探究“硬币起飞”的条件。
(一)查寻规律:在地面附近同一高度或高度差不显著的情况下,空气流速v与压强p的关系可表示为;式中C是常量,ρ表示空气密度。根据上述关系式可知:
(1)空气流速越大,压强越小;空气流速越小,压强越大。
(2)常量C表示空气流速为0时的压强。
(二)设计实验:本研究需要知道硬币的质量m(或重力G)和硬币上(或下)表面面积S。
(3)某同学采用如图所示的方法测定硬币上(或下)表面面积。
①测得硬币的直径D= cm。
②根据数学公式S=πD2/4即可算出硬币上(或下)表面面积。
(4)请你设计一个测定硬币质量(或重力)的实验方案。
(三)探究条件:如图所示,在水平桌面上放置一个硬币并沿箭头所示方向吹气,气流通过硬币上部,由于硬币下面没有气流通过,从而产生压力差,给硬币一个向上的动力。
(5)根据上述流速与压强的关系式可知,硬币下方空气压强p下= 。
(6)刚好将硬币吹起时,硬币上、下表面的压力差△F= 。
(四)得出结论:
(7)请导出刚好将硬币吹起时吹气速度v的表达式 (用ρ、S、m或G表示)。
答案:
(3)1.85
(4)先利用天平(或弹簧秤)称出多个硬币的总质量(或总重力),然后计算出单个硬币的质量(或重力)
(5)C
(6)G
(7)
解析:
(3)由图知,刻度尺的分度值是1mm,左端硬币的中心与刻度尺的零刻度线对齐,
最右端的硬币中心所对应的刻度是7.40cm,则硬币的直径
D1.85cm,
(4)测定硬币质量(或重力)的实验方案。
方案一:先利用天平称出多个硬币的总质量,然后计算出单个硬币的质量。
方案二:先利用弹簧测力计称出多个硬币的总重力),然后计算出单个硬币的重力。
(三)探究条件:
(5)在吹硬币时,硬币下方的空气流速为0,代入公式ρv2+p=C中,得:
ρ×0+p下=C,即:
硬币下方空气压强
p下=C。
(6)吹硬币时,硬币受到三个力的共同作用:硬币上表面的压力F上、下表面的压力F下、硬币的自重G;
那么刚好被吹起时,F下=F上+G,即:硬币上、下表面的压力差
△F=G。
或,硬币上方的受到的压力:
F上=P上S=(C-v2)S=CS-Sv2;
硬币下方受到的压力:
F下=P下S=CS;
那么硬币上下的压力差为:
△F=F下﹣F上=Sv2。
(四)得出结论:
(7)刚好吹起硬币时可看作硬币受到平衡力的作用,即
△F=G。
此时硬币上方的压强为:
P上=C-ρv2;
硬币下方的压强为:
P下=C(空气流速为0);
那么硬币上下方的压强差为:
P下﹣P上=△P=ρv2;
因为△F=△p•S 所以
ρv2•S=G 即
v
微信扫码关注三人行问答社区 公众号