泵與風(fēng)機(jī)電子教案 單元二 李靜.doc

單元單元二 液體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律課題課題一 液體靜力學(xué)基本方程式及其應(yīng)用課型新授課課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：液體靜壓力的特性，液體靜力學(xué)基本方程式的第一表達(dá)式。技能目標(biāo)：靜壓力特性的實(shí)用意義，確定靜壓力的大小和方向。德育目標(biāo)：利用靜壓力的大小去確定靜壓力的大小和方向，為工程應(yīng)用提供了便捷。教學(xué)重點(diǎn)1、靜壓力的特性。2、靜力學(xué)第一表達(dá)式。教學(xué)難點(diǎn)一、 靜壓力大小和方向的實(shí)驗(yàn)判定。二、 靜壓力第一表達(dá)式的意義。教學(xué)方法講授、分析、比較教學(xué)媒體教材、黑板、粉筆授課時(shí)間 教材分析液體靜壓力的兩個(gè)重要特性對(duì)于工程上測(cè)量流體某點(diǎn)的靜壓力的大小和方位具有重要的意義，通過(guò)教材靜壓力特性分析，為水位計(jì)、水壓機(jī)、閘門(mén)、水箱壁面受力分析打下基礎(chǔ)。教后記布置作業(yè)P49 2-1作業(yè)情況教學(xué)過(guò)程：備注引入課題：液體靜力學(xué)基本方程式是揭示不可壓縮流體在平衡狀態(tài)下力學(xué)規(guī)律的公式，用它可以確定靜止液體內(nèi)任意一點(diǎn)的靜壓力的大小。講授新課：一、液體靜壓力的特性1、流體的靜壓強(qiáng)定義流體處于絕對(duì)靜止或相對(duì)靜止時(shí)的壓強(qiáng)。2、流體靜壓力的兩個(gè)特性l 方向性：流體靜壓力的方向總是沿著作用面的內(nèi)法線方向（原因：靜止流體不能承受剪力和拉力）l 大小性：流體靜壓力與作用面在空間的方位無(wú)關(guān)，僅是該點(diǎn)坐標(biāo)的函數(shù)。即：任意一點(diǎn)所受各方向的流體靜壓強(qiáng)大小相等，與作用面的方位無(wú)關(guān)。l 流體靜壓強(qiáng)的計(jì)算P1P2h12 3、流體靜壓力的兩個(gè)特性的實(shí)用意義。l 方向性：只要已知作用面的位置，就能方便的確定液體靜壓力的方向。l 大小性：工程上測(cè)量流體某點(diǎn)的靜壓力時(shí)，不必選擇方位，只需確定改點(diǎn)位置即可。三、 靜力學(xué)基本方程的推導(dǎo) 1、方程的推導(dǎo)設(shè)：敞口容器內(nèi)盛有密度為r的靜止流體，取任意一個(gè)垂直流體液柱，上下底面積均為Am2。作用在上、下端面上并指向此兩端面的壓力分別為 P1和 P2 。該液柱在垂直方向上受到的作用力有:（1）作用在液柱上端面上的總壓力P1 P1= p1 A (N) （2）作用在液柱下端面上的總壓力 P2 P2= p2 A (N) （3）作用于整個(gè)液柱的重力G G =rgA(Z1-Z2) (N) 由于液柱處于靜止?fàn)顟B(tài)，在垂直方向上的三個(gè)作用力的合力為零，即 ： p1 A+ rgA(Z1 -Z2) -p2 A = 0令： h= (Z1 -Z2) 整理得： p2 = p1 + rgh 若將液柱上端取在液面，并設(shè)液面上方的壓強(qiáng)為 p0 ； 則： p0 = p1 + rgh 上式均稱(chēng)為流體靜力學(xué)基本方程式，它表明了靜止流體內(nèi)部壓力變化的規(guī)律。 即：靜止流體內(nèi)部某一點(diǎn)的壓強(qiáng)等于作用在其上方的壓強(qiáng)加上液柱的重力壓強(qiáng)。2、靜力學(xué)基本方程的討論:（1）在靜止的液體中，液體任一點(diǎn)的壓力與液體密度和其深度有關(guān)。（2）在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上各點(diǎn)的壓力均相等。（3）當(dāng)液體上方的壓力有變化時(shí)，液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力也發(fā)生同樣大小的變化。（4） 或壓強(qiáng)差的也大小可利用一定高度的液體柱來(lái)表示。（5）整理得： 也為靜力學(xué)基本方程（6）方程是以不可壓縮流體推導(dǎo)出來(lái)的，對(duì)于可壓縮性的氣體，只適用于壓強(qiáng)變化不大的情況。靜力學(xué)表達(dá)式 靜力學(xué)第一表達(dá)式小結(jié)：流體力學(xué)也是遵循由淺入深，由簡(jiǎn)到繁，由特殊到一般的認(rèn)識(shí)規(guī)律。 在講述中利用物理學(xué)中物體受力平衡的原理推導(dǎo)靜力學(xué)第一表達(dá)式，效果較好。重點(diǎn)掌握明確各過(guò)程線的含義必須首先力的平衡進(jìn)行計(jì)算此處為難點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際講解重點(diǎn)記憶第一表達(dá)式，是后續(xù)學(xué)習(xí)的需要單元單元二 液體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律課題課題一 液體靜力學(xué)基本方程式及其應(yīng)用課型新授課課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：液體靜力學(xué)第二表達(dá)式、第二表達(dá)式流體力學(xué)意義及作用。技能目標(biāo)：用第二表達(dá)式來(lái)判定靜止液體中的等壓面。德育目標(biāo)：通過(guò)壓力圖表的相互關(guān)系，制定安全壓力表操作規(guī)程，從而提高工作效率。教學(xué)重點(diǎn)1、能頭、能頭線的概念。2、第二表達(dá)式的流體力學(xué)意義及作用。教學(xué)難點(diǎn)1、如何正確的判定靜止液體中的等壓面。2、第二表達(dá)式的公式應(yīng)用。教學(xué)方法講授、分析、比較教學(xué)媒體黑板、粉筆授課時(shí)間 教材分析在熱力發(fā)電廠中，通過(guò)各種設(shè)備的壓力表對(duì)設(shè)備的壓力進(jìn)行控制，對(duì)安全運(yùn)行起著重要的指導(dǎo)作用，因而準(zhǔn)確分析壓力表的測(cè)量結(jié)果，進(jìn)行電廠設(shè)備的有效控制至關(guān)重要。教后記布置作業(yè)P49 2-2、2-3、2-5作業(yè)情況教學(xué)過(guò)程：備注引入課題：研究流體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)，必須首先分析作用在流體上的各種力。講授新課：一、靜力學(xué)基本方程的推導(dǎo) 如圖所示，容器中盛有密度為的均勻靜止液體，自由表面上的壓強(qiáng)為 P0，則單位質(zhì)量力在各坐標(biāo)方向上的分力fx=0,fy=0,fz=-g,代入壓強(qiáng)差公式中，得 , 對(duì)不可壓縮均質(zhì)流體，積分上式可得靜力學(xué)基本方程式中c為積分常數(shù)，由邊界條件確定。這就是重力作用下的液體平衡方程，靜力學(xué)表達(dá)式 靜力學(xué)基本方程形式之一2、由上式得 代入邊界條件：z0時(shí)，pp0則 p0C所以 令 -zh（點(diǎn)在液面以下的深度h）則 靜力學(xué)基本方程形式之一n 由液體靜力學(xué)的基本方程式可以得出以下結(jié)論：n 1) 在同一靜止流體中，深度相同的各點(diǎn)，壓強(qiáng)也相同。這些深度相同的點(diǎn)所組成的平面是一個(gè)水平面，可見(jiàn)靜止水平面是壓強(qiáng)處處相等的面，即等壓面。n 2）兩種容重不同互不混合的液體，在同一容器中處于靜止?fàn)顟B(tài)，兩種液體之間形成分界面。這種分界面既是水平面又是等壓面。n 3）對(duì)于氣體，由于氣體的容重很小，在高差不大的情況下，氣柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)值很小，因而可以忽略的影響。 n 4）靜止液體任一邊界面上壓強(qiáng)的變化，將等值地傳到其他各點(diǎn)（只要靜止不被破壞），這就是水靜壓強(qiáng)等值傳遞的帕斯卡定律。注意：判斷等壓面需靜止、同種、連續(xù)三個(gè)條件 n 1.靜止的水面、湖面、池面為等壓面；n 2.液體容器，測(cè)壓管、鍋爐等上部的氣體空間，我們就認(rèn)為各點(diǎn)的壓強(qiáng)是相等的；n 3.帕斯卡定律在水壓機(jī)，液壓傳動(dòng)，氣動(dòng)閥門(mén)，水力閘門(mén)等水力機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。 舉例1. 判斷下列點(diǎn)的壓強(qiáng)大小 P1p2=p3 lC ， 二者之間的距離為 壓力中心D(作用點(diǎn))液深 ：課堂小結(jié)：注意壓力中心D點(diǎn)和型心點(diǎn)C點(diǎn)的確定方法。重點(diǎn)掌握明確各過(guò)程線的含義必須首先計(jì)算抽汽率此處為難點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際講解單元單元二 液體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律課題課題一 液體靜力學(xué)基本方程式及其應(yīng)用課型新授課課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：了解作業(yè)在曲面壁上液體總靜壓力的計(jì)算公式，學(xué)會(huì)分析壓力體的受力情況。技能目標(biāo)：讓學(xué)生了解實(shí)壓力體和虛壓力體在電廠中的應(yīng)用。德育目標(biāo)：準(zhǔn)確分析壓力體受力，確保運(yùn)行安全。教學(xué)重點(diǎn)1、靜止液體對(duì)曲面作用的總壓力的受力分析。2、壓力體與壓力中心的確定。教學(xué)難點(diǎn)1、例題中總壓力的分析和計(jì)算。2、平衡方程式的應(yīng)用。教學(xué)方法講授、分析、比較教學(xué)媒體黑板、粉筆授課時(shí)間 教材分析在熱力發(fā)電廠中，通過(guò)各種設(shè)備的壓力表對(duì)設(shè)備的壓力進(jìn)行控制，對(duì)安全運(yùn)行起著重要的指導(dǎo)作用，因而準(zhǔn)確分析壓力表的測(cè)量結(jié)果，進(jìn)行電廠設(shè)備的有效控制至關(guān)重要。教后記布置作業(yè)P49 2-13作業(yè)情況教學(xué)過(guò)程：備注引入課題：研究流體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)，必須首先分析作用在流體上的各種力。講授新課：四、液體靜壓力基本方程式的應(yīng)用4、計(jì)算靜止液體作用在壁面上的總壓力（2）作用在曲面壁上液體總靜壓力的計(jì)算公式 作用力的水平分力為Fx 微小水平分力為：dFx = dF cosa = ( p0 + rgh ) dA cosa = ( p0 + rgh ) dAx 式中：dAx 微小曲面積 dA 在 x 軸方向 (或 yoz 坐標(biāo)平面)上的投影面積。則 Fx = AxdFx = Ax ( p0 + rgh)dAx = p0Ax + rg Ax h dAx式中： Ax hdAx = hCAx 曲面A在 yoz 平面上的 投影面積 Ax 對(duì) y 軸的面積矩 。 hC 投影面積Ax形心處C的液深。 所以：Fx = p0Ax + rghC Ax = ( p0 + rghC)Ax 作用力的水平分力 作用力的垂直分力Fz 微小垂直分力為：dFz = dFsina = ( p0 + rgh)dA sina = ( p0+rgh)dAz式中：dAz 微小曲面積 dA 在 z 方向上 的投影面積。則： Fz = AzdFz = Az ( p0 + rgh)dAz = p0Az + rg Azh dAz顯然，式中：Az hdAz = VF 曲面ab上方的 液體體積，稱(chēng)為壓力體。所以： Fz = p0Az + rgVF 作用力的垂直分力液體對(duì)曲面的作用力: F 的作用方向：q F 的方向與垂直方向的夾角。 壓力體的概念 積分式 Azh dAz 純幾何體積。定義：由所研究的曲面A，通過(guò)曲面A的周界（外緣）所作的垂直柱面，以及對(duì)曲面A有作用的液體自由液面（或其延伸面）所圍成的封閉體積，用VF表示，稱(chēng)為壓力體。壓力體液重： rgVF 實(shí)壓力體 壓力體與受壓面同側(cè)。虛壓力體 壓力體與受壓面異側(cè)?；颍簤毫Ρ碛脺y(cè)壓管代替時(shí)課堂小結(jié)：注意平衡方程的確定和壓力體的受力分析。在理解的基礎(chǔ)上掌握明確各過(guò)程線的含義此處為難點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際講解單元單元二 液體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律課題課題一 液體靜力學(xué)基本方程式及其應(yīng)用課型新授課課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：掌握浮力的概念和在電廠中的應(yīng)用，分析重力和浮力的大小關(guān)系和在水中的狀態(tài)。技能目標(biāo)：浮力的應(yīng)用，了解并掌握浮子式水位調(diào)節(jié)器的應(yīng)用原理。德育目標(biāo)：分析圓閥、浮子應(yīng)用，學(xué)會(huì)受力分析來(lái)進(jìn)行力的求解。教學(xué)重點(diǎn)1、掌握浮力產(chǎn)生的原因。2、掌握浮力的計(jì)算公式。教學(xué)難點(diǎn)一、了解關(guān)于浮力的應(yīng)用的實(shí)例。二、掌握浮力的計(jì)算方法。教學(xué)方法講授、分析、比較教學(xué)媒體黑板、粉筆授課時(shí)間 教材分析本小節(jié)內(nèi)容通過(guò)分析重力與浮力的大小關(guān)系，確定了物體在水中的三種狀態(tài)：沉體、潛體和浮體。在熱電廠浮子式水位調(diào)節(jié)器就是應(yīng)用的重力浮力的關(guān)系，具有重要意義。教后記布置作業(yè) P52 2-14作業(yè)情況教學(xué)過(guò)程：備注引入課題：不會(huì)游泳的人在死海里為什么不會(huì)被淹死？為什么淹不死他們？是神在保護(hù)他們嗎？講授新課：一、浮力的計(jì)算公式1、浮力的概念浮力：浸在液體（或氣體）里的物體受到液體（或氣體）對(duì)物體向上的托力叫做浮力。浮力的方向是豎直向上的。浮力產(chǎn)生的原因。浸在液體（或氣體）里的物體受到的壓力差就是液體（或氣體）對(duì)物體的浮力。假設(shè)浸沒(méi)物體的邊長(zhǎng)是a的立方體，立方體的各個(gè)側(cè)面受到液體的壓力相互抵消，但其上下底面所受到壓力大小不同， 上表面受到液體對(duì)其向下壓力的大小為：F下=液gh1a2下表面受到液體對(duì)其向上壓力的大小為：F上=液gh2a2兩者之差就是浮力大小：F浮=F上F下=液gh2a2 液gh1a2=液g(h2h1)a2 =液ga32、正確理解阿基米德原理浸在液體里的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開(kāi)液體的重力，這就是阿基米德原理，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式是：F浮=液gV排=G排液 對(duì)阿基米德原理及其公式，應(yīng)注意理解以下幾點(diǎn)： 阿基米德原理闡明了浮力的三要素：浮力作用在浸在液體（或氣體）的物體上，其方向是豎直向上的，其大小等于物體所排開(kāi)的液體（或氣體）受到的重力，即 F浮=G排液 “浸在”的含義既包括物體全部體積都沒(méi)入液體里，也包括物體的一部分體積在液體里面而另一部分體積露出液面的情況，“浸沒(méi)”指全部體積都在液體里，阿基米德原理對(duì)浸沒(méi)和部分體積浸在液體中都適用。 “排開(kāi)液體的體積”即V排和物體的體積為V物，它們?cè)跀?shù)值上不一定相等，當(dāng)物體浸沒(méi)在液體里時(shí)，V排=V物，此時(shí)，物體在這種液體中受到浮力最大。如果物體只有一部分體積浸在液體里，則V排V物，這時(shí)V物=V排+V露。當(dāng)液體的密度一定時(shí)，根據(jù)F液=液gV排，物體排開(kāi)液體的體積小，物體受到的浮力就小，物體排開(kāi)液體的體積大，物體受到的浮力就大，物體受到的浮力跟它排開(kāi)液體的體積成正比。由此看出浮力的大小跟物體的體積的大小無(wú)關(guān)，物體的體積再大，浸在液體里的體積很小，它也不會(huì)受到多大的浮力。 根據(jù)阿基米德原理公式F浮=液gV排，當(dāng)物體排開(kāi)液體的體積V排一定時(shí)，浮力的大小跟液體的密度成正比。即浮力的大小跟液體的密度液、物體排開(kāi)液體的體積V排有關(guān)，而與物體自身的重力、體積、密度、形狀無(wú)關(guān)。浸沒(méi)在液體里的物體受到的浮力不隨物體在液體中的深度的變化而改變。如圖所示： 體積相同的鋁球、鐵板、木塊浸沒(méi)水中的深度不同，雖然它們本身的密度、形狀、重力，在水中的深度各不相同，但它們受到的浮力卻是相同的，這就是因?yàn)楦×Φ拇笮≈皇怯梢?、V排決定的。 阿基米德原理也適用于氣體：F浮=氣gV排，浸在大氣里的物體，V排=V物。 3、物體的沉浮 放在液體中的物體平衡有三種情況。一是物體漂浮在液面上，如漂浮在水面上的木塊；二是物體懸浮在液體中，既不露出液面，也不沉到容器底。如酒精和水按一定比例混和后，橄欖油會(huì)成球狀懸浮在混和液中；三是物體沉到容器底部，如下沉到容器底部的實(shí)心鐵球。 當(dāng)物體漂浮或懸浮時(shí)，根據(jù)物體受力平衡，它所受重力和浮力平衡。若下沉，則物體所受浮力小于其重力，物體下沉到容器底部后，物體所受容器底對(duì)其彈力，浮力和它的重力平衡。 從物體與液體的密度關(guān)系來(lái)看，當(dāng)物體漂浮在液面上時(shí)，物體排開(kāi)液體的體積必然小于物體本身體積，V排V物，而GF浮，則物gV物液gV排可知物液。 當(dāng)物體懸浮在液體中時(shí)，物體排開(kāi)液體的體積V排V物，由物gV物液gV排可知物液 當(dāng)物體沉到容器底時(shí)，可知G物F浮，而V物V排，物gV物液gV排，可知物液。由上所述，可得出結(jié)論 當(dāng)物液時(shí)，物體漂浮 當(dāng)物液時(shí)，物體懸浮 當(dāng)物液時(shí)，物體下沉 應(yīng)該看到，上浮和下沉都是動(dòng)態(tài)過(guò)程，浮力大于重力時(shí)，當(dāng)物體在水中的上浮過(guò)程中，其受力情況是不變的，但當(dāng)物體部分露出水面后，其所受浮力隨其露出水面部分體積的增加而減小，直至浮力與重力平衡，物體飄浮在水面上。若物體所受浮力小于重力，物體將下沉，在水中下沉過(guò)程中物體受力情況也不變，直到物體與容器底部接觸，此時(shí)物體受到浮力與容器底部對(duì)物體托力之和跟物體重力平衡。 4、排水量的含義 輪船的大小通常用排水量來(lái)表示，排水量是個(gè)專(zhuān)有名詞，它是指船滿載時(shí)排開(kāi)的水的質(zhì)量。如將上述質(zhì)量算成重量也就是船滿載后受到的水的浮力（即船受到的最大浮力）。根據(jù)物體漂浮在液體的條件，可得如下的計(jì)算公式： 排水量船自身的質(zhì)量滿載時(shí)貨物的質(zhì)量 例如：某輪船的排水量是22000t，船自身質(zhì)量為8000t，則它最多可裝 220