第十章 压强和浮力
10.1 压强
一、压力
1. 定义:垂直作用在物体表面上的力叫压力。 压力的方向为垂直于受力面指向被压的物体。当两个物体相互接触并且发生挤压作用时就有压力产生。
2.压力并不都是由重力引起的(压力的大小在绝大部分情况下与重力无关),通常把物体放在水平面上时且物体竖直方向不受其他力时,压力F=物体的重力G。
3.重为G的物体处于静止状态。下列为各种情况下物体与接触面所受压力。
典型例题
类型一 对压力的理解
例1 关于压力产生的说法正确的是 ( )
A.压力都是由于物体的重力产生的 B.压力就是物体的重力
C.竖直作用在物体表面上的力叫作压力 D.压力的大小有时等于物体的重力
类型二 压力的计算
例2 如图A、B、C、D四图中物体对支持面的压力分别为FA、FB、FC、FD,则FA=____,FB=____,FC=____,FD=____。
A B C D
类型三 画压力示意图
例3 画出图中物体对支持面的压力示意图。
/。
二、压强
1.实验:探究压力作用效果的影响因素
⑴ A、B说明:受力面积相同时,压力越大压力作用效果越明显。
⑵ B、C说明压力相同时、受力面积越小压力作用效果越明显。
⑶ 概括这两次实验结论是:压力的作用效果与压力和受力面积有关。本实验研究问题时,采用了控制变量法、转换法。
2.压强
⑴ 定义:物体单位面积上受到的压力叫压强。
⑵ 物理意义:压强是表示压力作用效果的物理量。
⑶ 公式 。其中各量的单位分别是:压强p:帕斯卡(Pa);压力F:牛顿(N);受力面积S:米2(m2)。该公式适用于固体、液体和气体
☆ 使用该公式计算压强时,关键是找出压力F(一般F = G = mg)和受力面积S(受力面积要注意两物体的接触并挤压部分)。
⑷ 压强单位Pa的认识:一张报纸平放时对桌子的压强约0.5 Pa ;一本书对桌面的压强约50Pa ;成人站立时对地面的压强约为:1.5×104Pa ;它表示:人站立时,其脚下每平方米面积上,受到脚的压力为:1.5×104N。
⑸当物体的形状是材质均匀的实心柱体时,其对水平桌面的压强计算可进行如下推导:
⑹ 应用:
①当压力不变时,可通过增大受力面积的方法来减小压强。如:铁路钢轨铺枕木、坦克安装履带、书包带较宽等。
②也可通过减小受力面积的方法来增大压强。如:缝衣针做得很细、菜刀刀口很薄。
典型例题
类型一 探究压力作用效果的实验
例4 小明利用A、B两物体、砝码、泡沫等器材探究“压力的作用效果与什么因素有关”的实验,如图1所示.
(1)实验中小明是通过观察______ 来比较压力作用效果的.
(2)比较甲、乙两图所示实验,可得结论是:______ .
(3)若要探究“压力的作用效果与受力面积大小的关系”,应通过比较______图所示实验.
(4)小明实验时将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块,如图2所示.他发现它们对泡沫的压力作用效果______(选填“变大”、“不变”或“变小”),由此他得出的结论是:压力作用效果与受力面积无关.你认为他在探究过程中存在的问题是______ .
(5)本实验采用的实验方法是______________(写出一种方法即可).
类型二 对压强变化的分析
例5 一长方形木块放在水平桌面上如图甲所示,按虚线的方向将木块截去一半,剩下一半的密度 ,木块对桌面的压强 。如图乙所示,按虚线的方向将木块截去一半,剩下一半的密度 ,木块对桌面的压强 。(选填“变大”、“变小”或“不变”)
例6 用F表示压力,用S表示受力面积,用p表示压强,则,下面对此公式说法正确的是( )
A.物体所受的重力越大,产生的压强越大 B.物体受到的压力越大,产生的压强越大
C.受力面积越大,产生的压强越大 D.受力面积不变,产生的压强与压力成正比.
例7 如图甲所示,一块长木板放在水平桌面,上,现用水平力F,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( )
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
例8如图所示,均匀正方体甲、乙置于水平地面上,甲、乙对地面的压强分别为p甲、p乙。若沿水平方向截去相同体积后,甲、乙剩余部分对地面的压强相等。则( )
A.p甲可能小于p乙 B.p甲可能大于p乙
C.p甲一定小于p乙 D.p甲 一定大于p乙
类型三 固体压强的计算
例8 如图所示,用100 N的水平力将重9 N的物体A压在竖直的墙壁上处于静止状态,物体A与墙壁的接触面积为0.01m3,则物体A对墙壁的压力为_________N,压强为________Pa.A所受竖直墙壁给它的摩擦力为_______N.
例9 边长12 cm的均匀正方体,重为72 N,放在水平桌面中央,则正方体对桌面的压强为________Pa;如图所示,若沿水平方向裁下一部分a立放在水平桌面上,且使a对桌面压强为剩余部分b对桌面压强的1.5倍,则剩余部分b的高度为________cm。
类型四 固体压强比例的计算
例9 两个形状大小完全相同的均匀实心长方体放在水平地面上,甲的质量为16kg,体积为2×10﹣3m3,则甲的密度为 ______kg/m3。如图所示,当甲竖放,乙平放时,它们对地面的压强均为1.6×104Pa,将它们均顺时针旋转90°,旋转后甲对地面的压强为8×103Pa,乙对地面的压强为 ______Pa。(g=10N/kg)
例10 如图所示,实心物体A、B是两个边长分别为a和b的正方体,且b=2a。将它们平放在水平桌面上时,两物体对桌面的压强相等。现沿水平方向将两物体的上部均切去a/3的高度,则物体A、B剩余部分对桌面的压强pA∶pB=_____。
例11 用同种材料做成的两个正方体金属块A、B放在水平地面上,两金属块的边长之比L1:L2=2:3;将金属块A放在金属块B的上面,如图所示,金属块A对金属块B的压强为P1,金属块B对地面的压强为P2,则P1与P2的比为( )
A.2:3 B.4:9 C.9:35 D.18:35
类型五 改变压强的方法
例11 人们在生产、生活中有很多物理知识的应用,下列说法中正确的是 ( )
A.在铁轨下面铺设枕木,是为了减小对地面的压力
B.滑雪板一般都有较大的面积,是为了增大压力
C.蜈蚣腹部有许多足能够增大压强
D.把书包带做得宽些,是为了减小书包对人体的压强
类型六 压强的综合计算
例12 2020年初,一场罕见的大雪袭击了加拿大。厚达2m的积雪,给市民出行带来了极大不便。若积雪的密度约为0.2×103kg/m3,g取10N/kg。
(1)请计算2m厚的积雪对水平地面的压强;
(2)若2m厚的积雪,压在面积为5m2的汽车顶部,请计算汽车顶部所受的压力。