浅谈高中物理教学中流体模型的一种建法

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1、34卷第9期物理教学Vo1．34No．92012年9月PHYs1CSTEACHIN(Sep．2012浅谈高中物理教学中流体模型的一种建法许斌(江苏省昆山中学江苏215300)摘要对高中物理教学中常见的一些流体问题，建立一种更精细的模型，以便更好地反映出流体的受力特点，并能用多种方法来解决问题，对于学生如何掌握好高中物理中常见的一些流体问题做出了探索和尝试。关键词高中物理流体问题流体模型在高中物理教学过程中，学生常常会碰到一类问题，其固然正确，但屿有学生提⋯空气速度一U后来是一直存在研究对象是气体或者液体，例如：风力发电、水力采煤等等。的，他(她)仍小理解。中学教学

2、中把这类问题也称为流体问题。这类问题学生往题目3水力采煤是利用高速水流冲击煤层而进行的。往觉得难以下手，原因主要在于物理模型难以建立，常见的假如煤层受到3．6×10N／m2的压强冲击即可被破碎，若高解法是建一个柱体模型，设参量，找出对应的物理量的表速水流沿水平方向冲击煤层，不考虑水的反向溅射作用，则示式，在计算中往往运用到能量关系或者动量定理。冲击煤层的水流速度至少应为多少?题目1位于新疆的塔克拉玛干沙漠是利用风力发电分析：本题也是经的绝世佳境。设该地强风的风速口一2Om／s，空气密度．0—典题。如图2所示，建1．3kg／m3，如果把通过横截面积为S=20m2的风

3、的动能全立水流模型。部转化为电能，则电功率的大研究对象选择小为多少?(取一位有效数字)时间内的一段水柱，长}．一△——分析：如图1所示。S度为vat。图2设时间内的风为研究△m—pSvat，据动对象，其质量为△m一，量定理有：图11其动能为Ek一÷△·一FAt=Am·一0一口At即F=pSC，则．10s。；那么将动能全部转化为电能，电功率为一一^／、／]3．6X106m／S=60m／s^、／—1m／SP一急一一一21．ess一⋯×⋯。sw’这道题运用了动量定理。在对本题的模型建立过程中，学生遇到了困难：显然水流水平速度是变化的，而选取研究这道题目这样的解法很深入人

4、心，我们平时也是这样讲的，对象时好像是对匀速的水流选的。善于思考的学生会提出学生也是这样记的。记得我在讲完这题后，多问了一句：“本已有的模型是否稍嫌粗糙，对于流体的受力过程有些含糊。题还能用其他方法解吗?”，学生们陷入了思考，很快发现用其新的课程体系导致了高中物理的学习内容发生了很大他思路几乎无法下手，很多人最后还是放弃了。因此对于大的变化，动量定理现在被列为选修3—5的内容之一，不再作多数学生来说，这题的解法是记住的，没能真正掌握和理解。为必学的内容。那么诸如上题那样的流体问题，应不再使用题目2一架质量为M的直升机悬停在空中，假设螺旋动量定理来解决。基于这一系列

5、的原因，笔者和其他物理教桨将空气以速度向下推出。求该直升机的功率为多大?对这题，有相当多的学生会认为直升机悬停在空中是因为师讨论研究后，设计了一种更精细些的流体模型，权且称之空气作用力与直升机的重力平衡，然后螺旋桨将空气向下推的为流体模型2．0版吧。并且开展了相应的教学实验研究工力与空气向上托住直升机的力是一对相互作用力，所以螺旋作，收到了一定的效果。接下来结合上述例子来说明一下。桨向下推的力大小就等于Mg，那么直升机的功率就是Mgv。题目4(风力发电)，建立模型2．0版，如图3所示：有一些学生隐约地感觉到可能应该在刚才的答案上再分析：研究对象选择风，设作用区风速

6、从减小到O，用时除以2，但为什么除2，不是很清楚。一些教师在讲这题时，，作用区内质量为△。解释说空气是由静止开始被加速到的，所以应除以2，这现在如何正确表示△m?有学生提出作用区内因为速度·47·34卷第9期物理教学2Ol2．9从减小到0，可看作为匀功率P一W一专。变速运动，长度应为vat／如果直接用关系式P—Fv也可以，功率P—F·一2，因此△一vLxt／2。但是如果这样算，结F·()一。果与旧的模型比刚好为一从这题的解决可以看出，虽然模型2．0版建立比旧的模半，是什么原因呢?图3型稍稍烦些，但由于它较好地模拟了速度的变化，一定程度让我们来比较一下非上揭示了受力

7、与速度变化的关系，符合学生对流体的认识，作用区与作用区的区别，非作用区内我们认为气体分子做匀反而使得这个模型更易于为学生接受和认可。学习了这个速运动，而作用区内气体分子做匀变速运动，显然同样体积模型的建立，学生对于这道题为何要除以2就很清楚了。而的气体分子在两个区的分布情况不同，或者说是密集程度不且这个模型对于一题多解法也提供了好的平台。同。那么密度．0反映的应该是非作用区的密度，所以关于作接下来再看看对于题目三(水力采煤)的应用。这题的用区内质量，我们可以用非作用区来转换，因为在同样的时模型可以模仿题目一(风力发电)来建立。如图3所示。设间内，不管是作用区还是非

8、作用区，尽