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人教版八年级物理(2024)下册 第九章 压强
第1节 压强 (教学设计)
【课题】第1节 压强
【学习目标】
1. 能通过实验探究压力作用的效果跟压力的大小和受力面积的关系,理解压强。
2. 能描述压强概念的建立过程。能熟练写出压强公式、单位,并能用压强公式进行简单计算。
3. 会应用压强公式分析增大或减小压强的具体方法,了解压强在生产生活中的应用,并能解释与压强有关的物理现象。
【学习重点】
通过实验,理解压强。知道增大和减小压强的方法,并了解压强在生产生活中的应用。
【学习难点】
描述压强概念的建立过程,解释与压强有关的物理现象。
【教学器材】
压力小桌、软的海绵、钩码、削好的铅笔、吹足气的气球等(演示实验用)。
【新课导入】
问题: 如图所示,两个人对雪地的压力是差不多的,然而一个人的脚陷进雪里,另一个人却没有。看来压力对雪地的作用效果并不只跟压力的大小有关。请你想一想,还可能跟什么因素有关
【板书课题】第九章压强 第1节压强
【想想议议】以下几种情况的作用力有哪些共同点?
F=G 压力F 与重力G无关 F G
归纳:力的方向与接触面垂直,作用点在两个物体的接触面上。
垂直作用在物体表面的力叫作压力,常用字母F 表示。
1.压力的方向垂直于受压的物体表面并指向物体内部。压力的作用点在受压的物体表面。
2.物体对受压面的压力大小不一定等于物体所受重力的大小。只有当物体静止在水平面上时,物体对支持面的压力大小才等于物体所受的重力大小F=G.
3.压力和重力的区别
【课堂练习】
【例题1】下列说法正确的是【 】
A.压力是由物体的重力产生的,压力就是重力
B.压力不是重力,但其大小一定与重力相等
C.压力的方向垂直指向受力面
D.压力的方向总是竖直向下
【答案】C
【解析】压力和重力是性质不同的两种力。压力是由于物体发生形变产生的力,属于弹力。重力是由于地球吸引而使物体受到的力,属于引力。
只有当物体静止在水平面上时,物体对水平面的压力大小才等于物体所受的重力大小,即F=G.
物体所受重力的方向总是竖直向下,物体对支持面的压力方向垂直受力面指向受力物体内部。
【例题2】(2025年黑龙江绥化中考题)如图,请在图中画出物体A对竖直墙面的压力的示意图。
【答案】
【解析】物体A对竖直墙面的压力是由于物体A发生形变产生的,作用在竖直墙面上,作用点在竖直墙面上,方向垂直竖直墙面指向墙内。
【想想议议】影响压力作用效果的因素有哪些?
【播放视频】北极熊爬过薄冰
压力的作用效果不只跟压力的大小有关,受力面积也是影响压力作用效果的一个重要因素。
北极熊爬过薄冰到达冰面时,也许它“知道”自己对冰面的压力很大,于是趴在冰面上爬过薄冰,从而增大受力面积,避免冰面被压破。
问题: 小小的蚊子能轻而易举地用口器把皮肤刺破,很重的骆驼却不会陷入沙中,这是为什么?
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。
压力对物体的作用效果不仅跟压力大小有关,还跟受力面积有关。
【想想做做】感受压力的作用效果
1.用两个手指挤压铅笔的两端,体验两指头的感觉,观察两个手指的凹陷程度。
两个指头所受压力相等,受力面积不相等,右边食指受力面积小,凹陷程度大,感觉比较疼痛(力的作用效果更显著)。当增大用力时,受力面积不变,两个指头感觉较前疼痛感更强烈(力的作用效果更显著)。
2.用一只手掌平压在气球上,用另一只手的食指顶住气球,观察气球的形变程度。
食指顶的一边,气球凹陷的深一些;当增大压力时,气球凹陷的更深。
表明:压力越大,受力面积越小,压力的作用效果更显著。
【演示实验】 压力和受力面积对海绵形变的影响
【实验器材】小桌、海绵、钩码等。
【实验思路】将小桌放在软的海绵上,通过桌面和桌腿与海绵的接触改变受力面积,通过在桌子上增加钩码来改变压力。观察实验中海绵的形变程度。
【实验方法】
①控制变量法:探究压力的作用效果与压力大小的关系,控制受力面积不变,改变压力,观察并比较海绵的凹陷程度得出结论;,得到探究压力的作用效果与受力面积的关系,控制压力不变,改变受力面积,观察并比较海绵的凹陷程度得出结论。
②转换法:通过观察海绵的凹陷程度感知压力的作用效果。
【实验步骤】
如图所示,图甲中小桌放在软的海绵上,图乙中桌面上放一个钩码,图丙中小桌的桌面朝下,其上也放一个钩码。观察三次实验中海绵的形变情况。
【播放视频】演示实验 压力和受力面积对海绵形变的影响
【实验结论】压力的作用效果跟压力的大小有关。当受力面积相同时,压力越大,压力的作用效果越明显。
【播放视频】演示实验 压力和受力面积对海绵形变的影响
【实验结论】压力的作用效果跟受力面积的大小有关。当压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
一、 压强
实验结果表明,海绵在压力作用下的形变情况不仅跟压力的大小有关,而且跟受力面积有关。在物理学中,物体所受压力的大小与受力面积之比叫作压强。
如果用p表示压强、F表示压力、S表示物体的受力面积,那么有
压强反映压力的作用效果,压强在数值上等于单位面积所受的压力。 压强越大,压力的作用效果越显著。
在国际单位制中,力的单位是牛(N),面积的单位是平方米(m2),压强的单位则是牛每平方米(N/m2),它有一个专用名称叫作帕斯卡,简称帕,符号是Pa. 1Pa=1N/m2.
一些常见的压强值:一张纸平放时对桌面的压强约1Pa;成年大象对地面的压强约为3×105 Pa;中学生站立时对地面的压强约1.5×104 Pa.
【知识拓展】柱体对水平面的压强
柱体的体积:V=sh
柱体的质量: m=ρV=ρSh
柱体对水平面压力: F=G=mg=ρVg = ρgSh
柱体对水平面压强:
公式 p=ρgh 中,密度ρ的单位是千克/米3 (kg/m3), 高度h的单位为米(m),g =9.8N/kg,压强p的单位为帕斯卡(Pa).
公式 p=ρgh只适用于柱状物体对水平面的压强,不能用于其他形状的物体产生的压强;柱状物体对水平面的压强只与物体的密度和高度有关,与物体的底面积、质量、所受重力等均无关。
【课堂练习】
【例题3】水平桌面上放一本书,书所受的重力为 3 N,与桌面的接触面积为 5×10-2 m2,计算书对桌面的压强。
解 静止在桌面的书对桌面的压力大小等于它的重力,即F=G=3 N
桌面的受力面积 S=5 × 10-2 m2
所以压强
书对桌面的压强为60 Pa.
【例题4】(2025年江苏扬州中考题) 某无人快递配送车轮胎与水平地面接触的总面积为500cm2,对地面的压强为1×105Pa,在大小为400N的牵引力作用下匀速行驶,g取10N/kg.求:
(1)配送车所受阻力f的大小;
(2)配送车与货物的总质量m.
解 (1)已知配送车在大小为 400N的牵引力作用下匀速行驶,此时配送车在水平方向上受到牵引力 F牵 和阻力f的作用,这两个力是一对平衡力,大小相等,方向相反。 所以配送车所受阻力的大小等于牵引力 F牵 的大小,即 f= F牵 = 400N
(2)已知轮胎与水平地面接触的总面积S=500cm2=500×10 4m2=0.05m2
由 可知,车对地面的压力F=pS=1×105Pa×0.05m2=5000N
因为配送车在水平地面上,所以它对地面的压力F 等于它与货物的总重力G,即F=G=5000N
由G=mg可知,配送车与货物的总质量
【例题5】(2025年四川广安中考题)如图所示,同种材料制成的甲、乙、丙三个实心长方体放于水平面上,高度h甲=h乙<h丙,底面积S甲<S乙=S丙,下列判断正确的是【 】
A. 物体对水平面的压强:p甲<p乙=p丙
B. 物体对水平面的压力:F甲<F乙=F丙
C. 物体的密度:ρ甲>ρ乙>ρ丙
D. 物体的质量:m甲<m乙<m丙
【答案】D
【解析】甲、乙、丙三个实心长方体材料相同,则密度相同,即ρ甲=ρ乙=ρ丙;
因高度h甲=h乙<h丙,底面积S甲<S乙=S丙,由V=Sh得,V甲<V乙<V丙;
由m=ρV得,m甲<m乙<m丙;由G=mg得,G甲<G乙<G丙;
因物体对水平面的压力等于物体所受重力,即F=G,有F甲<F乙<F丙;
物体对水平面的压强
因高度h甲=h乙<h丙,则p甲=p乙<p丙.
二、 怎样减小或增大压强
在生产和生活中,有时需要减小压强,有时需要增大压强。
为了不使拖拉机陷进土里,要设法减小它对地面的压强。
切菜、把图钉按进墙里,就要增大刀刃对菜、图钉尖对墙的压强。物体静止时,物体所受的重力G等于弹簧测力计的示数。
由压强的公式 可知,压力F一定时,受力面积S发生变化,则压强也随之发生变化;受力面积S一定时,压力F发生变化,则压强也随之发生变化。所以在生活、生产及技术中人们常常通过改变压力或受力面积来改变压强。
1.减小压强的方法
(1)压力F一定时,增大受力面积S;
例:轨道铺在枕木上,通过增大受力面积减小压强。
(2)受力面积S一定时,减小压力F;
例:汽车限重通过减小汽车对地面的压力减小对地面压强。
(3)增大受力面积S,减小压力F.
2.增大压强的方法
(1)压力F一定时,减小受力面积S;
例:刀刃磨的很薄,通过减小受力面积增大压强。
(2)受力面积S一定时,增大压力F;
例:压路机碾子很重,通过增大对路面的压力增大对路面的压强。
(3)减小受力面积S,增大压力F.
【想想议议】如图所示的四幅图中,哪些地方要增大压强 哪些地方要减小压强 它们是通过什么方法增大或减小压强的
推土机的推土铲刃、篆刻刀的刀口做得很锋利,破窗锤的敲击端做成锥状,这些都是通过减小受力面积来增大压强的。
火车轨道下面铺放枕木,推土机用宽大履带来支承,这些都是通过增大受力面积来减小压强的。
任何物体所能承受的压强都有一定的限度,超过这个限度,物体就会被损坏。例如,货车超载,就很容易把公路的路面压坏。交通管理部门通过限定每个车轴平均承载的质量来控制货车对路面压强的大小,运送大型设备的平板货车就有很多车轴。
限制轴重标志
【课堂练习】
【例题6】(2025年甘肃中考题)救生员营救冰面被困人员时,通常匍匐前进,这是为了______(选填“增大”或“减小”)人对冰面压强;匍匐前进时救生员对冰面的压力________(选填“大于”、“小于”或“等于”)直立前进时救生员对冰面的压力。
【答案】减小 等于
【解析】救生员营救冰面被困人员时,通常匍匐前进,这是在压力不变时,通过增大人和冰面的接触面积,减小人对冰面的压强;匍匐前进时救生员对冰面的压力等于直立前进时救生员对冰面的压力,都等于救生员所受的重力。
【例题7】(2025年云南中考题)如图所示的情景中,为了增大压强的是【 】
A.安全锤的锤头做得很尖 B.背包的背带做得较宽 C.眼镜架上装有鼻托 D.铁轨铺在枕木上
【答案】A
【解析】根据 可知,可以通过在压力一定时减小受力面积或者在受力面积一定时增大压力来增大压强。
A.安全锤锤头做的很尖,压力一定时通过减小受力面积来增大压强;
B、C、D.书包的背带做得较宽、眼镜架上装有眼镜鼻托、铁轨铺在枕木上,都是在压力一定时通过增大受力面积来减小压强的。
【课后作业】练习与应用: 1、2、3、4、5、6题