  根据牛顿第三定律,飞船受到的平均制动力的大小为F′=F=1.0N.
  二、微柱元模型对于各部分速度不同的连续体,当需要研究某一位置的情况时,一般不能以连续体整体作为研究对象。通常是截取足够薄的一个微柱元做为研究对象.在这足够小的一段位移上,对微柱元进行受力情况和运动情况的分析,利用物理规律求解
  [例2]来自质子源的质子(初速为零),经一加速电压为800kv的直线加速器加速,形成电流为1mA的细柱质子流.假定电场是均匀的,在质子柬中与质子源相距L和4L的两处,质子的密度比为多少?
  【解析】质子在匀强电场中做匀加速运动,设质子的加速度为a,电量为e,距质子源L和4L处的密度分别为n1、n2,质子束截面积为S,两位置处质子的速度分别为v1、v2.在两位置附近分别截取厚度均为△d的微柱元,质子在△d上的运动可以近似的看作匀速运动.则两位置的电流分别为:
  由于距质子源相距L和4L的两处电流相等,
  即有=得n1/n2=v2/v1把代入上式,
  即得两位置质子的密度比为n1/n2=2/1
  [例3](2016高考物理)某游乐园入口旁有一喷泉,喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中。为计算方便起见,假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度竖直向上喷出;玩具底部为平板(面积略大于S);水柱冲击到玩具底板后,在竖直方向水的速度变为零,在水平方向朝四周均匀散开。忽略空气阻力。已知水的密度为,重力加速度大小为,求:(i)喷泉单位时间内喷出的水的质量;(ii)玩具在空中悬停时,其底面相对于喷口的高度。
  【解析】(i)设时间内,从喷口喷出的水的体积为,质量为,则
  ①②
  由①②式得,单位时间内从喷口喷出的水的质量为③
  本题与前几年的全国卷动量部分命题方式相距较远,学生平时这方面物理模型遇到的可能不多。本题的难点是求水对玩具的冲力,而求这个冲力的关键是选取研究对象---单位时间内水的质量,注意空中的水柱并非圆柱体,要根据流量等于初刻速度乘以时间后再乘以喷泉出口的面积S求出流量,最后根据m=ρV求质量。如何把实际问题转化成物理模型对高中生来说确实难度不小,而构建微柱体模型应用动量定理分析求解,则“柳暗花明又一村”。
  三、质点模型当做变速运动的连续体,其各部分遵循相同的运动规律时,可以把连续体抽象为一个质点模型.使用物理规律求解
  [例4]一水平放置的水管,距地面高h=l.8m,管内横截面积S=2.0cm2。有水从管口处以不变的速度v=2.0m/s源源不断地沿水平方向射出,设出口处横截面上各处水的速度都相同,并假设水流在空中不散开。取重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力。求水流稳定后在空中有多少立方米的水。
  【解析】这是一个实际问题,符合平抛运动物理模型。连续不断的水流看成質点模型,沿水平方向射出直到地面。
  以t表示由管口处落到地面所用时间有:
  h=gt2
  单位时间内喷出的水量为Q=Sv,空中水的总量应为V=Qt,
  由以上各式得V=Svt
  V=2.4×10-4m3,即在空中的水的总量为2.4×10-4m3.
  这是一个涉及流体的实际问题,通过简化把水流抽象成质点模型,再应用相应规律解得问题。
  对理想流体有:在单位时间内流过管中任何截面的流体质量都相同或粒子数相同。如果用V表示流体的流速,ρ表示密度,S表示截面积,则ρSV为恒量。因此在很小的时间内流过截面的微团质量为m=ρSvΔt,把该微团当做质点,就可根据物理规律解决问题。但要注意在模型的构建过程中要注意具体情景具体分析,思维不能单一,防止生搬硬套。比如在某些问题中连续体也可抽象成柱状模型、棒状模型等。
  高考把对能力的考核放在首要位置.通过考核知识及其运用来鉴别考生能力的高低,内容取材多源于课本,源于生活实践,以中学物理主干知识为主.D但非主干知识一样可以承担起考查学生综合分析能力的任务,我们复习时不应有所偏废。
其他文献
【摘要】学好英语必不可少是培养英语的听,说,读,写能力。在英语教学中一直倡导的重要原则是“听说领先,读写跟上”,但是高考终究是应试教育,英语考试大部分分为听说考试和笔试两类,对于朗读没有考察的标准,因此不少师生忽视了朗读的重要性,在英语教和学上走了弯路。本文旨在重申高中朗读的重要性和英语朗读教学的相关建议。  【关键词】英语朗读;重要性;教学;相关对策  【中图分类号】G633.96 【文献标识码
叶圣陶先生就作文教学曾有过精辟的论述:“学生自会作文,不待老师教;学生自会改文,不待老师改.”叶老这么说,是强调在作文教学中,老师传授方法和培养学生能力的重要性.可是,
期刊
【摘要】校园精神文化是校园文化的核心,“诗教”是校园精神文化建设的重要组成部分,通过“诗教”系列活动可以传承诗词经典,弘扬诗词文化,有利于中学生的素质培养,有利于彰显校园文化和弘扬校园文化中的校园精神。  【关键词】诗教;校园精神;校园精神文化  【基金项目】河南省教育科学“十三五”规划2016年度课题,(教科研[2016]565号)“‘诗教’在校园精神文化建设中的应用研究”(课题编号:[2016
【摘要】小学阶段的语文学习应该以激发学生的兴趣入手,这是符合低年龄段学生心理需求的一种有效的教学方式。语文教学中的识字教学是小学阶段的主要内容,要想提高学生的学习效率,首先要激发出学生愉快的情感体验,使他们在兴趣的牵引下提高学生的语言技能。本文从激发学生的兴趣出发,探讨如何对学生进行趣味识字教学,以提高学生的语文素养。  【关键词】小学语文;趣味识字;情感体验  【中图分类号】G623.2 【文献
【摘要】数学是一门逻辑思维性较强的课程,具有较强的逻辑性、紧密性、复杂性与多样性,学生在实际学习中存在诸多问题,严重影响到学生对数学知识的学习兴趣,降低学生学习的积极性与主动性,制约学生的综合发展。为此,本文将针对初中数学数形结合思想教学进行研究与探析,结合实际的教学案例进行解答与阐述。  【关键词】初中数学;数形结合思想;教学研究;案例分析  【中图分类号】G633.6 【文献标识码】B 【文章
【摘要】笔者通过研究“造型·表现”学习领域的课程目标、初中生绘画能力的发展过程及特点、该学习领域的作业设计现状,并结合教学实践和相关的教学理论,重点对围绕该学习领域的教学目标进行作业设计。  【关键词】造型;表现;作业设计;教学目标;初中美术  【中图分类号】G633.955 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089(2017)15-0275-02  一、初中美术“造型·表现”学习领域教学
为论述小学阶段围绕“体会含义深刻的句子”而展开的句子解析教学是无效教学,采用了实践分析、对比分析、理论分析三种方法,得出了以下结论:“体会含义深刻的句子”是教学实
实验目的观察可溶性速殖子抗原(soluble tachyzoite antigen, STAg)和IFN-γ佐剂滴鼻免疫小鼠诱导的黏膜和系统免疫应答及持续时间,研究其抗弓形虫感染的能力,探讨STAg和IFN-
【摘要】在中學数学中,构造法在技巧与方法中占据着非常重要的地位,它可以起到化繁为简,化难为易的作用,将中学数学中的技巧性展示的淋漓尽致。下面笔者将从一些常见的数学问题中来阐述构造法的具体应用。  【关键词】构造;转化;中学数学解题应用  【中图分类号】G633.6 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089(2017)15-0277-02  所谓构造法就是当解决某些数学问题时按照定向思维思考
【摘要】基于網络环境的课堂教学,要求我们充分发挥互联网、多媒体技术的强大功能,实现课堂的高效生成。本文从六个方面探讨在课堂教学中应用互联网+理解上的几个误区。  【关键词】互联网+;课堂教学;理解误区  【中图分类号】G434 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089(2017)15-0276-02  随着“互联网+”时代的来临,翻转课堂、慕课、微课、微视频等信息化课程纷纷来袭,互联网打破