Question

探究“硬幣起飛”的條件．
（一）查尋規(guī)律：在地面附近同一高度或高度差不顯著的情況下，空氣流速v與壓強(qiáng)p的關(guān)系可表示為

1

2

ρv²+p=C；式中C是常量，ρ表示空氣密度．根據(jù)上述關(guān)系式可知：
（1）空氣流速越大，壓強(qiáng)

 

；空氣流速越小，壓強(qiáng)

 

．
（2）常量C表示空氣流速為0時(shí)的

 

．
（二）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：本研究需要知道硬幣的質(zhì)量m（或重力G）和硬幣上（或下）表面面積S．
（3）某同學(xué)采用如圖所示的方法測(cè)定硬幣上（或下）表面面積．

①測(cè)得硬幣的直徑D=

 

cm．
②根據(jù)數(shù)學(xué)公式S=πD²/4即可算出硬幣上（或下）表面面積．
（4）請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)定硬幣質(zhì)量（或重力）的實(shí)驗(yàn)方案．
（三）探究條件：如圖所示，在水平桌面上放置一個(gè)硬幣并沿箭頭所示方向吹氣，氣流通過(guò)硬幣上部，由于硬幣下面沒(méi)有氣流通過(guò)，從而產(chǎn)生壓力差，給硬幣一個(gè)向上的動(dòng)力．

（5）根據(jù)上述流速與壓強(qiáng)的關(guān)系式可知，硬幣下方空氣壓強(qiáng)p_下=

 

．
（6）剛好將硬幣吹起時(shí)，硬幣上、下表面的壓力差△F=

 

．
（四）得出結(jié)論：
（7）請(qǐng)導(dǎo)出剛好將硬幣吹起時(shí)吹氣速度v的表達(dá)式（用ρ、S、m或G表示）．

Answer 1

分析：（一）首先明確，在流體中，流速大的地方壓強(qiáng)小，流速小的地方壓強(qiáng)大；
在計(jì)算C時(shí)，要把握住“空氣流速為0”的條件，將其代入已知的公式即可得出C表示的物理量．
（二）測(cè)量硬幣的直徑所用的是平移法，相鄰兩個(gè)硬幣與刻度尺的接觸部分之間的距離，即為硬幣的直徑；
在設(shè)計(jì)硬幣質(zhì)量的測(cè)量實(shí)驗(yàn)時(shí)，要考慮到硬幣的質(zhì)量過(guò)小，需要使用累積法來(lái)減小誤差．
（三）解答這一小題，要抓住三點(diǎn)：
①題目給出的空氣流速和壓強(qiáng)的關(guān)系式；②硬幣下方的空氣流速為0；③硬幣剛要被抬起時(shí)，仍處于平衡狀態(tài)；
然后根據(jù)題目所求的物理量進(jìn)行相應(yīng)的代值計(jì)算和受力分析即可．
（四）解答該題要從題目給出的公式來(lái)入手考慮；
延續(xù)（6）的思路，將硬幣上下方的壓力差用F=PS表示出來(lái)，通過(guò)所列等式來(lái)尋求V的表達(dá)式．

解答：解：（一）由公式

1

2

ρv²+p=C（式中C是常量，ρ表示空氣密度）可知：
（1）空氣流速越大，壓強(qiáng)��；空氣流速越小，壓強(qiáng) 大．
（2）常量C表示空氣流速為0時(shí)的壓強(qiáng)或P．
（二）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：
（3）由圖可知刻度尺上共測(cè)量了四個(gè)直徑，四個(gè)直徑的總長(zhǎng)度為：7.40cm，即每個(gè)硬幣的直徑為：7.40cm÷4=1.85cm．
（4）測(cè)定硬幣質(zhì)量（或重力）的實(shí)驗(yàn)方案．
方案一：先利用天平稱(chēng)出多個(gè)硬幣的總質(zhì)量，然后計(jì)算出單個(gè)硬幣的質(zhì)量．
方案二：先利用彈簧測(cè)力計(jì)稱(chēng)出多個(gè)硬幣的總重力），然后計(jì)算出單個(gè)硬幣的重力．
（三）探究條件：
（5）在吹硬幣時(shí)，硬幣下方的空氣流速為0，代入公式

1

2

ρv²+p=C中，得：

1

2

ρ×0+p_下=C，即：硬幣下方空氣壓強(qiáng)p_下=C．
（6）吹硬幣時(shí)，硬幣受到三個(gè)力的共同作用：硬幣上表面的壓力F_上、下表面的壓力F_下、硬幣的自重G；
那么剛好被吹起時(shí)，F(xiàn)_下=F_上+G，即：硬幣上、下表面的壓力差△F=G．
或，硬幣上方的受到的壓力：F_上=P_上S=（C-

1

2

ρv²）S=CS-

1

2

ρSv²；
硬幣下方受到的壓力：F_下=P_下S=CS；
那么硬幣上下的壓力差為：△F=F_下-F_上=

1

2

ρSv²．
（四）得出結(jié)論：
（7）剛好吹起硬幣時(shí)可看作硬幣受到平衡力的作用，即△F=G．
此時(shí)硬幣上方的壓強(qiáng)為：P_上=C-

1

2

ρv²；
硬幣下方的壓強(qiáng)為：P_下=C（空氣流速為0）；
那么硬幣上下方的壓強(qiáng)差為：P_下-P_上=△P=

1

2

ρv²；
∵△F=△p?S
∴

1

2

ρv²?S=G即：v=

2G Sρ

；
故答案為：（1）��；大．
（2）壓強(qiáng)．
（3）1.85．
（4）先利用天平（或彈簧秤）稱(chēng)出多個(gè)硬幣的總質(zhì)量（或總重力），然后計(jì)算出單個(gè)硬幣的質(zhì)量（或重力）．
（5）C．
（6）G．
（7）剛好將硬幣吹起時(shí)吹氣速度v的表達(dá)式：v=

2G Sρ

．

點(diǎn)評(píng)：本題的解題關(guān)鍵有以下幾點(diǎn)：（1）流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系：流速越大，壓強(qiáng)越��；流速越小，壓強(qiáng)越大．（2）知道用累積法測(cè)量微小物體的長(zhǎng)度、質(zhì)量或重力．（3）會(huì)用平衡力進(jìn)行近似計(jì)算．