一、壓力和受力面積對海綿形變的影響
1. 壓力:垂直作用在接觸面上的力,方向垂直接觸面指向受力物體。
2. 實驗思路:分別控制壓力相同和受力面積相同探究受力面積和壓力對海綿形變的影響。
注:這里采用了控制變量法和轉換法(將壓力的作用效果轉換為海綿的凹陷程度)
3. 實驗過程:如圖,圖甲中小桌放在軟的海綿上,圖乙中桌面上放一個鉤碼圖丙中小桌的桌面朝下,其上也放一個鉤碼。觀察三次實驗中海綿的形變情況。
4. 實驗結論:(1)壓力相同時,受力面積越大,壓力作用效果越明顯;(2)受力面積相同時,壓力越大,壓力作用效果越明顯。
二、壓強
1. 定義:物體所受壓力的大小與受力面積之比叫作壓強。
2. 定義式:。
3. 單位:在國際單位制中,力的單位是牛,面積的單位是平方米,壓強的單位則是牛每平方米,它有一個專用名稱叫作帕斯卡,簡稱帕,符號是Pa。
三、怎樣減小或增大壓強
1. 增大壓強的方法:增大壓力或者減小受力面積;
2. 減小壓強的方法:減小壓力或者增大受力面積。
考點一 影響壓力作用效果的因素
1.畫出圖中靜止在斜面上的木塊A對斜面B的壓力的示意圖。
【答案】
【詳解】木塊A對斜面B的壓力垂直于斜面向下,壓力的作用點在斜面上,從作用點起,垂直斜面畫線段,在線段的末段畫上箭頭表示力的方向,壓力的示意圖如圖所示:
2.某同學利用小桌、海綿和砝碼等器材進行“探究壓力的作用效果與哪些因素有關”的實驗。
(1)實驗中通過觀察 來比較壓力的作用效果。
(2)本實驗的科學探究方法是 和轉換法。
(3)砝碼的作用是改變小桌對海綿的 力。
(4)為了探究壓力的作用效果與壓力大小的關系,應比較圖甲和圖乙的實驗,可知受力面積相同時,壓力 (選填“越大”或“越小”),壓力的作用效果越明顯。
(5)為了探究壓力的作用效果與受力面積大小的關系,應比較 兩圖的實驗,可知壓力大小相同時,受力面積 (選填“越大”或“越小”),壓力的作用效果越明顯。
(6)此實驗 (選填“能”或“不能”)用硬紙板代替海綿。
【答案】(1)海綿的凹陷程度
(2)控制變量法
(3)壓
(4)越大
(5) 乙、丙 越小
(6)不能
【詳解】(1)小桌對海綿的壓力改變了海綿的形狀,通過觀察海綿的凹陷程度來比較壓力的作用效果,采用了轉換法。
(2)由圖可知,甲、乙中壓力大小改變,受力面積相同;乙、丙中壓力大小相同、受力面積改變。在探究壓力的作用效果與其中一個因素的關系時,要控制其它因素相同,運用了控制變量法。故本實驗的科學探究方法是控制變量法和轉換法。
(3)在小桌上加砝碼,增大了小桌對接觸面的壓力,故砝碼的作用是改變小桌對海綿的壓力。
(4)甲、乙兩次實驗中,受力面積相同,壓力不同,乙中小桌對海綿的壓力更大,海綿的凹陷程度更大,即壓力的作用效果更明顯,故能得出:受力面積相同時,壓力越大,壓力的作用效果越明顯。
(5)[1]探究壓力的作用效果與受力面積大小的關系,要控制壓力相同,改變受力面積的大小,故應比較乙、丙兩圖的實驗。
[2]乙、丙兩次實驗中,壓力相同,受力面積不同,乙中受力面積更小,海綿的凹陷程度更大,即壓力的作用效果更明顯,故能得出:壓力大小相同時,受力面積越小,壓力的作用效果越明顯。
(6)由于硬紙板的形變不明顯,不容易探究壓力的作用效果,所以不能用硬紙板代替海綿。
3.在“探究壓力的作用效果與哪些因素有關”實驗中,小明同學用一塊海綿和兩塊規(guī)格相同的長方體磚塊做了如圖所示的一系列實驗,請分析回答下列問題:
(1)該實驗通過觀察 來反映壓力的作用效果,此處所用的研究方法是 ;
(2)比較圖乙和丙的實驗現(xiàn)象,可得出結論:當壓力相同時, ;
(3)比較圖 和 的實驗現(xiàn)象,可得出的結論:當受力面積相同時,壓力越大,壓力的作用效果越明顯;
(4)小明與小紅進行實驗交流時,小明提出還可以用鉛筆探究壓力的作用效果與受力面積的關系,小明分別采用如圖戊、己所示的兩種方法,用兩只手的食指分別壓在鉛筆兩端給小紅演示。小紅指出圖己的方法不合理,原因是 。
【答案】(1) 海綿的凹陷程度 轉換法
(2)受力面積越小,壓力的作用效果越明顯
(3) 乙 丁
(4)沒有控制壓力大小相同
【詳解】(1)[1][2]實驗中,壓力的作用效果的大小是通過比較海綿的凹陷程度來反映的,海綿的凹陷程度越大,壓力作用效果越明顯這是轉換法的運用。
(2)分析比較圖乙和丙的實驗現(xiàn)象,丙中受力面積小,壓力的作用效果明顯,故可以初步得出結論:當壓力相同時,受力面積越小,壓力的作用效果越明顯。
(3)[1][2]探究壓力的作用效果與壓力大小的關系時應控制受力面積的大小不變,改變壓力的大小,故研究分析比較圖乙和丁的實驗現(xiàn)象,可得出的初步結論:當受力面積相同時,壓力越大,壓力的作用效果越明顯。
(4)探究壓力的作用效果與受力面積的關系,要控制壓力大小相同,而圖己中因鉛筆的重力作用,壓力大小不同,故圖己的方法不合理,原因是沒有控制壓力大小相同。
考點二 壓強
4.關于壓強這個物理概念,以下說法正確的是( )
A.壓強是一種力B.壓力越大,壓強越大
C.壓強是壓力作用下的效果D.壓強很大時,壓力肯定很大
【答案】C
【詳解】A.壓強不是力,是壓力的作用效果,跟壓力大小和受力面積大小有關,故A錯誤;
B.壓強大小跟壓力大小與受力面積有關,所以壓力大壓強不一定大,故B錯誤;
C.壓力的作用效果用物理量壓強表示,故C正確;
D.壓強大小跟壓力大小與受力面積有關,所以壓強越大時,壓力不一定大,故D錯誤。
故選C。
5.原平整的細沙面上放上甲、乙兩個質地均勻實心正方體,沙面凹陷程度如圖所示,則( )
A.甲的密度一定比乙大B.甲對沙子的壓力一定比乙對沙子的壓力大
C.甲的重力一定比乙小D.無法判斷甲、乙的質量大小
【答案】D
【詳解】由圖可知,甲、乙兩個實心正方體放在原來平整的細沙面上時,乙的凹陷程度比較深,則乙對沙面產生的壓強較大,即p甲ρ乙 , 所以?p甲>?p乙,因為原來壓強相等,所以截去后,甲、乙對地面的壓強p甲p人,因此,“坦克沒有陷入泥地,而人卻陷入泥地” 的情景不科學。
15.如圖所示是我國自主研發(fā)的四輪長航程極地漫游機器人,其車體采用越野車底盤懸掛技術進行設計,4個車輪均換成三角履帶,以提高其在極地冰雪地面上的行走能力。機器人質量為500kg,履帶與地面的總接觸面積為0.4m2。通過計算回答:
(1)機器人靜止在水平雪地上對地面的壓力是多少?
(2)機器人靜止在水平雪地上對地面的壓強是多少?
(3)若南極某處冰面能承受的壓強為,機器人要安全通過該處,能裝載裝備的最大重力是多少?
【答案】(1)5000N
(2)
(3)11800N
【詳解】(1)機器人自身的重力
機器熱靜止在雪地上對地面的壓力
(2)機器人靜止在雪地上對地面的壓強
(3)南極某處冰面能承受的最大壓力
機器人裝載裝備后的最大重力
機器人要安全通過該處,能裝載裝備的最大重力
模塊一 思維導圖串知識
模塊二 基礎知識全梳理(吃透教材)
模塊三 教材習題學解題
模塊四 核心考點精準練(3大考點)
模塊五 小試牛刀過關測
1. 能通過實驗探究壓力作用的效果跟壓力的大小和受力面積的關系。
2.能描述壓強概念的建立過程。能熟練寫出壓強公式、單位,并能用壓強公式進行簡單計算。
3. 會應用壓強公式分析增大或減小壓強的具體方法,并能解釋與壓強有關的物理現(xiàn)象。
教材習題01
1. 估測你站立時對地面的壓強。
根據你的體重可以得到你對地面的壓力,再測量你站立時鞋底和地面的接觸面積。為簡單起見,假設雙腳站立時,整個鞋印范圍都與地面接觸。測量時,在方格紙上畫出鞋底的輪廓,看鞋底占有多少個小格(不滿一格時,大于半格的算一格,小于半格的不算),再乘以每一小格的面積。
根據得到的數據,計算你對地面的壓強。
如果圖中每個小格的邊長是2cm,某同學的質量為50 kg,他對地面的壓強是多大?與你對地面的壓強相比哪個大?
解題方法
根據公式進行計算。
……
【答案】對地面的壓力
F=G=mg=50kg×10N/kg= 500N
兩只腳受力面積
S=4×10-4m2×34×2=2.72 ×10-2m2
對地面的壓強
教材習題02
一個圖釘帽的面積是0.8cm2,圖釘尖的面積是5×10-4cm2,手指對釘帽的壓力是20N,手對圖釘帽的壓強和圖釘尖對墻的壓強各是多大?
解題方法
根據公式進行計算,注意統(tǒng)一性。
……
【答案】手對圖釘帽的壓強為
圖釘尖對墻的壓強為
教材習題03
解釋下列現(xiàn)象。菜刀、剪刀、斧頭等,用過一段時間就要磨一磨,為什么?從物理學的角度思考,書包為什么要用寬的背帶,而不用結實的繩索?
解題方法
根據公式分析生活中增大和減小壓強的實例。
……
【答案】在壓力F一定時,受力面積 S 越小,壓強 p 越大。鋸、剪刀、斧頭等工具用過一段時間后受力面積變大,磨一磨,可以減小受力面積,從而增大壓強。
同理可知,書包用寬的背帶,可以增大受力面積,減小壓強,背起來舒服。
教材習題04
駱駝的體重比馬大不了一倍,而它的腳掌面積是馬蹄的三倍。這為它在沙漠行走提供了什么有利條件?
解題方法
根據公式分析。
……
【答案】根據 p=F S,因為駱駝的體重大約是馬的1倍,而腳掌總面積是馬的3倍,所以駱駝對地面的壓強僅是馬的1/3,因此它在沙漠中行走與馬比較不容易陷進去。
教材習題04
一輛履帶拖拉機水平停放在農田里,它的質量是1920kg,每條履帶接地的長度是260mm,履帶的寬度是280mm。這輛履帶拖拉機對地面的壓強是多少?
解題方法
根據公式進行計算。
……
【答案】拖拉機對地面的壓力為
F=G=mg=1920kg×10N/kg=19200N
履帶與地面的接觸面積為
S=2×260×10-3m×280×10-3m=0.1456m2
這輛履帶拖拉機對地面的壓強為
教材習題04
圖9.1-8是為紀念老紅軍謝寶金攜帶一臺68 kg的發(fā)電機完成長征而立的銅像。(1)根據這座銅像,請你估算:繩索對謝寶金雙肩的壓強大概是你雙肩背最重的書包時所受壓強的幾倍?估算時可以認為謝寶金在繩索下面墊了和你的書包帶一樣寬的毛巾。
(2)過草地時,怎樣使發(fā)電機不會陷入泥濘的草地之中?請?zhí)岢瞿愕南敕ǎ⒁浴爸x寶金長征”為關鍵詞上網搜索。謝寶金的辦法和你的想法一樣嗎?
圖9.1-8
解題方法
根據公式分析、計算。
……
【答案】(1)雙肩所背書包的最大質量為5kg,由G=mg知
由知在受力面積相同時,繩索對謝寶金雙肩的壓強大概是我雙肩背最重的書包時所受壓強的13.6倍。
(2)草地能夠承受的最大壓強小于普通地面,在壓力不變時要減小壓強需要增大受力面積,通過泥濘的草地時可以把發(fā)電機放在一塊寬大的木板上拉過去。謝寶金的辦法和我的想法類似。

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