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探究压力的作用效果

小方桌·沙盘控制变量:认识固体压强 p = F/S,增大与减小压强

压强(初中)固体、液体、大气压强与流体现象。

从这里开始

探究压力的作用效果

课标必做:用小方桌和沙盘探究压力的作用效果。面积相同则压力越大沙面下陷越深;压力相同则受力面积越小下陷越深——由此认识固体压强 p = F/S(单位 Pa),以及刀刃增压、履带减压等方法。可在浏览器三维实验台加砖、翻面,对照 F、S、p 与压坑深度。

速记:盯沙面压坑 · p = F/S · 增压↓S或↑F · 减压↑S或↓F。

关键公式

  • p = F/S
  • 1 Pa = 1 N/m²

操作提示

  1. 先读本页「从这里开始」与下方「相关知识」思维导图及探究步骤。
  2. 小桌正放于沙盘,观察四脚压坑;加砖(面积不变)对比下陷。
  3. 翻面桌面朝下(压力近似不变、面积增大),对照 p = F/S 与压坑变浅。

接着学

相关知识

先分清压力与重力,再用小方桌和沙盘探究作用效果与哪些因素有关,最后认识压强 p = F/S 及增大、减小压强的方法。

思维导图

1. 什么是压力

垂直作用在物体表面上的力叫做压力。

  • 压力不一定由重力产生,方向也不一定竖直向下(如墙壁上的图钉,压力来自人手)。
  • 物体放在水平面上静止时,对水平面的压力大小等于物体重力(F = G)。

2. 探究压力的作用效果

实验目的:探究压力的作用效果与哪些因素有关。器材:小方桌(或小桌)、砖块(或砝码)、细沙(或海绵块、泡沫塑料)。

  • 结论:当受力面积相同时,压力越大,压力的作用效果越明显。
  • 结论:当压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
  1. 将小方桌放在沙盘(或海绵)上,观察桌脚陷入的深度。
  2. 在小方桌上放上砖块,观察桌脚陷入的深度(受力面积不变,压力增大)。
  3. 将小方桌翻过来(桌面朝下),放上同样的砖块,观察桌面陷入的深度(压力近似不变,受力面积增大)。

3. 压强的概念与公式

物理学中,把物体所受的压力与受力面积之比叫做压强。压强在数值上等于物体单位面积所受的压力。压强越大,压力产生的效果越明显。

  • 1 Pa 的压强很小,相当于一张报纸平放时对桌面的压强约为 0.5 Pa。
  • p = F/Sp:压强,单位帕斯卡(Pa);F:压力(N);S:受力面积(m²)。
  • 1 Pa = 1 N/m²单位为纪念法国科学家帕斯卡而命名,简称帕,符号 Pa。

4. 常见压强值举例

  • 一张报纸平放时对桌面:约 0.5 Pa。
  • 一粒西瓜籽平放时对桌面:约 20 Pa。
  • 人站立时对地面:约 1.5×10⁴ Pa。
  • 芭蕾舞演员足尖触地:可达 5×10⁵ Pa。
  • 切割大理石的水刀:可达 10⁸~10⁹ Pa。
  • 考点:芭蕾对地面压强(约 5.0×10⁵ Pa)可比大象(约 2.5×10⁵ Pa)还大——关键是受力面积小。

5. 增大与减小压强的方法

根据 p = F/S:要改变压强,就改变压力或受力面积。

  • 增大压强:增大压力,或减小受力面积——刀刃磨锋利、图钉尖做得很尖、破窗锤敲击端成锥状。
  • 减小压强:减小压力,或增大受力面积——铁轨下铺枕木、推土机宽大履带、书包背带宽、滑雪板。

6. 易错点

  • 压力与重力:水平面上静止时 F = G,但压力不总等于重力,也不总竖直向下。
  • p = F/S 适用于固体压强计算;液体内部用 p = ρgh,二者勿混用。
  • 受力面积 S 是实际接触面积(如四只桌脚总面积),不是桌面名义面积。

应用

  • 滑雪板、履带增大受力面积以减小压强,避免陷入雪地或软土。
  • 刀刃磨薄、钉子尖端减小受力面积,同样的力产生更大压强便于切入。

常见问题

压力的作用效果看什么?

看沙面(或海绵)被压下的深浅:下陷越深,作用效果越明显。它由压力大小和受力面积共同决定,定量用压强 p = F/S 描述。

压力一定等于重力吗?

物体在水平面上静止时对支持面的压力大小等于重力,但压力不一定由重力产生,方向也不一定竖直向下(如墙上的图钉)。

怎样增大压强?怎样减小?

增大:增大压力或减小受力面积(刀刃、图钉尖)。减小:减小压力或增大受力面积(履带、枕木、滑雪板)。

压力和压强可以混用吗?

不可以。压力是力,压强是压力的作用效果,单位不同。

为什么同样重力下站立比躺着压强更大?

受力面积更小,由 p=F/S,压强更大。

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