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物理教科书上提到飞机腾空而起的升力时,有这样的描述:“在相同的时间内,机翼上方气流通过的路程较长,因而速度较大,它对机翼的压强较小,下方气流通过的路程较短,因而速度较小,它对机翼的压强较大,因此在机翼的上下表面产生了压强差,这就是向上的升力(注)。”这部分描述多次出现“压强”这个概念,但是,飞机的升力是“压强差”还是“压力差”呢?
压力和压强是初中物理“力学”部分的重要概念,但它们作用的效果有着本质的区别。教科书上虽然也强调概念,但没有特别强调它们的区别,并没有引起学生足够的重视,以致于在回答物体被压的简答题时经常混淆。
压力是垂直压在物体表面上的力,单位是牛顿,它的作用效果是使被压物体的形状发生改变,是反映总体受压的物理量。而压强是物体在单位面积上受到的压力,单位是帕斯卡(即牛顿/平方米),是反映压力集中程度的物理量,而且物体承受压强的能力是有限度的,超过这个限度物体就会被压坏。
对这两个概念的分析,我认为物体被压发生形变但没有压坏这类问题,应该用压力这个概念来回答,而物体被压并压坏这类问题就应该用压强这个概念来回答。教科书上的“在机翼的上下表面产生压强差,这就是向上的升力”这句话,容易给学生造成升力等于压强差的认识,也就是:
升力=下表面的压强—上表面的压强
从量来分析,升力和壓强不是同一类物理量,不可能有“力=压强—压强”这样的和差关系。我个人认为教科书的描述有点过于简略,容易给学生造成认识上的错误。因为飞机能够腾空而起,起作用的因素是压力而不是压强,上下表面受到的压力的矢量和才是向上的升力。如果从空气对飞机下表面的“压强较大”,空气对飞机上表面的“压强较小”的压强来研究,那就要分析气流对飞机上下表面的压强是否超过机翼承受压强的能力,属于机翼是否被压坏的问题了。
所以,我认为如果在教科书上的“机翼上方气流通过的路程较长,因而速度较大,它对机翼的压强较小”这句文字的后面加上“它对机翼的压力也较小”,在“下方气流通过的路程较短,因而速度较小,它对机翼的压强较大”这句文字的后面加上“它对机翼的压力也较大”,把“因此在机翼的上下表面产生了压强差”改为“因此在机翼的上下表面产生了压力差”,这样比较好理解一些。
根据八年级学生目前的知识水平和理解能力,完全能够掌握压力和压强这两个概念的区别,我在这部分内容的教学中,特别强调飞机的升力是压力差而不是压强差,效果较好,学生们对压力和压强这两个概念理解得也比较清楚。同时在解答其它有关压力和压强的简答题和计算题时,也不容易混淆这两个概念。当爱钻研的学生提出上表面的面积大,下表面的面积小,不容易分析出哪个表面受到的压力大的问题时,可以解释为在飞机上升和飞行时,压力和压强对飞机的影响比受力面积的影响大得多。八年级学生目前这样理解就够了,不必定量分析。还可以告诉他们,要想深入研究这个问题,那就要上大学学习一门学科,叫“空气动力学”。
压力和压强是初中物理“力学”部分的重要概念,但它们作用的效果有着本质的区别。教科书上虽然也强调概念,但没有特别强调它们的区别,并没有引起学生足够的重视,以致于在回答物体被压的简答题时经常混淆。
压力是垂直压在物体表面上的力,单位是牛顿,它的作用效果是使被压物体的形状发生改变,是反映总体受压的物理量。而压强是物体在单位面积上受到的压力,单位是帕斯卡(即牛顿/平方米),是反映压力集中程度的物理量,而且物体承受压强的能力是有限度的,超过这个限度物体就会被压坏。
对这两个概念的分析,我认为物体被压发生形变但没有压坏这类问题,应该用压力这个概念来回答,而物体被压并压坏这类问题就应该用压强这个概念来回答。教科书上的“在机翼的上下表面产生压强差,这就是向上的升力”这句话,容易给学生造成升力等于压强差的认识,也就是:
升力=下表面的压强—上表面的压强
从量来分析,升力和壓强不是同一类物理量,不可能有“力=压强—压强”这样的和差关系。我个人认为教科书的描述有点过于简略,容易给学生造成认识上的错误。因为飞机能够腾空而起,起作用的因素是压力而不是压强,上下表面受到的压力的矢量和才是向上的升力。如果从空气对飞机下表面的“压强较大”,空气对飞机上表面的“压强较小”的压强来研究,那就要分析气流对飞机上下表面的压强是否超过机翼承受压强的能力,属于机翼是否被压坏的问题了。
所以,我认为如果在教科书上的“机翼上方气流通过的路程较长,因而速度较大,它对机翼的压强较小”这句文字的后面加上“它对机翼的压力也较小”,在“下方气流通过的路程较短,因而速度较小,它对机翼的压强较大”这句文字的后面加上“它对机翼的压力也较大”,把“因此在机翼的上下表面产生了压强差”改为“因此在机翼的上下表面产生了压力差”,这样比较好理解一些。
根据八年级学生目前的知识水平和理解能力,完全能够掌握压力和压强这两个概念的区别,我在这部分内容的教学中,特别强调飞机的升力是压力差而不是压强差,效果较好,学生们对压力和压强这两个概念理解得也比较清楚。同时在解答其它有关压力和压强的简答题和计算题时,也不容易混淆这两个概念。当爱钻研的学生提出上表面的面积大,下表面的面积小,不容易分析出哪个表面受到的压力大的问题时,可以解释为在飞机上升和飞行时,压力和压强对飞机的影响比受力面积的影响大得多。八年级学生目前这样理解就够了,不必定量分析。还可以告诉他们,要想深入研究这个问题,那就要上大学学习一门学科,叫“空气动力学”。