压强
【学习目标】
1.知道压力的概念,会用力的示意图表示压力。
2.能理解压力的作用效果跟哪些因素有关。
3.理解压强的概念. 能够用压强公式进行简单地计算。
4.会应用压强公式分析增大会减小压强的具体方法,并能解释与压强有关的物理现象。
【学习重点】
1.探究影响压力作用效果的因素;
2.理解压强的概念。
【学习难点】:压力与受力面积的正确理解。
【自主预习】
1.压力:垂直作用在物体表面上的力叫压力。压力并不都是由重力引起的,物体放在水平桌面上时,如果物体不受其它力,则桌面受到的压F=物体的重G,方向垂直于桌面向下,作用点在桌面上.
2.压力的作用效果是使受力物体发生形变,压力的作用效果不仅跟压力的大小有关,还跟受力面积的大小有关。
3. 在物理学中,物体所受的压力的大小与受力面积之比叫做压强。要增大压强,可以增大压力或者减小受力面积;要减小压强,可以减小压力或者增大受力面积。
【合作探究】
探究一:压力
1.概念:把垂直作用在物体表面上的力叫做压力。
2.压力产生的条件:物体间相互接触,而且有挤压作用。
3. 压力的性质:压力是接触力,是弹力的一种。
4. 压力的方向:总是垂直于物体的受力面,指向受力物体的内部。
5. 压力的作用点:在被压物体的受力面上,作用点等效作用在接触面中心。
6. 压力与重力的关系:压力和重力是两种不同性质的力,压力是弹力,重力是万有引力。只有当物体放在水平面上,且物体在竖直方向不再受到其他的力时,这时物体对地面的压力在数值上等于物体的重力。
画出甲、乙两图中重物所受的重力和重物对支持面的压力的示意图:
甲 乙
7. 压力的作用效果:使被接触的物体发生形变。
观察思考:茫茫白雪中的两个人对雪地的压力是差不多的,在厚厚的积雪中行走,一个会陷到雪里,另一个穿上一副滑雪板,尽管总重力变大了,反而不会陷下去。从而可以看出这两个力的作用效果不同(填“相同”或“不同”)。看来压力作用的效果并不只跟压力大小有关。想一想,还可能跟什么因素有关?
想想议议:小小的蚊子能轻而易举地用口器把皮肤刺破, 重重的骆驼却不会陷入沙中,这是为什么?
分析:蚊子的口器对皮肤的压力虽然不大,但由于口器十分尖锐,因而能轻易刺穿皮肤;骆驼虽重,但脚掌面积很大,因而不会深陷沙中。这使我们想到:压力对物体作用的效果不仅跟压力的大小有关,还应该跟受力面积有关。
做一做:如图所示,同时对一端削尖,另一端未削的铅笔施力。
两个手指的受力相同吗?两个手指的感受相同吗?观察两个手指的凹陷程度相同吗?适当改变力度重复以上操作,感觉如何?
通过上述事例和实验,你猜想压力对物体的作用效果与哪些因素有关?并说说你猜想的依据。
实验:探究影响压力作用效果的因素
提出问题:压力的作用效果跟哪些因素有关?
猜想与假设:可能与压力的大小有关,还可能与受力面积大小有关。
探究方法: (1)控制变量法:只改变某一个可能的量; (2)转换法:把压力的作用效果转化为容易观察、容易比较的陷入海绵中的深度。
实验器材:小桌、砝码、海绵。
实验步骤:
(1) 小课桌桌腿朝下放在海绵上,观察海绵的凹陷的深度。
(2)小课桌桌腿朝下放,上放砝码,放在海绵上,观察海绵的凹陷的深度。
(3) 小课桌桌腿朝上放,上放砝码放在海绵上,观察海绵的凹陷的深度。
甲 乙 丙
分析论证:
(1) 比较甲图和乙图:海绵的受力面积相同,乙对海绵的压力大,乙图压力的作用效果比甲明显,故可得出:受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显。
(2)比较乙图和丙图:海绵受到的压力相同,乙图海绵的受力面积小,压力的作用效果比丙明显,故可得出:压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
实验结论:当受力面积相同时,压力越大,压力的作用明显;当压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
问题:怎样比较不同压力的作用效果呢?
(1)压力大小相同,比较受力面积;(2) 受力面积相同,比较压力大小. 如果压力大小和受力面积都不同呢?
例如:下面两个物体对支持面的压力大小和受力面积都不一样,你如何比较两个压力的作用效果?
FA =1000N ;SA = 5m2 FB =4000N ;SB = 40m2
若要比较压力的作用效果,需要“转化为相同的受力面积或相同的压力时,通过比较压力或受力面积的大小”来确定。
探究二:压强
1.概念:(1)物理意义:压强是表示压力作用效果的物理量。
(2)物体所受压力的大小与受力面积之比,叫做压强,用p表示。
2.公式:p=(适用于固体、液体和气体的压强。)
3.单位:在国际单位制中,压强的单位是帕斯卡,简称帕,符号Pa。
1Pa=1_N/m2,2Pa表示的物理意义是 1m2面积上受到压力是2N。
例题:水平桌面上放一本书,书受到的重力为3N,与桌面的接触面积为5×10-2m2,计算书对桌面的压强。
解:书对桌面的压力等于它的重力,即:F=G=3 N
桌面的受力面积:S=5 × 10-2 m2
探究三:怎样增大或减小压强
生活中有些地方根据实际情况,需要增大或减小压强,依据是P=F/S。
分析:推土机具有宽大的履带、火车轨道下面铺枕木、骆驼具有宽大的脚掌是通过增大受力面积_的方法来减小压强的(填“增大”或“减小”下同), 推土机锋利的土篆刻刀的刀口、破窗锤敲击端做成锥状、蚊子的口器十分尖锐是通过减小受力面积的方法来增大压强的。
归纳总结得出:
1.增大压强的方法:
(1)在受力面积一定时,增大压力。 (2)在压力一定时,减小受力面积。 (3)同时增大压力和减小受力面积。
2.减小压强的方法:
(1)在受力面积一定时,减小压力。 (2)在压力一定时,增大受力面积。 (3)同时减小压力和增大受力面积。
【精讲】
1.压力的本质属于弹力,是接触力。而重力是由于地球的吸引而使物体受到的力,来源于万有引力。是非接触力。压力的方向与受力面垂直,重力的方向总是竖直向下(与水平方向垂直向下).压力的作用点在受力面上,重力的作用点在物体的重心
2.压力的作用效果与压力和受力面积两个因素有关,所以要定义压强(压力的作用效果),就要从压力和受力面积两个方面考虑。压强能够定量地表示出压力作用的效果.
【当堂练习】
1.在一次军事演习中,坦克要经过一沼泽地,工兵连迅速在沼泽地段铺设了宽木板,坦克得以顺利通过,是因为铺设木板后( )
A. 坦克的重力变小 B. 对地面的压力变小
C. 对地面的压强变小 D. 对地面的压强变大
【答案】C
【解析】
在沼泽地段铺设宽木板,不会改变坦克的重力以及对地面的压力,是通过增大受力面积来减小压强,故ABD错误,C正确。故选C。
2.铁块和小桌静止在海绵上,如图甲所示。撤掉小桌后,铁块再次静止在海绵上,如图乙所示。铁块的质量是600g,铁块的底面积是20cm2,小桌的质量是200g,桌面的面积是80cm2,下列说法正确的是( )
A. 图甲中,铁块对小桌的压强比小桌对海绵的压强大
B. 图甲中,铁块对小桌的压强比小桌对海绵的压强小
C. 图甲中铁块对小桌的压强比图乙中铁块对海绵的压强大
D. 图甲中铁块对小桌的压强比图乙中铁块对海绵的压强小
【答案】A
【解析】图甲中,铁块对小桌的压强为:
小桌对海绵的压强为:
图乙、图甲中,铁块对小桌和铁块对海绵的压力相等,都等于小球所受的重力,小桌和海绵的受力面积相等,都等于小球的底面积,故小球对海绵的压强等于,小球对小桌的压强,即:
则: 故选A。
3.下列实例中,属于减小压强的是( )
A.锋利的篆刻刀 B.骆驼宽大的脚掌 C.注射器的针头 D.切菜的菜刀
【答案】B
【解析】A.篆刻刀很锋利,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强;故A不合题意;
B.骆驼宽大的脚掌,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故B符合题意;
C.注射器的针头很尖,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强;故C不合题意;
D.切菜的菜刀,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强;故D不合题意。故选B。
4.如图所示的实验中,为了减小压强的是( )
【答案】B
【解析】A.逃生锤的锤头很尖,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故A不符合题意;
B.载重车装有很多车轮,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故B符合题意;
C.盲道上有凸起,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故C不符合题意;
D.吸管的一端剪成斜口,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故D不符合题意。故选B。
5.端午节,小敏提着一盒粽子去看望长辈时,下列提法中手受到压强最大的是( )
A.用单手提单绳 B.用单手提双绳
C.用双手提单绳 D.用双手提双绳
【答案】A
【解析】压强是表示压力作用效果的物理量;影响压力作用效果的因素:压力大小、受力面积大小;
BD.用手提单绳与提双绳相比,单手提时,压力大小相同,受力面积小,手受到的压强大,应从AC中选择压强最大的,故BD不符合题意;
AC.用单手与用双手提起同一盒粽子,所受压力相等,用单手时受力面积小,所受压强最大,故A正确,C错误。故选A。
6.质量为0.4kg,底面积为20cm2的茶壶中盛有0.6kg的水,将茶壶放置在水平桌面上,茶壶内水的深度为15cm,则水的重力是____N,水对茶壶底部的压强是_ __Pa,茶壶对桌面的压强是______Pa。
【答案】 (1). 6; (2). 1500 ; (3). 5000;
【解析】 [1]水的重力:G水=m水g=0.6kg×10N/kg=6N
[2]水对容器底的压强:p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×0.15m=1500Pa
[3]桌面受到的压力:F=G=(m水+m容器)g=(0.6kg+0.4kg)×10N/kg=10N
容器对桌面的压强:
7.放在水平桌面上的玻璃杯,质量为0.4kg,与桌面的接触面积为2×10﹣3m2。
求:(1)玻璃杯受到的重力;
(2)玻璃杯对桌面的压强。(g取10N/kg)
【答案】(1)玻璃杯受到的重力为4N;
(2)玻璃杯对桌面的压强为2×103Pa。
【解析】(1)玻璃杯受到的重力为:G=mg=0.4kg×10N/kg=4N;
(2)玻璃杯对水平支持面的压力:F=G杯=4N
玻璃杯对桌面的压强p===2×103Pa。
答:(1)玻璃杯受到的重力为4N;(2)玻璃杯对桌面的压强为2×103Pa。
【课后反思】本节课学习中,你有哪些收获,还有哪些不足,有什么体会。
A.逃生锤的锤头很尖
B.载重车装有很多车轮
C.盲道上有凸起
D.吸管的一端剪成斜口