八年级物理压强上海科技版知识精讲.docx
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八年级物理压强上海科技版知识精讲
初二物理压强上海科技版
【本讲教育信息】
一.教学内容:
压强
基本要求:
1.知道压力的概念;懂得压力垂直于受力面。
2.理解压强的概念、公式和单位;能应用压强的知识进行有关的计算,解释简单的现象和解决简单的问题。
3.知道增大和减小压强的方法与途径。
重点内容:
对压强概念的理解及对压强知识的应用。
难点内容:
压强要领的理解;应用压强的知识来解决日常生活中的实际问题。
主要内容讲解:
同学们看下图,坦克很重,对雪地的压力很大,可是它在雪地上却陷得不是很深,而一个同学虽然他的质量不大,对雪地的压力也不大,但是我们却发现他在雪地上却陷得很深,这是为什么呢?
同学们还可以观察一下自己的书包带子。
想一想平时背书包时,觉得宽带子好,还是细带子好,为什么?
如下图所示,你可以试一试,哪个手指更痛一些?
按哪个图钉更轻松?
对以上问题,可能同学们现在还不能得出正确结果,自己猜的是否正确,要经过事实来检验。
同学们学习了本课的知识,就会得到满意的回答了。
一.压力
在上面我提出的问题中,坦克和人都对地面有力的作用,铅笔的两端都对手有力的作用,图钉对墙也有力的作用。
事实上,这些力都是垂直作用在物体表面上,在物理学中我们把垂直作用在物体表面上的力叫做压力。
同学们很容易想到我们站在地面上就会对地面有压力,是的,这时我们的确对地面有压力。
那同学们就会想到这个压力是不是就是重力呢?
当然不是的,因为压力和重力的定义是不同的,首先压力是垂直作用在物体表面的力,而重力则是由于地球的吸引而使物体受到的力。
从它们的作用点来看,重力总是作用在物体的重心上,而压力则作用在被压物体的表面上。
从方向来看,重力的方向总是竖直向下的,而压力的方向总是与被压物体的表面相垂直的。
只有将一个物体放在水平地面或桌面上的时候,压力的方向才与重力的方向相同,都是竖直向下的。
从它们的大小来看,只有把一个物体放在水平桌面或者地面上时,水平桌面或地面所受到的压力才等于物体的重力。
如图1所示。
这种情况也是我们用得最多的情况。
如图2所示,将一个物体放在斜面上,这时物体对斜面的压力就不等于物体的重力了,到了高中我们会学到,这时物体对斜面的压力只是重力的一个分力而已,所以这种情况属于压力与重力有关。
如图3所示如果将一个物体按在一个竖直的墙壁上,这时由于物体的重力是竖直向下的,而压力则是水平向左的,所以这种情况下压力与重力毫无关系。
二.压强
两个总质量相等的同学站在雪地上,一个同学穿普通的鞋,另一个同学则穿的是滑雪板,这时我们发现,穿滑雪板的同学几乎没有陷进雪地里,而穿普通鞋的同学则陷入雪里很深。
由于两个同学的总质量几乎相等,所以他们的总重力也就相等,又由于他们站在水平的雪地上,压力就等于重力,所以他们对雪地的压力是相等的,而这两个压力对雪地的作用效果却不相同。
(这里所说得压力的作用效果就是指同学在雪地上陷入的深度,陷得越深,压力作用效果越明显,陷得越浅压力的作用效果越不明显)那么压力的作用效果与哪些因素有关呢?
在雪地里的陷入程度表明了压力的作用效果,那么哪些因素可以影响到在雪地里的陷入程度呢?
很显然,一个是压力的大小,另一个是受力面积的大小。
那么二者是如何影响压力的作用效果的呢?
我们可以通过下面的实验来研究。
首先照下图那样来做一个实验,一个木块放在一块大海绵上,然后再照右边的图示那样,在木块上放一个砝码,观察木块的陷入程度。
实验发现同样是木块,第二个实验中木块对海绵的压力变大,所以我们发现压力作用的效果跟压力的大小有关。
这种关系就是在受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显。
同样再照下图那样,在木块上钉四个钉子,使它成为一个小桌子。
然后如图所示放置,观察小桌陷入海绵的深度。
由实验我们可以总结得出:
压力作用的效果还跟受力面积的大小有关。
具体的说就是:
在压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
如果有两个受力面,它们的受力面积分别为1米2和4米2,而压力分别是1×104N和2×104N,这两个力中哪个力的作用效果更加明显?
从我们上面做的实验所得到的结论,很显然不能解决这个问题了,那么怎么办呢?
为了比较压力作用的效果,物理学中引入压强这一物理量。
要比较压力作用的效果,应取相同受力面积上受到的压力,物理学中把单位面积上受到的压力叫做压强。
这里所讲的单位面积也就是1米2。
那么在上面提出的问题中,第一个受力面所受到的压强就是1米2受力面积上受到的压力是1×104N,而第二个受力面在4米2的受力面积上受到的压力是2×104N,所以1米2受力面积上受到的压力是5000N。
这样我们就可以比较二者对受力面的作用效果了,当然是第一个压力对受力面的作用效果明显,也就是说第一个压强大一些。
通过上面的计算我们会发现:
压强等于压力除以受力面积。
也就是
物理上用p表示压强,用F表示压力,用S表示受力面积。
请学生在黑板上写出用字母表示的压强公式:
在国际单位制中,力的单位是“牛顿”,面积的单位是“米2”,压强的单位是“牛/米2”。
该单位读作“牛顿每平方米”,它有一个专门名称叫做帕斯卡,简称帕,用字母“Pa”来表示。
帕斯卡是法国科学家,为了纪念他在物理学研究方面做出的贡献,以他的名字作为压强单位的名称。
1帕=1牛/米2,表示“每平方米面积上受到的压力是1牛顿”。
1Pa的压强很小,相当于把3粒芝麻压成粉,均匀地分布在1cm2的面积上产生的压强。
例1.根据下图所给条件,比较芭蕾舞演员足尖和大象对地面的压强,哪个大?
要想计算出它们对地面的压强,就要知道压力和受力面积,然后用压强的计算公式进行计算就可以了。
只不过这里要强调的是面积单位间的换算关系。
cm2、dm2、m2它们邻近两个单位间的换算关系是102。
1米2=1×104厘米2,1厘米2=1×10-4米2,那么150厘米2=1.5×10-2米2。
计算时,要用科学记数法。
芭蕾舞演员对地面的压力要比大象对地面的压力小得多。
但是由于芭蕾舞演员是用足尖着地,接触地的面积很小,因此芭蕾舞演员对地面的压强可能比大象对地面的压强大。
解:
(1)对演员来说F1=G1=475牛,S1=9.5厘米2=9.5×10-4米2。
(2)对大象来说F2=G2=60000牛,S2=600厘米2×4=0.24米2
设芭蕾舞演员对地面的压强p1,大象对地面的压强p2
答:
芭蕾舞演员足尖对地面的压强比大象脚对地面的压强大。
例2.封冻的江河冰面最大能承受的压强是4×104帕斯卡,一台履带式拖拉机的质量是5200千克,两条履带跟地面接触的面积共1.5米2,这台拖拉机能不能从冰面上通过?
这个问题关键在于求出拖拉机对冰面的实际压强是多大。
如果拖拉机对冰面的压强大于4×104帕斯卡就不能通过,如果小于4×104帕斯卡就可以通过。
解:
根据压强公式:
答:
因为3.40×104帕斯卡小于4×104帕斯卡,可以通过。
说明:
(1)物体受压后形状要改变,甚至会被破坏,这决定于压强的大小而不是压力的大小。
(2)压力的大小不一定等于施压物体的重力,只有物体在水平面上时,压力才等于物体的重力。
在解这类问题时,必须写出公式的推导过程,以防压力和重力这两个概念混淆。
三.增大和减小压强的途径与方法
任何物体能够承受的压强都有一定的限度,超过这个限度物体将会被压坏。
例如在房屋建设中,楼层修得越高,楼体对地面的压力就越大,如果墙基的受力面积不足够大,楼房对地的压强就很大,可能会使地面下陷,楼房倒塌,造成损失,所以修建高楼大厦,必须加宽地基,以减小楼房对地面的压强。
同学们可以看下边的两个图,它们都是减小压强的例子。
在压力不变时,利用增大受力面积的办法,可以减小压强。
当然我们也可以在受力面积一定时,通过减小压力来减小压强。
那你就可以解释为什么啄木鸟尖嘴变钝了,就不能成为“森林医生”了和骆驼为什么说是“沙漠之舟”了。
如下图所示,这是一个切蛋器。
它可以将熟蛋切成片。
当然这就要求这些相当于刀片的金属丝对蛋的压强足够大,也就是要增大压强。
我们发现这些相当于刀片的金属丝它们都很细,也就是受力面积很小。
这也就是说通过减小受力面积的方法可以增大压强。
切蛋器
我们分别用钝刀口和锋利刀口的剪刀剪硬纸片或布条。
用断了尖和没有断尖的锥子向硬纸片穿孔。
我们发现,锋利刀口的剪刀容易剪断布条,没有断尖的锥子对硬纸片穿孔较容易。
这些都是通过减小受力面积来增大压强的。
当然我们也可以通过受力面积不变,增大压力来增大压强。
【典型例题】
例1.下列情况中,为了增大压强的是()
A.鞋底刻有花纹.
B.图钉尖进入墙时要用力按.
C.钢轨下面铺上枕木.
D.用钝了的刀,磨磨刀口可以变锋利了.
分析:
增大压强的途径是增大压力或减小受力面积.鞋底花纹是为了增大摩擦,而铺枕木是增大受力面积,反使压强减小.
解答:
B、D
例2.两物叠放如图所示.物A的小底面积20cm2,大底面积60cm2,重20N;物B是边长为5cm的正方体,置于水平面上。
求:
a、b两种放置时,物A对物B的压强。
分析:
a图中,物A大底面积大于正方体上底面积,因此应按物B上底面积作为受力面积;b图中,物A小底面积小于正方体上底面积,因此应按物A小底面积作为受力面积.
解答:
答:
两情况下A对B的压强分别为8000Pa和10000Pa.
例3.如图A所示,重力为40牛顿的物体,分别放在梯形木块的1、2、3位置上,试分析物体的重力与它在1、2、3处对梯形木块的压力。
分析:
见图B,当物体分别放在梯形木块的1、2、3处,物体的重力不变,都是40牛顿,且方向都是竖直向下,作用于物体的重心上。
而物体对梯形木块的压力是作用于梯形木块上的。
在位置1时,压力的方向垂直于斜面指向梯形木块,数值小于重力,即F1<G;在位置2时,压力的方向是竖直向下,数值等于重力,即F2=G=40牛;当放于位置3时,虽然物体与梯形木块接触,但它们之间没有互相挤压,故无作用力,物体对梯形木块的压力为零。
说明:
压力和重力是两个不同的概念。
重力是由于地球的吸引而使物体受到的力,压力是物体对物体挤压而产生的力,它们的性质不同;重力的施力物体是地球,压力的施力物体是与研究物体相挤压的物体;重力的方向总是竖直向下,压力的方向则垂直于受压面;重力的大小正比于物体的质量,压力的大小取决于物体间的挤压程度。
置于静止水平平面上的物体,对水平面的压力和施力物体的重力在数值上相等,这是由于此时物体的重力恰好垂直地作用在水平平面上,而其他情况下,压力的大小和施力物体的重力不相等。
例4.图钉尖端的面积是0.3毫米2,钉帽的面积是1.5厘米2。
用9牛顿的力垂直于墙壁按这只图钉,试求:
(1)钉帽受到的压力和压强?
(2)墙壁受到的压力和压强?
分析:
当用力按图钉的帽,图钉将外力大小和方向不变地进行传递,钉帽的面积大,它对手产生的压强小,而钉尖的面积小,对墙壁产生的压强大。
解:
F1=F2=9牛
解答:
钉帽和墙壁受到的压力都是9牛顿,钉帽受到的压强为6×104帕,墙壁受到的压强为3×107帕。
说明:
固体在处于平衡状态时,能够等值地传递外加压力,但压强的传递是非等值的,它随受力面积的变化而变化。
在压力一定的情况下,压强的大小与受力面积成反比。
在应用公式计算时,各个量的单位必须统一用国际单位制的单位。
例5.两块完全相同的砖块,所受重力均为19.6牛顿,三条棱长分别为20厘米、10厘米、5厘米。
砖块A平放,砖块B侧放,两砖块如图互相交叉叠放,求砖块A对砖块B的压强。
分析:
压强公式中的“S”是受力面积,而不是物体的底面积或表面积。
该题中的受力面积既不是砖块A的下表面积,也不是砖块B的侧面积,而应该是砖块A和砖块B的接触部分的面积。
解答:
受力面积S=
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