第六讲:压强——固体压强
知识点睛:
压力的概念
压力是指垂直作用在物体表面上的力.
压力的方向总是与物体的接触面相垂直,且指向受力物体.
压力的作用效果主要是使物体发生形变,形变大小与压力大小及受力面积有关.
压力与重力的关系
自由放置在水平面上的物体重力大小.等于重力的大小.但重力和压力不是同一个力,重力的作用点在重心,而压力的作用点在接触面上.
其他方式放置时,压力和重力无直接关系.
压强的概念
压强的定义:物体单位面积上受到的压力.
压强的物理意义:用于表示压力作用效果的物理量.
压强的公式:p=
压强的单位
国际单位:帕斯卡(Pa),1Pa=1N/m2.
常用单位还有kPa、MPa,1MPa=103kPa=106Pa.
增大、减小压强的方法
增大压强的方法:增大压力、减小受力面积.
减小压强的方法:减小压力、增大受力面积.
压强的推导公式:p====ρgh
p=要推导到p=ρgh必须满足以下几个条件:F=G=ρgV、V=Sh,S既是受力面积有事物体的底面积,因此必须满足柱形固体自由放置在水平面上.
固体压强的切割问题
横向切割:压力变小,受力面积不变,压强减小.
竖直切割:柱形固体竖直切割后仍是柱体,可使用公式p=ρgh分析,压强不变.
不规则切割:压力和受力面积都改变,可利用割补法转化为柱体进行分析.
固体压强的叠放问题
根据几何关系找出物体的面积,从而求出各个受力面积之间的关系.
根据常用公式找出物体的重力,从而求出各个压力之间的关系.
根据以上压力和受力面积表示出所求的压强并进行计算.
固体压强的多状态计算
分析物体的受力情况,画出受力分析图.
列平衡方程求出压力.
根据公式p=表示出压强,从而得到压强关系.
固体压强的变化量问题
当接触面积保持为S不变,压力为F1时,压强用p1表示;压力为F2时,压强用p2表示.由于F1=p1S,F2=p2S;两式相减得F1-F2=(p1-p2)S,变形后得p1-p2=,则压强变化量△p与压力变化量△F之间的关系为:Δp=.
火眼金睛:
判断以下结论是否正确:
压力就是重力( )
两个物体相互接触才能产生压力( )
相互接触的物体间一定有压力( )
压力的方向可能沿水平方向( )
压力的作用效果主要是使物体发生形变( )
压力越大,压强一定越大( )
当压力一定时,物体间的接触面积越小,压强一定越大( )
压强越大,压力的作用效果一定越明显( )
同一块长方体砖自由放置在水平地面上时,横放、竖放或侧放对水平地面的压力大小相等( )
1N的压力,受力面积每变化1m2,压强变化1Pa( )
1m2的受力面积上压力变化1N,压强变化1Pa( )
柱形固体的压强都可以用p=ρgh计算( )
两个物体叠放之后对水平地面的压力一定比其中任意一个物体单独放置时对水平地面的压力要大( )
两个物体叠放之后对水平地面的压强一定比其中任意一个物体单独放置时对水平地面的压强要大( )
质量分布均匀的正方体,切掉一部分后剩余部分对地面的压强可能增大、可能减小、也可能不变( )
放置在水平地面上的物体,沿水平方向切去一部分后,对地面的压力和压强都减小( )
关于压力和压强,下列说法正确的是( )
A.压力的方向总是竖直向下的,并且和接触面是垂直的
B.压力的大小总是等于物体重力的大小,但不是物体的重力
C.当受力面积一定时,压力越大,说明受力面的压强越大
D.因为压强反映压力的作用效果,物体对受力面的压力越大,压强也越大
用螺钉固定工件时,常在螺帽下垫一个面积较大的垫圈,使用垫圈是为了( )
A.增大螺帽对工件的压强 B.减小螺帽对工件的压力
C.增大接触面的粗糙程度,防滑 D.增大工件的受力面积,减小压强
物体A静止在水平桌面上,把物体A向右移动一点(不落地),如图所示,则物体A对桌面的( )
A.压力和压强都不变 B.压力不变,压强变大
C.压力变大,压强不变 D.压力和压强都变大
甲、乙、丙三个实心正方体分别放在水平地面上,它们对水平地面的压强相等,己知ρ甲>ρ乙>ρ丙.若在甲、乙、丙三个正方体的中央分别施加一个竖直方向的力(所施加力的大小小于正方体的重力),使三个正方体对水平地面的压强大小仍相等,则所施加的力的大小( )
A.一定是F甲<F乙<F丙 B.一定是F甲=F乙=F丙
C.可能是F甲>F乙>F丙 D.以上情况都有可能
(多选)如图所示,小明站在水平放置在地面的木板上,用100N的竖直方向的力拉固定在天花板上的绳子.拉绳前后他对木板的压强变化了2000Pa.在小明拉绳子前后,下列说法中正确的是( )
A.人的脚与木板之间的受力面积为500cm2
B.木板对地面的压力变化量一定为100N
C.木板对地面的压强变化量一定为2000Pa
D.木板对地面的压强变化量可能为100Pa
底面积为0.1m2的正方体,重为200N,把它放在水平地面上,对地面的压力是__________N,压强为__________Pa.若将它沿竖直方向切掉1/8,则剩余部分对水平地面的压强为__________Pa.
一辆六轮货车的总质量为6t,静止在水平地面上,每个车轮和地面之间接触面积为0.02m2,求汽车每个车轮对地面的压强为多少?(g=10N/kg)
将质量为7.9kg的实心正方体铁块放在面积为0.5m2的正方形水平桌面的正中央,求铁块对桌面的压强.(g=10N/kg,ρ铁=7.9×103kg/m3)
能力提升
由相同材料制成的三个实心圆柱体,高度相同,质量之比为m1∶m2∶m3=2∶3∶5,把它们竖直放在水平面上,则水平面受到的压强之比为( )
A.2∶3∶5 B.5∶3∶2 C.1∶1∶1 D.15∶10∶6
把用同种材料制成的甲、乙两个正方体,放在水平桌面上,甲、乙对桌面的压强分别为p1和p2.
如图(a)所示,把甲放在乙的上面,则乙对桌面的压强为( )
如图(b)所示,把乙放在甲的上面,则甲对桌面的压强为( )
A. B. C. D.
如图所示,A、B、C三幅图中物体对支持面的压力分别为FA、FB、FC,则FA=__________.FB=__________.FC=__________.
A B C
如图所示,重50N边长为1dm的正方体物块被20N的水平力紧压后静止在图示位置,则物块对水平支持面的压力大小是__________,压强是__________;对竖直墙壁的压力大小是__________,压强是__________.此压强值的物理意义是______________________________.
一块质量为30g的长方体橡皮,侧放于水平桌面上,它与桌面的接触面积是1×10-3m2,如下图(左)所示它对桌面的压强是___________Pa;若沿ab方向竖直向下切去一块,则橡皮对桌面的压力___________(填“变大”、“变小”或“不变”),剩余部分对桌面的压强__________(填“变大”、“变小”或“不变”).(g取10N/kg)
设长方体砖块的三条棱长之比为1∶2∶4,如果将两块相同的砖A、B按上图(右)中的方式置于水平地面上,则A对B的压力与B对地面的压力之比FA∶FB=__________;A对B的压强与B对地面的压强之比pA∶pB=__________.
如图所示,边长为0.1m的正方体金属块,放在面积为1m2的桌面上,当弹簧测力计读数为10N时,金属块对桌面的压强为4×103Pa,求:(g取10N/kg)
金属块的密度.
当弹簧测力计的示数为8N时,金属块对桌面的压强变化了多少?
当弹簧测力计的示数为F1时,金属块对桌面的压强为p1;当弹簧测力计的示数F2=3F1时,金属块对桌面的压强为p2,p1∶p2=2∶1,求压强p1和拉力F2.
如图所示,质量为1.6t的大象,平均每一只脚的触地面积约为400cm2.一位女士的质量为52kg,每只高跟鞋的触地面积约为13cm2.当大象和该女士都静静地站立在同样松软的沙地上时,若g取10N/kg,问:
大象与该女士的重力分别是多少?
试通过计算比较,大象与该女士谁会在沙地上陷得更深?
甲、乙两个长方体,由不同材料制成,其底面积分别为S甲=40cm2,S乙=30cm2,高度之比h甲∶h乙=3∶2,密度之ρ甲∶ρ乙=3∶1.如图所示,把甲放在水平桌面上,乙放在甲上,水平桌面受到的压强为7000Pa.把乙取下放在水平桌面上静止不动时,求:桌面对乙的支持力.
课后巩固
下图所示的四个实例中,为了增大压强的是( )
A.坦克的履带 B.书包背带做得较宽 C.斧刃磨得很锋利 D.铁轨铺枕木
如图,图钉尖的面积是5×10-8m2,图钉帽的面积是1×10-2m2,松木能承受的最大压强是5×106Pa.以下说法正确的是( )
A.手指至少要用500N的力,图钉尖才能进入松木
B.手指至少要用0.25N的力,图钉尖才能进入松木
C.图钉静止时,它受到水平向左的力大于水平向右的力
D.图钉静止时,它受到水平向左的力小于水平向右的力
图甲所示,一块长木板放在水平桌面上,现用一个水平力F1,向右缓慢地推木板,使其一部分露出桌面如图乙所示,在推木板的过程中木板对桌面的压力F、压强p和摩擦力f的变化情况是( )
甲 乙
A.F、p不变,f变大 B.F、f不变,p变大
C.F变小,p、f变大 D.F、f不变,p变小
如图所示,将一块砖平放、立放、侧放时,它对地面的压强( )
A.平放时最大 B.立放时最大
C.侧放时最大 D.平放、立放、侧放时一样大
坦克要越过壕沟时,可将备有的气袋放入壕沟,给气袋充满气,这样坦克通过气袋就像走平地一样.当坦克的前一半履带压在气袋上时,对气袋的压力和压强分别为F1和p1.设坦克在水平地面上行驶时,对地面的压力和压强分别为F2和p2,坦克前后是对称的.则以下有关两种情况下压力、压强的比较结果,正确的是( )
A.F1=F2;p1=p2 B.F1=0.5F2;p1=p2
C.F1=0.5F2;p1=0.5p2 D.F1=F2;p1=2p2
如图所示,放在水平地面上的物体A、B高度相等,A对地面的压力小于B对地面的压力.若在两物体上部沿水平方向切去相同的厚度,则切去部分的质量mA、mB的关系是( )
A.mA一定大于mB B.mA可能大于mB
C.mA一定小mB D.mA可能等于mB
如图所示,质地均匀的实心圆柱体A、B叠放在水平地面上,已知它们的密度之比ρA∶ρB=1∶3,底面积之比SA∶SB=4∶3,A对B的压强和B对地面的pA∶pB=1∶2,则它们的高度之比hA∶hB为( )
A.9∶4 B.3∶2
C.3∶1 D.9∶2
南极洲是世界上最为寒冷的地区.2010年11月11日至2011年4月1日,我国完成了第27次南极科学考察.下面是科考队员在南极的一些做法:图所示是我国科考队员在薄冰上卸载卡特比勒车时的情景,车质量为2.5×104kg,履带与地面接触总面积为2.5m2(取g=10N/kg)
为移动此车,在冰面上铺木板是为了?
此车对木板的压强为多少?
如图所示,实心均匀正方体A、B放置在水平地面上,受到的重力均为64N,A的边长为0.2m,B的边长为0.3m.求:
正方体A对水平地面的压强.
正方体A、B的密度之比ρA∶ρB
若将正方体A、B上部沿水平方向分别截去相同的厚度h,则A、B剩余部分对水平地面的压强分别为pA1、pB1.请通过计算比较它们的大小关系及其对应的h的取值范围.