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第1讲 压强
板块1 压力和受力面积对海绵形变的影响
题型 压力和受力面积对海绵形变的影响
智慧锦囊<
(1)控制变量法:控制变量法就是把一个多因素影响某一物理量的问题,通过控制某几个因素不变,只让其中一个因素改变,从而转化为多个单一因素影响某一物理量问题的研究方法。探究压力的作用效果与压力大小的关系时,控制受力面积大小相同,这就是控制变量法。
(2)转换法:物理学中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量,通常用一些非常直观的现象去认识或易测量的物理量间接测量,这种研究问题的方法叫转换法。压力的作用效果无法直接测量,我们通过观察海绵的凹陷程度来体现,这就是转换法。
【例1】如图所示,“探究影响压力作用效果的因素”的实验中,下列说法正确的是( )
①甲乙两次实验中,小桌对海绵压力的大小相等
②图甲中小桌对海绵压力作用的效果比图乙中的明显
③甲、乙两次实验,说明压力作用的效果跟压力的大小有关
④为了完成整个实验,可以将图乙中的砝码取下来,并将看到的实验现象和图甲中的对比
A.①② B.①②④ C.①③④ D.②③④
【例2】小丽利用小桌、海绵、砝码等器材“探究压力作用效果”的实验如图甲、乙、丙所示。
(1)通过比较图 ,说明受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显。
(2)将该小桌和砝码放在如图丁所示的木板上,木板受到的压强 p 和图丙中海绵受到的压强p'的大小关系是p (选填“>”“<”或“=”)p'。
(3)如图戊所示,将质量分布均匀的物体沿竖直方向切成大小不同的两块,将左边部分移开后,海绵的凹陷程度不变,由此得出压力的作用效果与受力面积无关,你认为此探究过程中存在的问题是 。
典题精练
1.在“探究影响压力作用效果的因素”实验时,小华做了如图所示的实验,下列说法正确的是( )
A.实验中通过海绵被压下的深浅来反映小桌对海绵压力的大小
B.探究压力作用效果与受力面积的关系时,控制压力大小不变,这是运用了控制变量法
C.啄木鸟有尖锐的喙有利于它当森林医生,与甲、乙的实验结论相符合
D.交通管理部门通过限载来控制货车对路面压强的大小,利用了乙、丙的实验结论
2.如图所示,利用小桌、海绵和砝码探究“压力作用的效果跟哪些因素有关”。已知砝码的质量为200g,砝码底面积为8cm ,小桌的质量为400g,小桌的桌面面积为80cm 。下列说法中正确的是( )
A.通过海绵被压下的深浅来显示压力的作用效果,这种实验方法叫类比法
B.蚊子尖尖的口器可以插入皮肤吸吮血液,利用了甲乙的实验结论
C.交通管理部门通过限载来控制货车对路面压强的大小,利用了乙丙的实验结论
D.图丙中小桌对海绵的压强为750Pa
3.如图所示,在探究“影响压力作用效果的因素”的实验中,小枫将废弃的矿泉水瓶(瓶子质量可忽略)装上水后分别放在海绵和砖块上进行实验。
(1)实验时,是通过观察 来比较瓶对海绵的压力作用效果。
(2)要探究压力的作用效果与受力面积的关系,可以选用 两次实验(只填序号)。
(3)通过分析比较图中C、D、E三次实验得出:当受力面积相同时,压力的作用效果与 有关的结论。
(4)你认为 (选填“能”或“不能”)通过A、B两次实验来比较压力作用效果与压力大小的关系。
(5)测得瓶底面积为30cm ,瓶盖面积为6cm ,并将瓶子装满600mL水,要使瓶子倒放时对海绵的压强与正放时相同(如图B和D),倒放前需要从瓶子中倒出 mL水。
4.(2024荆州)在探究影响压力作用效果的因素的实验中,图甲中小桌放在海绵上,图乙中在桌面上放一个砝码,图丙中桌面朝下,并在其上放一个同样的砝码。
(1)实验中 是通过海绵的凹陷程度来反映的。
(2)比较乙、丙两图,可以探究压力作用效果与 的关系,如图丁应用可以用该探究实验结论解释的是 (填字母标号)。
A.载重汽车有很多个宽大的车轮 B.冰刀鞋的刀刃做得很薄
C.破窗锤的敲击端做成锥状 D.切蛋器上的不锈钢丝做得很细
(3)图丙中,砝码和小桌的质量分别为500g和100g,砝码的底面积和小桌桌面的面积分别为20cm 和200cm ,砝码对小桌的压强和小桌对海绵的压强之比为 。
板块2 压强的应用与计算
(本板块中 g 取10N/ kg)
题型 ① 压力、压强
智慧锦囊<
(1)压力并不都是由于重力引起的,也不一定与重力的方向相同。一般情况下,压力和重力大小并不相同,往墙上按图钉时压力与重力毫无关系,只有物体放到水平面上时,压力等于重力。
(2)压强和压力的区别:压强是表示压力作用效果的物理量,压力作用效果越明显,压强就越大。压力的大小与受力面积无关,而压强的大小等于单位面积上压力的大小,因此压强不但与压力的大小有关,还与受力面积的大小有关。
【例1】如图,正方体金属块重20N,F恒为5N,当金属块静止不动时,则支撑面所受到的压力分别是FA= N,FB= N, Fc= N, Fp= N。
【例2】如图所示,物体重20N,它与竖直墙面的接触面积是 0.2dm ,现用30N的水平力把物体按在墙上,物体对墙面的压力为 N,墙面受到的压强是 Pa。
题型 ② 减小或增大压强的方法
智慧锦囊
增大和减小压强,在实际生产生活中,有一定条件的限制,应根据实际情况来决定采用何种方法解决,如重型拖拉机安装有两条宽履带,原因是拖拉机本身很重,对地面的压力很大,要减小压强,不能减小压力,只能考虑增大受力面积的方法。
【例3】下列说法正确的是( )
A.图甲中,骆驼常被称为“沙漠之舟”,在沙漠行走时,利用宽大的脚掌,可以减小对地面的压力
B.图乙中,镌刻刀的刀刃锋利易于雕刻,这是通过增大压力的方法来增大压强的
C.图丙中,火车铁轨下方铺有枕木,这是利用减小受力面积来增大压强的
D.图丁中,交管部门对多轮平板货车进行限载规定,是通过控制压力相同,增大受力面积减小压强的
题型 3 压力、压强计算
【例4】东风领航自动驾驶出租车在武汉市经开区成功“上路”,东风领航采用的是东风风神的纯电动车,该车的质量是1600kg,每个轮子与水平地面的接触面积是0.02m 。
(1)该电动无人驾驶出租车的驱动方式是前置前驱(前置前驱是指电动机前置,前轮提供车辆行驶动力的驱动方式),其车轮做得比较宽大是为了 ,车轮上的花纹是为 了 。
(2)空车停在水平路面上时,对地面的压强是多大
(3)车受到路面的阻力大小始终为整辆车总重力的0.02倍。若只有1名安全员在无人驾驶车内一起在平直道路上匀速行驶时,车对地面的压强是 求此时该安全员的体重和小车的牵引力。
典题精练
1.放在水平桌面的茶杯对桌面有压力,下列关于“茶杯压桌”的说法正确的是( )
A.茶杯对桌面的压力是由于茶杯发生形变而产生的
B.茶杯对桌面的压力是作用在茶杯上的
C.茶杯对桌面的压力就是重力
D.茶杯对桌面的压力是由于桌面发生形变而产生的
2.(2024荆门)如图所示,若物体的重力均为10N,受到外力 F 均为15N,则物体对地面或墙面压力最小的是( )
3.(2024宜昌)参加如图所示比赛项目,体重与鞋底面积都相同的运动员在双脚站立时对水平地面压强最大的( )
4.人在走路时对地面的压力和压强,与人站立在地面时相比较( )
A.压力不变,压强变小 B.压力不变,压强变大
C.压力变大,压强变大 D.压力变小,压强变小
5.如图甲所示,用弹簧测力计测量水平桌面上的钩码所受的重力。弹簧测力计从图示位置开始向上缓慢提升,其示数F 与上升的高度h 之间的关系如图乙所示。则钩码所受的重力为 N。当h=3cm时,测力计的读数是 N,钩码对桌面的压力是 N。
6.如图为同种材料制成的实心圆柱体A 和B 放在水平地面上,它们的高度之比为2:1,底面积之比为1:2,则它们的质量mA:mB和对地面的压强pA:pB分别为( )
7.如图所示,用力将图钉按在墙壁上,若钉帽和钉尖的面积分别是 和 手指对钉帽的压力是20N,则手对钉帽的压强是 Pa,钉尖对墙的压力和压强分别是 N和 Pa。
8.在2023年杭州亚运会赛场上,一只高科技含量的机器狗出尽了风头,它可以拍照,录像,还能搬运重物,既能在平地上快速奔跑、跳跃,还能负重攀爬,是赛场上的全能王。以下是机器狗的部分参数。请计算:
质量(整机含电池) 70kg 攀爬能力 高度 40cm台阶
最大站立负载 120kg 最大奔跑速度 10m/s
最大攀爬负载 40kg 四脚触地总面积 80cm
持续行走负载 50kg 最大跳跃距离 2m
(1)空载时,机器狗的重力为多少 N
(2)持续行走负载时,机器狗行走时有三只脚触地,求机器狗行走在水平地面上对地面的压强为多少 Pa
9.(2024北京)近年来在东北林区发现了越来越多野生东北虎的足迹。生物学家为了估算某只野生东北虎的质量,在松软、平坦且足够深的雪地上,选取该东北虎四脚着地停留时的脚印,其中的一个脚印如图甲所示。在方格纸上描绘出脚印的轮廓,如图乙所示,图中每个小方格的面积均为9cm ,数出脚印轮廓所围小方格的个数(凡大于半格的都算一个格,小于半格的都不算),用数出的小方格的个数乘以一个小方格的面积,就大致得出了脚印的面积。测出脚印的深度,在脚印旁边相同的雪地上放一底面积为100cm 的平底容器,在容器中缓缓放入适当的物体,当容器下陷的深度与脚印的深度相同时,测出容器及内部物体的总质量为30kg。忽略脚趾和脚掌之间空隙的面积,求:
(1)该东北虎一只脚印的面积。
(2)该东北虎的质量。
板块3 切割和叠加问题
(本板块中 g 取10N/ kg)
题型 ① 物体纵向切割
【例1】如图,质量相等的实心均匀正方体 A 和 B平放在水平地面上 它们对地面的压强分别为pA和pB,则pA pB。现竖直切去左半部分(如图中虚线所示),剩余部分对地面的压强分别为pA和pB,则p'A pB,p'A pA。(均选填“>”“<”或“=”)
题型2 物体叠加
【例2】A、B两个质地均匀的实心正方体,质量之比 密度之比 27:1,若按甲、乙两种不同的方式分别将它们叠放在水平地面上,如图所示。则地面受到的压力和压强之比分别是( )
典题精练
1.一块厚为10cm、质地均匀的长方体物块放在水平地面上。若沿如图所示的斜面将物块切成完全相同的两块,把这两块水平分开后依然平放在水平地面上,它们对地面的压强分别为1000Pa和1500Pa,则物块的密度为 kg/m 。
2.(2024重庆)地质队获得了一段地质样品,由底面积分别为 300cm 和240cm 的圆柱体 A、B组成。经测量,A高10cm。为分析样品的地质结构,将其置于水平放置的传感器上,沿水平方向切割如图甲所示。传感器所受压强随切去高度h 的变化图像如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.圆柱体 A 的密度大小为2.5g/cm
B.切割前,A对传感器的压力为72N
C.当h=2cm时,圆柱体B剩余部分对A的压强为600Pa
D.当h=2cm时,剩余样品与切割前的总重之比为13:15
3.(2024南充)质量分布均匀的实心正方体甲、乙放在水平地面上,将甲、乙沿水平方向切去高度△h,剩余部分对地面的压强 p 与△h 的关系如图所示,已知, 乙的边长为30cm,下列选项正确的是()
A.乙的密度 B.未切前,甲的质量为24kg
C.图中 D.图中
第1讲 压强
板块1 压力和受力面积对海绵形变的影响
【例1】A
【例2】(1)甲、乙
(2)=
(3)没有控制压力一定
【典题精练】
1. B
2. D
3.(1)海绵的凹陷程度
(2)B、C
(3)压力大小
(4)不能
(5)480
4.(1)压力的作用效果
(2)受力面积 ABCD
(3)25:3
板块2 压强的应用与计算
【例1】20 5 15 25
【例2】30 1.5×10
【例3】D
【例4】解:(1)减小对地面的压强 增大与地面的摩擦力
(2)空车受到的重力G= mg=1600kg×10N/ kg
路面受到的压强
(3)载有安全员的出租车对路面的压力
车的总重
安全员的体重
车受到路面的阻力. =336N,
因为车匀速行驶,车受到的牵引力和阻力是一对平衡力,因此小车的牵引力
【典题精练】
1. A
2. A
3. B
4. B
5.8 6 2
6. B
7.2.5×10 20 5×10
8.解:(1)机器狗的重力G= mg=70kg×10N/ kg=700N。
(2)机器狗行走在水平地面上对地面的压力
F=G总=m总g=(70kg+50kg)×10N/ kg=1200N,
机器狗行走在水平地面上对地面的压强
9.解:(1)由图乙可知,脚印占用的小方格的数量为15,因此该东北虎一只脚印的面积约为
(2)平底容器对地面的压力F压=G= mg=30kg×10N/ kg
=300N,
平底容器对地面的压强
容器下陷的深度与脚印的深度相同,则东北虎对地面的压强与容器对地面的压强相等,则东北虎对地面的压力即重力 1620N,
该东北虎的质量
板块3 切割和叠加问题
【例1】> > =
【例2】B
【典题精练】
D
3. A