内容正文:
9.1压强
•知识点1 压力的概念及其计算
•知识点2 探究影响压力作用效果的因素
•知识点3 压强
•知识点4 增大压强和减小压强
•知识点5 压强公式的简单应用
•作业 巩固训练
压力的概念及其计算
知识点1
知识点一、压力
1.现象探究:垂直作用于物体表面的力
实例
图示
分析
压路机对地面的压力F1
F1垂直于地面向下,将地面压实
运动员对调班的压力F2
F2垂直于跳板向下,使跳板向下弯曲
图钉对墙壁的力F3
F3垂直于墙壁向左,将墙壁压出小孔
【探究归纳】这些力的共同特征是力的方向跟受力物体的表面垂直,并指向受力物体。
2.压力:物体间由于发生挤压而垂直作用在受力面上的力。
3.产生条件:两个物体必须接触,而且有挤压的作用。
(1)静止在水平地面上,紧靠墙角的小球,由于墙与小球接触但无挤压作用,它们之间没有形变,因此不存在压力(如图)。
(2)人靠墙站立时,由于墙与人之间有挤压作用,因此它们之间存在压力(如图所示)。
4.方向:垂直于受力物体表面并指向被压物体。
5.作用点:在被压物体的受力面上,作用点等效作用在接触面中心。
6.性质:压力是相互接触的物体彼此挤压对方使物体表面发生弹性形变而产生的力,属于弹力。
7.压力和重力的区别与联系
A对斜面的压力
A受到的重力
区别
施力物体
物体
地球
受力物体
支持物(斜面)
物体
性质
弹力
引力
产生原因
物体间相互接触并挤压
地球的吸引
大小
—
G=mg
方向
垂直于受力物体表面并指向被压物体
竖直向下
作用点
受压物体表面
重心
示意图
联系
只有物体处于水平面且在竖直方向只受重力和支持力时,物体对水平面压力的大小、方向才跟重力的大小、方向相同,但压力不是重力
【典例1-1】如图甲所示是2023年中国青少年滑雪公开赛总决赛一运动员在“倾斜”的雪地上加速向下滑行时的情景,假设该运动员所受重力为600 N,则他下滑过程中对雪地的压力 600 N(选填“大于”“等于”或“小于”)。用方框A代表运动员,斜面代表“倾斜”的雪地,请在图乙中画出雪地受到运动员压力的示意图。
【典例1-2】用50牛的水平力把重40牛的正方体木块紧压在竖直墙壁上,如图所示,这时木块对墙壁的压力为( )
A.10牛 B.40牛 C.50牛 D.90牛
【变式1-1】如图所示,置于水平地面上的立柱质量为M,有一质量为m的猴子从立柱上下滑。已知猴子沿立柱滑下时受到摩擦力为f,则猴子下滑时立柱对地面的压力为( )
A.Mg B.Mg+f C.Mg﹣f D.Mg+mg+f
【变式1-2】(2022·江苏淮安·中考真题)如图所示,滑雪运动员穿着有较大底面积的滑雪板,可有效( )
A.增大自身的重力 B.增大对雪地压力
C.减小对雪地压强 D.减小雪地摩擦力
探究影响压力作用效果的因素
知识点2
知识点二、影响压力作用效果的因素
【实验目的】压力作用效果与哪些因素有关。
【实验原理】根据压力作用在物体上产生形变的大小来判断压力的作用效果。
【实验装置】
【实验步骤】1.照图甲那样,把小桌腿朝下放在泡沫塑料上;观察泡沫塑料被压下的深度;
2.再照图乙那样,在桌面上放一个砝码观察泡沫塑料被压下的深度;
3.再把小桌翻过来,如图丙,观察泡沫塑料被压下的深度;
【实验表格】
【实验结论】受力面积一定时,压力越大,压力作用效果越明显;压力大小一定时,受力面积越小,压力作用效果越明显。
★方法技巧
1.研究压力作用效果跟压力大小关系时,保持受力面积不变,改变压力的大小,观察被压物体的形变程度;研究压力作用效果跟受力面积大小的关系时,保持压力大小不变,改变受力面积大小,观察被压物体的形变程度,这里采用了控制变量法。
2.将压力的作用效果转换为海绵的凹陷程度,这里采用了转换法。被压海绵的凹陷得越深,压力作用效果就越明显。
【典例2-1】(2022广西贺州中考)在“探究影响压力作用效果的因素”中,实验现象如图所示。(P8209001)
(1)通过观察海绵的 来比较压力作用的效果。
(2)通过比较 两次实验,可知受力面积相同时,压力越大,压力作用的效果越 (选填“明显”或“不明显”)。
(3)通过比较 两次实验,可知压力作用的效果跟受力面积有关;这种研究问题的方法是 法。
【典例2-2】如图甲、乙、丙所示,小明利用小桌、海绵、砝码等探究影响压力作用效果的因素。
(1)本实验是通过观察________来比较压力作用效果的。实验中用到的研究方法有________和转换法。
(2)通过比较图甲、乙,说明________,压力的作用效果越明显。
(3)通过比较图________(填序号),说明压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
(4)将该小桌和砝码放在如图丁所示的木板上,则图丙中海绵受到的压强p和图丁中木板受到的压强p′的大小关系为p________p′(选填“>”“<”或“=”)。
(5)实验时,小明将小桌换成砖块,并将砖块沿竖直方向切成大小不同的两块,如图戊所示,发现它们对海绵的压力作用效果相同。由此得出的结论是压力的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________。
【变式2-1】(2022春·河南三门峡·八年级统考期末)小宇同学利用A、B两物体;海绵等器材探究“压力的作用效果与什么因素有关”的实验,如图所示。
(1)实验中小宇是通过观察_____来比较压力作用效果的;
(2)比较甲、乙两图所示实验,能够得到的结论是_____;
(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)小宇同学实验时将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块,如图丁所示。他发现它们对海绵的压力作用效果相同,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_____。
【变式2-2】(2022山西孝义期中)小聪探究“压力的作用效果与哪些因素有关”实验中:
(1)小聪将废弃的矿泉水瓶装满水分别放在海绵上进行实验,如图甲、乙所示。
(2)分析实验,可得出的结论是 。
(3)此实验 (选填“能”或“不能”)用硬纸板代替海绵,原因是 。
(4)利用现有器材,小聪想探究压力作用效果与压力大小之间的关系,做法是 。
(5)小聪发明的塑料袋小提手如图丙所示,它能防止手被勒得发痛,使用这种小提手的原理是 。
压强
知识点3
知识点三、压强
1.定义:物体所受压力与受力面积之比(比值定义法)。
2.物理意义:表示压力作用效果的物理量。
3.公式:。F-压力,单位为N;S-受力面积,单位m2;p-压强(单位Pa)。
4.单位:帕斯卡,简称帕,用符号Pa表示。
5.变形公式:根据公式及其变形公式F=pS、可以进行压强、压力和受力面积的计算。
6.应用压公式的注意事项
(1)为压强的定义式,运用于所有状态下的压强的计算。
(2)根据公式及其变形公式F=pS、可以进行压强、压力和受力面积的计算。
(3)公式中的“S”为受力面积,是指两个物体实际的接触面积。常见面积单位换算关系为:1m2=104cm2=106mm2。
(4)公式中的“F”为压力,不是重力,但受力面积为水平面且物体在竖直方向只受重力和支持力时,压力大小等于重力大小。
▲拓展培优
柱状物体固体压强的计算(公式p=ρgh的使用条件)
(1)质地均匀、形状规则的实心柱体(圆柱体或棱柱体);
(2)物体放在水平桌面上,受力面积与其底面积相等;
(3)物体对水平面的压力等于物体的重力大小。
辨析比较
压力与压强的区别与联系
1.概念不同:压力是由于发生挤压而垂直作用在物体表面上的力;压强是物体所受压力与受力面积之比,即物体单位面积上所受的压力大小;
2.意义不同:压力是压强产生的必要条件,压强表示压力的作用效果。
作用力和反作用力是同时产生的,并没有先后之分。在初中物理中,为了表述准确、规范,一般说相互作用力,而不说作用力和反作用力。
【典例3-1】(2023·四川乐山·中考真题)太极拳是国家级非物质文化遗产。一位太极拳爱好者在打拳过程中出现甲、乙所示的两种站姿,在保持这两种姿态静止时,他对地面的压力和压强分别为F甲和F乙、p甲和p乙,则下列关系正确的是( )
A.F甲>F乙,p甲>p乙 B.F甲>F乙,p甲<p乙 C.F甲=F乙,p甲>p乙 D.F甲=F乙,p甲<p乙
【典例3-2】(2023·四川达州·中考真题)如图所示,甲、乙两质地均匀的正方体放在水平地面上,它们的边长之比L甲∶L乙=1∶2,质量之比m甲∶m乙=2∶3,甲、乙的密度分别为ρ甲、ρ乙,甲、乙对地面的压强分别为p甲、p乙,下列计算正确的是( )
A.ρ甲∶ρ乙=8∶3 B.ρ甲∶ρ乙=3∶4
C.p甲∶p乙=2∶3 D.p甲∶p乙=8∶3
【变式3-1】A、B是质量分布均匀的实心正方体,A的边长为10cm,密度为,B的边长为20cm,则A的质量为______kg。当A、B按图的方式放置在水平地面时,A对B的压强是B对水平地面压强的倍,若只将A沿水平方向切去比例为n的部分后,B对水平地面的压强变为p1,若只将B沿竖直方向切去同样的比例后,B对水平地面的压强变为p2,当p1:p2=5:8时,n=______。
【变式3-2】(春•岳麓区校级月考)如图所示,形状、体积相同的长方体甲、乙置于水平地面,对地面的压力分别为F甲、F乙,将它们顺时针旋转90°,此时甲、乙对地面的压强分别为p′甲、p′乙,对地面压强的变化量分别为p甲、p乙。若△p甲>△p乙,则( )
A.F甲>F乙,p′甲>p′乙 B.F甲>F乙,p′甲<p′乙
C.F甲<F乙,p′甲>p′乙 D.F甲<F乙,p′甲<p′乙
增大压强和减小压强
知识点4
知识点四、增大减小压强的方法
1.增大压强
(1)受力面积一定时,增大压强:①给压路机装上质量很大的碾子;②利用重锤钉钉子;③刹车时用力握住车闸。
(2)压力一定时,减小受力面积:①刀斧、切屑工具的刀片都会磨的很薄;②图钉(如图甲)、针、锯齿的尖端加工得很尖。
(3)增大压力同时减小受力面积:砍柴时,斧头磨得很锋利,同时家加大力量。
图甲:图钉尖很尖 图乙:铁轨下铺设枕木 图丙:书包带很宽
2.减小压强
(1)受力面积一定时,减小压力:现代建筑中广泛使用空心砖。
(2)压力一定时,增大受力面积:①高楼大厦的地基很宽;②载重汽车有很宽大的轮子;③铁轨下铺设枕木(如图乙所示);④滑雪时穿上滑雪板。
(3)减小压力的同时增大受力面积:学生背书包上学时尽量少装物品,并选用背带较宽的书包(如图丙)。
▲拓展培优
从压强的角度认识超载的危害
货车超载后不仅会因为惯性增大不易刹车,引发交通事故,还会使货车对路面的压强过大,超出路面能够承受的极限,损坏路面。
【典例4-1】(2023•宜昌)下列生产生活实例中属于减小压强的是( )
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
【典例4-2】(2023•仙桃、潜江、天门、江汉石油)下列生产生活实例中,主要应用压强知识的是( )
A.公交车上的破窗锤 B.铅垂线
C.滚动轴承 D.撬石头
【变式4-1】(2022·四川德阳·中考真题)日常生活中有很多物理现象,下列叙述错误的是( )
A.我们的书包带扁而宽,是为了减小压强
B.运动鞋的鞋底有凹凸花纹是为了减小对地面的摩擦
C.汽车司机系安全带是为了防止惯性带来的危害
D.用吸管能吸入饮料的原因是因为有大气压的作用
【变式4-2】(2023江苏徐州中考)下列实例中,属于减小压强的是 ( )
A.篆刻刀的锋利刀口
B.骆驼的宽大脚掌
C.注射器的尖锐针头
D.压路机质量很大的碾子
压强公式的简单应用
知识点5
【典例5-1】(2022河南上蔡期中)如图所示,巡逻机器人在巡逻,该机器人的质量为150 kg。空载时它对水平地面的压强为1.5×105 Pa;该机器人最多可负载40 kg的重物,g取10 N/kg。求:
(1)机器人所受的重力;
(2)图中机器人空载时车轮与地面的接触面积;
(3)机器人满载时对地面的压强(设接触面积未变)。
【典例5-2】(2022·山东济南·中考真题)根据遥测数据判断,2021年5月22日10时40分,“祝融号”火星车安全驶离着陆平台,到达火星表面开始巡视探测,如图所示。已知“祝融号”火星车在火星表面受到的重力为888N,轮子与火面的总接触面积约。求火星车对水平火面的压强。
【变式5-1】(2022·湖南岳阳) 巴陵广场是市民休闲的好去处,广场上有座关于后羿斩巴蛇的雕像,高约16m,质量为2×106kg。小明从家里出发,以1m/s的速度散步去广场,600s后到达。
(1)求小明从家到广场经过的路程;
(2)求雕像所受的重力大小;
(3)小明估测雕像与水平地面的接触面积约为100m2,求雕像对地面的压强。
【变式5-2】(秋•普陀区校级期中)如图所示,甲、乙两个实心正方体放置在水平地面上。已知甲的质量为1千克,甲的底面积为0.01米2。
(1)求物体甲对地面的压强p甲。
(2)沿水平方向切去部分后,甲、乙剩余部分的高度h相等,此时甲、乙剩余部分的质量相等。比较切去前甲、乙对地面压强p甲、p乙的大小关系,并写出推导过程。
一、单选题
1.下列关于压力的说法,正确的是( )
A.压力的方向总是竖直向下
B.压力的方向总是垂直于物体接触面
C.压力的大小总是等于物体受到重力的大小
D.压力的大小总是大于物体受到重力的大小
2.用50牛的水平力把重40牛的正方体木块紧压在竖直墙壁上,如图所示,这时木块对墙壁的压力为( )
A.10牛 B.40牛 C.50牛 D.90牛
3.如图所示,置于水平地面上的立柱质量为M,有一质量为m的猴子从立柱上下滑。已知猴子沿立柱滑下时受到摩擦力为f,则猴子下滑时立柱对地面的压力为( )
A.Mg B.Mg+f C.Mg﹣f D.Mg+mg+f
4.请你估算一个中学生站立在水平地面上静止时对地面的压强约为( )
A.1.5×105帕 B.1.5×104帕 C.1.5×103帕 D.1.5×102帕
5.如图一个底面积为0.04m2,重10N的正方体平放在1m2水平桌面上,则桌面受到的压强是( )
A.10Pa B.50 Pa C.25Pa D.250 Pa
6.某中学生单脚独立时对地面压强为p1,当他双脚站立时对地面压强为p2,则他双脚站立时左脚对地面的压强是( )
A.p1 B.p2 C.2p1 D.2p2
7.如图是表示甲、乙两种物质“质量与体积关系”的图像。由图可知,用这两种物质分别做成A、B两个质量相等的实心正方体。把它们放在水平地面上,A、B两物体对水平地面的压强之比pA:pB为( )
A.8:1 B.4:1 C.1:4 D.1:8
8.如图甲、乙两人在完全相同的水平沙滩散步,留下深浅相同、大小不同的脚印。则甲( )
A.所受的重力较大 B.所受的压力与乙的相等
C.对沙滩的压强较大 D.对沙滩的压强较小
(多选)9.三个分别用铜、铁、铝制成的形状完全相同的圆柱体,已知ρ铜>ρ铁>ρ铝,把它们竖直放置在水平地面时,三个圆柱体对地面产生的压强( )
A.铜柱最大 B.铁柱最大 C.铝柱最大 D.铝柱最小
(多选)10.小勇分别用密度为ρ甲、ρ乙的两种物质制成形状和体积均相同的甲、乙两个长方体,重力分别为G甲、G乙,将它们置于水平桌面上,此时它们对桌面的压强相等。接着小虎将两个长方体顺时针旋转90°,如图中虚线所示,此时甲、乙对桌面的压强分别为p甲、p乙,对桌面的压力为F甲、F乙。则下列说法中正确的是( )
A.ρ甲>ρ乙 B.G甲>G乙 C.p甲=p乙 D.F甲=F乙
二、填空题
11.(2022秋·上海徐汇·九年级上海市徐汇中学校考期中)压强是用来表示___________的物理量。若有一长方体物块重力为 100 牛,放在水平地面上,与地面接触面积为 0.1 米2,则长方体对地面的压强为____________帕,它表示的物理意义是_____________;若在此长方体的中央竖直作用一个大小为 10 牛的力,则长方体对地面的压强为_____________帕。
12.(2022春·四川成都·八年级统考期末)如图所示是公交车配备的安全锤。紧急情况下,应使用安全锤的_______(填"A”或“B”)端砸向玻璃窗的边角,破窗逃离,这是用______的方法,来增大压强。
13.(2022·贵州安顺·中考真题)书法是中华民族优秀文化的瑰宝。书写时将纸平铺于水平桌面上,纸上放置一块“镇纸”(一般为长方体石条)。该“镇纸”质量为300g,与纸面接触面积为30cm2,则“镇纸”对纸的压强为_______Pa。在行笔过程中,纸保持静止,则纸______(选填“会”或“不会”)受到“镇纸”施加的摩擦力。(取g=10N/kg)
14.(2022春·北京·八年级北京八中校考期中)如图所示,两个手指用力水平压住铅笔两端使其静止。此时,笔尖和笔尾对两手指的压力大小_______(选填“相同”或“不同”),使得两手指的凹陷程度_______(选填“相同”或“不同”)。
15.(2022秋·上海静安·九年级上海市市西中学校考期中)为了方便盲人行走,在人行道上铺设了有条状或点状凸起的盲道。其中,指引盲人向前行走的盲道为条形的行进盲道,如图(a)所示;在行进盲道的起点、终点及拐弯处设圆点形的提示盲道,如图(b)所示。因此,盲人在盲道上行走时,通过脚底的感觉识别盲道上的信息,不用盲杖也能正常行走。
(1)请问所学的知识解释盲道可以帮助盲人行走的原因:______;
(2)下列现象中,和盲道帮助盲人行走的原理相同的是______。
①逃生锤尖尖锐
②书包背带较宽
③骆驼脚掌宽大
④菜刀刀刃锋利
16.(2022春·安徽安庆·八年级统考期中)一头重1.6×104N的骆驼,当它站在水平沙地上时,对沙地产生的压强是2×105Pa,则骆驼一只脚掌的面积为 ___________dm2,骆驼行走时对沙地产生的压强将 ___________。(填“增大”、“减小”、“不变”)
三、作图题
17.(2022春·广东中山·八年级统考期中)如图所示,篮球在运动的过程中,卡在一角落里,此时篮球与墙面的接触点为A点,请画出篮球对墙面A处的压力。
四、实验题
18.(2022春·河南三门峡·八年级统考期末)小宇同学利用A、B两物体;海绵等器材探究“压力的作用效果与什么因素有关”的实验,如图所示。
(1)实验中小宇是通过观察_____来比较压力作用效果的;
(2)比较甲、乙两图所示实验,能够得到的结论是_____;
(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)小宇同学实验时将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块,如图丁所示。他发现它们对海绵的压力作用效果相同,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_____。
19.(2022春·贵州铜仁·八年级统考期中)如图所示的三个高度相同的实心铁块放在水平桌面上,已知正方体铁块A最重,圆柱体铁块C的底面积最小。哪个铁块对桌面的压强最大呢?同学们提出了以下三种猜想:
猜想一:正方体铁块A最重,所以它对桌面的压强最大;
猜想二:圆柱体铁块C的底面积最小,所以它对桌面的压强最大;
猜想三:三铁块的高度相同,所以它们对桌面的压强相等;
(1)以图中长方体铁块B为研究对象,推导它对桌面的压强大小的表达式,根据表达式分析判断上述哪一个猜想是正确的。(已知铁的密度为,长方体铁块的高度为,底面积为)压强表达式的推导:分析判断:由上面压强的表达式可知,铁块对桌面的压强只与______有关,所以猜想______是正确的;
(2)利用海绵或其他简易器材,设计一个实验粗略验证上面的猜想______ 。
五、计算题
20.(2022·山东济南·统考中考真题)根据遥测数据判断,2021年5月22日10时40分,“祝融号”火星车安全驶离着陆平台,到达火星表面开始巡视探测,如图所示。已知“祝融号”火星车在火星表面受到的重力为888N,轮子与火面的总接触面积约。求火星车对水平火面的压强。
21.(2022春·河南新乡·八年级校考期中)某河面结成一定厚度的冰层后,冰面能承受的最大压强为帕。一个人质量为千克,他每只脚与冰面的接触面积为,;请根据要求回答:
(1)列式计算分析判断他能否步行通过冰面?
(2)如果质量为千克的人,每只脚与冰面的接触面积为,最多可以负重多少步行通过冰面?
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9.1压强
•知识点1 压力的概念及其计算
•知识点2 探究影响压力作用效果的因素
•知识点3 压强
•知识点4 增大压强和减小压强
•知识点5 压强公式的简单应用
•作业 巩固训练
压力的概念及其计算
知识点1
知识点一、压力
1.现象探究:垂直作用于物体表面的力
实例
图示
分析
压路机对地面的压力F1
F1垂直于地面向下,将地面压实
运动员对调班的压力F2
F2垂直于跳板向下,使跳板向下弯曲
图钉对墙壁的力F3
F3垂直于墙壁向左,将墙壁压出小孔
【探究归纳】这些力的共同特征是力的方向跟受力物体的表面垂直,并指向受力物体。
2.压力:物体间由于发生挤压而垂直作用在受力面上的力。
3.产生条件:两个物体必须接触,而且有挤压的作用。
(1)静止在水平地面上,紧靠墙角的小球,由于墙与小球接触但无挤压作用,它们之间没有形变,因此不存在压力(如图)。
(2)人靠墙站立时,由于墙与人之间有挤压作用,因此它们之间存在压力(如图所示)。
4.方向:垂直于受力物体表面并指向被压物体。
5.作用点:在被压物体的受力面上,作用点等效作用在接触面中心。
6.性质:压力是相互接触的物体彼此挤压对方使物体表面发生弹性形变而产生的力,属于弹力。
7.压力和重力的区别与联系
A对斜面的压力
A受到的重力
区别
施力物体
物体
地球
受力物体
支持物(斜面)
物体
性质
弹力
引力
产生原因
物体间相互接触并挤压
地球的吸引
大小
—
G=mg
方向
垂直于受力物体表面并指向被压物体
竖直向下
作用点
受压物体表面
重心
示意图
联系
只有物体处于水平面且在竖直方向只受重力和支持力时,物体对水平面压力的大小、方向才跟重力的大小、方向相同,但压力不是重力
【典例1-1】如图甲所示是2023年中国青少年滑雪公开赛总决赛一运动员在“倾斜”的雪地上加速向下滑行时的情景,假设该运动员所受重力为600 N,则他下滑过程中对雪地的压力 600 N(选填“大于”“等于”或“小于”)。用方框A代表运动员,斜面代表“倾斜”的雪地,请在图乙中画出雪地受到运动员压力的示意图。
【答案】小于 如图所示
【解析】运动员对雪地的压力小于运动员所受重力;运动员给雪地的压力的作用点在雪地上,方向垂直于雪地向下。从压力作用点开始,垂直于斜面向下画一条带箭头的线段,并标明F即可。
方法点拨 压力总是垂直于受力面,并指向受力面。
【典例1-2】用50牛的水平力把重40牛的正方体木块紧压在竖直墙壁上,如图所示,这时木块对墙壁的压力为( )
A.10牛 B.40牛 C.50牛 D.90牛
【解析】解:木块对墙的压力是一个水平方向上的力,这个力来自于50N的水平力,而物体的重力是竖直向下的力,因此,它的重力不会影响压力的大小,故这时木块对墙壁的压力应为50N。
故选:C。
【变式1-1】如图所示,置于水平地面上的立柱质量为M,有一质量为m的猴子从立柱上下滑。已知猴子沿立柱滑下时受到摩擦力为f,则猴子下滑时立柱对地面的压力为( )
A.Mg B.Mg+f C.Mg﹣f D.Mg+mg+f
【解析】解:对立柱进行受力分析,立柱自身质量为M,则重力为Mg,而猴子在下滑时受到的摩擦力是f,根据力的作用是相互的,则立柱受到的摩擦力也为f,而猴子受到的摩擦力和立柱受到的摩擦力是作用力和反作用力,则大小相等,只不过方向是相反的,猴子受到的摩擦力是向上的,立柱受到的摩擦力是向下的,则立柱受到向下的合力为Mg+f,即立柱对地面的压力也是Mg+f,故ACD错误,B正确。
故选:B。
【变式1-2】(2022·江苏淮安·中考真题)如图所示,滑雪运动员穿着有较大底面积的滑雪板,可有效( )
A.增大自身的重力 B.增大对雪地压力
C.减小对雪地压强 D.减小雪地摩擦力
【答案】C
【详解】滑雪运动员之所以穿着有较大底面积的滑雪板,是为了减小压力的作用效果,即减小压强,是在压力不变的情况下通过增大受力面积的形式来减小压强,与重力、压力、和摩擦力无关,故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
探究影响压力作用效果的因素
知识点2
知识点二、影响压力作用效果的因素
【实验目的】压力作用效果与哪些因素有关。
【实验原理】根据压力作用在物体上产生形变的大小来判断压力的作用效果。
【实验装置】
【实验步骤】1.照图甲那样,把小桌腿朝下放在泡沫塑料上;观察泡沫塑料被压下的深度;
2.再照图乙那样,在桌面上放一个砝码观察泡沫塑料被压下的深度;
3.再把小桌翻过来,如图丙,观察泡沫塑料被压下的深度;
【实验表格】
【实验结论】受力面积一定时,压力越大,压力作用效果越明显;压力大小一定时,受力面积越小,压力作用效果越明显。
★方法技巧
1.研究压力作用效果跟压力大小关系时,保持受力面积不变,改变压力的大小,观察被压物体的形变程度;研究压力作用效果跟受力面积大小的关系时,保持压力大小不变,改变受力面积大小,观察被压物体的形变程度,这里采用了控制变量法。
2.将压力的作用效果转换为海绵的凹陷程度,这里采用了转换法。被压海绵的凹陷得越深,压力作用效果就越明显。
【典例2-1】(2022广西贺州中考)在“探究影响压力作用效果的因素”中,实验现象如图所示。(P8209001)
(1)通过观察海绵的 来比较压力作用的效果。
(2)通过比较 两次实验,可知受力面积相同时,压力越大,压力作用的效果越 (选填“明显”或“不明显”)。
(3)通过比较 两次实验,可知压力作用的效果跟受力面积有关;这种研究问题的方法是 法。
【答案】 (1)凹陷程度 (2)甲、乙 明显 (3)乙、丙 控制变量
【解析】 (1)实验中通过观察海绵的凹陷程度来比较压力作用效果。(2)要探究压力作用的效果跟压力大小的关系,应该控制受力面积相同,改变压力的大小,故可通过甲、乙两次实验进行比较,得出结论:受力面积相同时,压力越大,压力作用的效果越明显。(3)探究压力作用的效果与受力面积是否有关时应控制压力的大小不变,改变受力面积的大小,可通过乙、丙两次实验进行比较,根据海绵的凹陷程度可知压力作用的效果跟受力面积有关,这种研究问题的方法是控制变量法。
【典例2-2】如图甲、乙、丙所示,小明利用小桌、海绵、砝码等探究影响压力作用效果的因素。
(1)本实验是通过观察________来比较压力作用效果的。实验中用到的研究方法有________和转换法。
(2)通过比较图甲、乙,说明________,压力的作用效果越明显。
(3)通过比较图________(填序号),说明压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
(4)将该小桌和砝码放在如图丁所示的木板上,则图丙中海绵受到的压强p和图丁中木板受到的压强p′的大小关系为p________p′(选填“>”“<”或“=”)。
(5)实验时,小明将小桌换成砖块,并将砖块沿竖直方向切成大小不同的两块,如图戊所示,发现它们对海绵的压力作用效果相同。由此得出的结论是压力的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________。
【答案】(1)海绵的凹陷程度;控制变量法;(2)受力面积一定时,压力越大;(3)乙、丙;(4)=;(5)没有控制压力的大小相同。
【解析】(1)根据转换法,本实验是通过观察海绵的凹陷程度来比较压力作用效果的;实验中用到的研究方法有控制变量法和转换法;
(2)通过比较图甲、乙知,受力面积一定,乙中压力大,海绵的凹陷程度大,这说明受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显;
(3)探究压力的作用效果与受力面积时,应控制压力的大小不变,而受力面积不同,故应该比较图乙、丙,且可以得出结论:压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
(4)将该小桌和砝码放在如图丁所示的木板上,与图丙相比,因压力大小和受力面积都相同,则根据p=可知,图丙中海绵受到的压强p和图丁中木板受到的压强p′的大小关系为p=p′;
(5)研究压力的作用效果与受力面积的关系时,要控制压力大小一定,实验时,小明将小桌换成砖块,并将砖块沿竖直方向切成大小不同的两块,则压力大小不同,由此得出的结论是压力的作用效果与受力面积无关是错误的,他在探究过程中存在的问题是没有控制压力的大小相同。
【变式2-1】(2022春·河南三门峡·八年级统考期末)小宇同学利用A、B两物体;海绵等器材探究“压力的作用效果与什么因素有关”的实验,如图所示。
(1)实验中小宇是通过观察_____来比较压力作用效果的;
(2)比较甲、乙两图所示实验,能够得到的结论是_____;
(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)小宇同学实验时将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块,如图丁所示。他发现它们对海绵的压力作用效果相同,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_____。
【答案】 海绵的凹陷程度 受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显 甲 丙 没有控制压力不变
【解析】(1)[1]实验中小宇是通过观察海绵的凹陷程度来比较压力作用效果的。
(2)[2]由甲、乙两图所示实验可知,受力面积相同而压力不同,压力作用效果不同,压力越大,压力作用效果越明显,由此可得:受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显。
(3)[3][4]若要探究“压力的作用效果与受力面积大小的关系”,应控制压力相同而受力面积不同,图 甲、丙所示实验符合要求。
(4)[5]将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块,没有控制物体间压力相同,所得结论:压力作用效果与受力面积无关是错误的。
【变式2-2】(2022山西孝义期中)小聪探究“压力的作用效果与哪些因素有关”实验中:
(1)小聪将废弃的矿泉水瓶装满水分别放在海绵上进行实验,如图甲、乙所示。
(2)分析实验,可得出的结论是 。
(3)此实验 (选填“能”或“不能”)用硬纸板代替海绵,原因是 。
(4)利用现有器材,小聪想探究压力作用效果与压力大小之间的关系,做法是 。
(5)小聪发明的塑料袋小提手如图丙所示,它能防止手被勒得发痛,使用这种小提手的原理是 。
【答案】(2)压力的作用效果与受力面积有关 (3)不能 硬纸板受力后形变不明显 (4)将图乙中矿泉水瓶中的水倒出一部分,再按图甲方式放在海绵上,观察海绵的凹陷程度 (5)通过增大受力面积减小压强
【解析】(2)甲、乙两图中,海绵受到的压力相同,受力面积不同,海绵的凹陷程度不同,故可得出的结论是压力的作用效果与受力面积有关。(3)实验中,要通过受压面的形变程度来反映压力的作用效果,而硬纸板受力后形变不明显,因此不能用硬纸板代替海绵。(4)要探究压力作用效果与压力大小的关系,应控制受力面积相等,改变压力的大小,应将图乙中矿泉水瓶中的水倒出一部分,然后按图甲方式放在海绵上,观察海绵的凹陷程度。(5)图丙小提手的原理是通过增大受力面积减小压强。
压强
知识点3
知识点三、压强
1.定义:物体所受压力与受力面积之比(比值定义法)。
2.物理意义:表示压力作用效果的物理量。
3.公式:。F-压力,单位为N;S-受力面积,单位m2;p-压强(单位Pa)。
4.单位:帕斯卡,简称帕,用符号Pa表示。
5.变形公式:根据公式及其变形公式F=pS、可以进行压强、压力和受力面积的计算。
6.应用压公式的注意事项
(1)为压强的定义式,运用于所有状态下的压强的计算。
(2)根据公式及其变形公式F=pS、可以进行压强、压力和受力面积的计算。
(3)公式中的“S”为受力面积,是指两个物体实际的接触面积。常见面积单位换算关系为:1m2=104cm2=106mm2。
(4)公式中的“F”为压力,不是重力,但受力面积为水平面且物体在竖直方向只受重力和支持力时,压力大小等于重力大小。
▲拓展培优
柱状物体固体压强的计算(公式p=ρgh的使用条件)
(1)质地均匀、形状规则的实心柱体(圆柱体或棱柱体);
(2)物体放在水平桌面上,受力面积与其底面积相等;
(3)物体对水平面的压力等于物体的重力大小。
辨析比较
压力与压强的区别与联系
1.概念不同:压力是由于发生挤压而垂直作用在物体表面上的力;压强是物体所受压力与受力面积之比,即物体单位面积上所受的压力大小;
2.意义不同:压力是压强产生的必要条件,压强表示压力的作用效果。
作用力和反作用力是同时产生的,并没有先后之分。在初中物理中,为了表述准确、规范,一般说相互作用力,而不说作用力和反作用力。
【典例3-1】(2023·四川乐山·中考真题)太极拳是国家级非物质文化遗产。一位太极拳爱好者在打拳过程中出现甲、乙所示的两种站姿,在保持这两种姿态静止时,他对地面的压力和压强分别为F甲和F乙、p甲和p乙,则下列关系正确的是( )
A.F甲>F乙,p甲>p乙 B.F甲>F乙,p甲<p乙 C.F甲=F乙,p甲>p乙 D.F甲=F乙,p甲<p乙
【答案】C
【详解】人对地面的压力等于自身重力的大小,且同一个人的重力一定,所以两图中人对地面的压力大小相等,由图可知,甲图中人与地面的接触面积小于乙图中人与地面的接触面积,且压力大小相等,根据可知甲图中人对地面的压强比乙图中的大。
故选C。
【典例3-2】(2023·四川达州·中考真题)如图所示,甲、乙两质地均匀的正方体放在水平地面上,它们的边长之比L甲∶L乙=1∶2,质量之比m甲∶m乙=2∶3,甲、乙的密度分别为ρ甲、ρ乙,甲、乙对地面的压强分别为p甲、p乙,下列计算正确的是( )
A.ρ甲∶ρ乙=8∶3 B.ρ甲∶ρ乙=3∶4
C.p甲∶p乙=2∶3 D.p甲∶p乙=8∶3
【答案】D
【详解】AB.由题意可知,甲、乙是两个正方体物块,且边长之比L甲∶L乙=1∶2
所以根据V=L3可得,两物块的体积之比为
甲、乙两物块的密度之比为
故AB错误;
CD.甲、乙对地面的压力等于重力,压力之比
由题意可知,甲、乙是两个正方体物块,且边长之比L甲∶L乙=1∶2
所以根据S=L2可得,两物块的底面积之比为
再根据可得,甲、乙两物块对地面的压强之比为
故C错误,D正确。
故选D。
【变式3-1】A、B是质量分布均匀的实心正方体,A的边长为10cm,密度为,B的边长为20cm,则A的质量为______kg。当A、B按图的方式放置在水平地面时,A对B的压强是B对水平地面压强的倍,若只将A沿水平方向切去比例为n的部分后,B对水平地面的压强变为p1,若只将B沿竖直方向切去同样的比例后,B对水平地面的压强变为p2,当p1:p2=5:8时,n=______。
【答案】8;。
【解析】[1] A的边长为10cm,密度为,
则A的质量:
[2] A的重力:
A对B的压强是B对水平地面压强的倍,A的边长为10cm,B的边长为20cm,则有
即
解得
若只将A沿水平方向切去比例为n的部分后,B对水平地面的压强变为p1,若只将B沿竖直方向切去同样的比例后,B对水平地面的压强变为p2,当p1:p2=5:8,即;
解得,(舍去)。
【变式3-2】(春•岳麓区校级月考)如图所示,形状、体积相同的长方体甲、乙置于水平地面,对地面的压力分别为F甲、F乙,将它们顺时针旋转90°,此时甲、乙对地面的压强分别为p′甲、p′乙,对地面压强的变化量分别为p甲、p乙。若△p甲>△p乙,则( )
A.F甲>F乙,p′甲>p′乙 B.F甲>F乙,p′甲<p′乙
C.F甲<F乙,p′甲>p′乙 D.F甲<F乙,p′甲<p′乙
【答案】A。
【解析】水平面上物体的压力和自身的重力相等,甲乙放置方式变化时对水平地面的压力不变,始终等于自身的重力,根据p=得出对地面压强的变化量,结合△p甲>△p乙求出两者的重力关系,从而得出压力关系;将它们顺时针旋转90°,根据p=得出对水平地面的压强表达式,比较受力面积和重力关系即可得出压强关系。
因水平面上物体的压力和自身的重力相等,
所以,F甲=G甲,F乙=G乙,
长方体甲、乙的形状和体积相同,设它们立方时的底面积为S立,平放时的底面积为S平,
则它们对地面压强的变化量:
△p甲=﹣=﹣,△p乙=﹣=﹣,
由△p甲>△p乙可知,(﹣)>(﹣),
解得:G甲>G乙,则F甲>F乙,故CD错误;
将它们顺时针旋转90°,此时甲、乙对地面的压强:p甲'==,p乙'==,
由G甲>G乙和S立<S平可知,p甲'>p乙',故A正确、B错误。
故选:A。
增大压强和减小压强
知识点4
知识点四、增大减小压强的方法
1.增大压强
(1)受力面积一定时,增大压强:①给压路机装上质量很大的碾子;②利用重锤钉钉子;③刹车时用力握住车闸。
(2)压力一定时,减小受力面积:①刀斧、切屑工具的刀片都会磨的很薄;②图钉(如图甲)、针、锯齿的尖端加工得很尖。
(3)增大压力同时减小受力面积:砍柴时,斧头磨得很锋利,同时家加大力量。
图甲:图钉尖很尖 图乙:铁轨下铺设枕木 图丙:书包带很宽
2.减小压强
(1)受力面积一定时,减小压力:现代建筑中广泛使用空心砖。
(2)压力一定时,增大受力面积:①高楼大厦的地基很宽;②载重汽车有很宽大的轮子;③铁轨下铺设枕木(如图乙所示);④滑雪时穿上滑雪板。
(3)减小压力的同时增大受力面积:学生背书包上学时尽量少装物品,并选用背带较宽的书包(如图丙)。
▲拓展培优
从压强的角度认识超载的危害
货车超载后不仅会因为惯性增大不易刹车,引发交通事故,还会使货车对路面的压强过大,超出路面能够承受的极限,损坏路面。
【典例4-1】(2023•宜昌)下列生产生活实例中属于减小压强的是( )
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
【答案】A
【解析】A、载重汽车有很多个宽大的车轮,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故A符合题意。
B、冰刀鞋的刀刃做得很薄,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故B不合题意。
C、破窗锤的敲击端做成锥状,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故C不合题意。
D、切蛋器上的不锈钢丝做得很细,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故D不合题意。
故选:A。
【典例4-2】(2023•仙桃、潜江、天门、江汉石油)下列生产生活实例中,主要应用压强知识的是( )
A.公交车上的破窗锤 B.铅垂线
C.滚动轴承 D.撬石头
【答案】A
【解析】A.公交车上的破窗锤,通过减小受力面积增大压强,故用了压强的知识,故A符合题意;
B.铅垂线应用了重力的方向竖直向下,故B不符合题意;
C.滚动轴承是用滚动代替滑动减小摩擦,故C不符合题意;
D.撬石头的撬棒是利用杠杆的平衡条件来省力,故D不符合题意。
故选:A。
【变式4-1】(2022·四川德阳·中考真题)日常生活中有很多物理现象,下列叙述错误的是( )
A.我们的书包带扁而宽,是为了减小压强
B.运动鞋的鞋底有凹凸花纹是为了减小对地面的摩擦
C.汽车司机系安全带是为了防止惯性带来的危害
D.用吸管能吸入饮料的原因是因为有大气压的作用
【答案】B
【详解】A.我们的书包带扁而宽,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故A正确,不符合题意;
B.运动鞋的鞋底有凹凸花纹是通过增大接触面的粗糙程度来增大对地面的摩擦,故B错误,符合题意;
C.汽车在行驶过程中突然刹车,由于司机具有惯性,会向前倾,系安全带是为了防止惯性带来的危害,故C正确,不符合题意;
D.用吸管能吸饮料时,管内气压减小,而饮料上方的气压大,于是饮料在大气压的作用进入口中,故D正确,不符合题意。
故选B。
【变式4-2】(2023江苏徐州中考)下列实例中,属于减小压强的是 ( )
A.篆刻刀的锋利刀口
B.骆驼的宽大脚掌
C.注射器的尖锐针头
D.压路机质量很大的碾子
【答案】B
【解析】 篆刻刀的锋利刀口、注射器的尖锐针头,是通过减小受力面积来增大压强,故A、C不符合题意;骆驼的宽大脚掌,是通过增大受力面积来减小压强,故B符合题意;压路机质量很大的碾子,是通过增大压力来增大压强,故D不符合题意。
压强公式的简单应用
知识点5
【典例5-1】(2022河南上蔡期中)如图所示,巡逻机器人在巡逻,该机器人的质量为150 kg。空载时它对水平地面的压强为1.5×105 Pa;该机器人最多可负载40 kg的重物,g取10 N/kg。求:
(1)机器人所受的重力;
(2)图中机器人空载时车轮与地面的接触面积;
(3)机器人满载时对地面的压强(设接触面积未变)。
【答案】见解析
【解析】(1)机器人所受的重力:G机器=m机器g=150 kg×10 N/kg=1 500 N;
(2)空载时它对水平地面的压力:F=G机器=1 500 N,由压强公式p=求得机器人空载时车轮与地面的接触面积:S===0.01 m2=100 cm2;
(3)机器人满载时对地面的压力:F总=G总=G机器+m重物g=1 500 N+40 kg×10 N/kg=1 900 N;机器人满载时对地面的压强:p总===1.9×105 Pa。
【典例5-2】(2022·山东济南·中考真题)根据遥测数据判断,2021年5月22日10时40分,“祝融号”火星车安全驶离着陆平台,到达火星表面开始巡视探测,如图所示。已知“祝融号”火星车在火星表面受到的重力为888N,轮子与火面的总接触面积约。求火星车对水平火面的压强。
【答案】1.11×104Pa
【详解】解:因为火星车在水平火面上,所以对火面的压力
火星车对水平火面的压强
答:火星车对水平火面的压强是1.11×104Pa。
【变式5-1】(2022·湖南岳阳) 巴陵广场是市民休闲的好去处,广场上有座关于后羿斩巴蛇的雕像,高约16m,质量为2×106kg。小明从家里出发,以1m/s的速度散步去广场,600s后到达。
(1)求小明从家到广场经过的路程;
(2)求雕像所受的重力大小;
(3)小明估测雕像与水平地面的接触面积约为100m2,求雕像对地面的压强。
【答案】(1)600m;(2)2×107N;(3)2×105Pa。
【解析】(1)小明的速度为1m/s,运动时间为600s,所以从家到广场经过的路程为
s=vt=1m/s×600s=600m
(2)雕像的质量m=2×106kg,所受重力为G=mg=2×106kg×10N/kg=2×107N
(3)雕像与水平地面的接触面积S=100m2,雕像对地面的压力为F=G=2×107N
所以雕像对地面的压强约为
答:(1)小明从家到广场经过的路程为600m;(2)求雕像所受的重力大小为2×107N;(3)雕像对地面的压强2×105Pa。
【变式5-2】(秋•普陀区校级期中)如图所示,甲、乙两个实心正方体放置在水平地面上。已知甲的质量为1千克,甲的底面积为0.01米2。
(1)求物体甲对地面的压强p甲。
(2)沿水平方向切去部分后,甲、乙剩余部分的高度h相等,此时甲、乙剩余部分的质量相等。比较切去前甲、乙对地面压强p甲、p乙的大小关系,并写出推导过程。
【答案】(1)物体甲对地面的压强为1000Pa;
(2)p甲>p乙,推导过程同上。
【分析】(1)根据已知甲的质量为1千克,利用G甲=m甲g可求出物体甲的重力。因为甲放置在水平表面上,此时压力大小等于甲的重力,根据压强公式即可求出甲对地面的压强;
(2)已知甲、乙剩余部分的高度h相等,此时甲、乙剩余部分的质量相等,由密度公式、体积公式、正方形面积公式推导可得甲、乙密度的关系式,再根据p======ρhg可得切去前甲、乙对地面压强关系式,由图可知l甲<l乙,进一步比较可知切去前甲、乙对地面压强p甲、p乙的大小关系。
【解答】解:(1)甲物体的重力:G甲=m甲g=1kg×10N/kg=10N;
物体甲对地面的压力等于自身的重力,则物体甲对地面的压强:p甲====1000Pa;
(2)甲、乙剩余部分的高度h相等,此时甲、乙剩余部分的质量相等,即m甲=m乙,
由m=ρV可得:ρ甲V甲=ρ乙V乙,
由V=Sh可得:ρ甲S甲h=ρ乙S乙h,即ρ甲S甲=ρ乙S乙,
由正方形面积公式可得:=,即ρ甲=,
由p======ρhg可得切去前甲对地面压强p甲=ρ甲gl甲,则p甲=×gl甲==×ρ乙gl乙,
切去前乙对地面压强p乙=ρ乙gl乙,
由图可知l甲<l乙,所以>1,则ρ乙gl乙<×ρ乙gl乙,所以p甲>p乙。
答:(1)物体甲对地面的压强为1000Pa;
(2)p甲>p乙,推导过程同上。
一、单选题
1.下列关于压力的说法,正确的是( )
A.压力的方向总是竖直向下
B.压力的方向总是垂直于物体接触面
C.压力的大小总是等于物体受到重力的大小
D.压力的大小总是大于物体受到重力的大小
【解析】解:AB、压力是垂直作用在物体表面上的力,所以压力的方向始终垂直接触面,故A错误,B正确;
CD、只有当物体平放的水平面上且在竖直方向只有重力时,物体对水平面的压力大小才会等于物体受到重力的大小,其他情况下,压力大小既可能大于物体受到的重力,也可能小于物体受到的重力,还可能等于物体受到的重力,故CD错误。
故选:B。
2.用50牛的水平力把重40牛的正方体木块紧压在竖直墙壁上,如图所示,这时木块对墙壁的压力为( )
A.10牛 B.40牛 C.50牛 D.90牛
【解析】解:木块对墙的压力是一个水平方向上的力,这个力来自于50N的水平力,而物体的重力是竖直向下的力,因此,它的重力不会影响压力的大小,故这时木块对墙壁的压力应为50N。
故选:C。
3.如图所示,置于水平地面上的立柱质量为M,有一质量为m的猴子从立柱上下滑。已知猴子沿立柱滑下时受到摩擦力为f,则猴子下滑时立柱对地面的压力为( )
A.Mg B.Mg+f C.Mg﹣f D.Mg+mg+f
【解析】解:对立柱进行受力分析,立柱自身质量为M,则重力为Mg,而猴子在下滑时受到的摩擦力是f,根据力的作用是相互的,则立柱受到的摩擦力也为f,而猴子受到的摩擦力和立柱受到的摩擦力是作用力和反作用力,则大小相等,只不过方向是相反的,猴子受到的摩擦力是向上的,立柱受到的摩擦力是向下的,则立柱受到向下的合力为Mg+f,即立柱对地面的压力也是Mg+f,故ACD错误,B正确。
故选:B。
4.请你估算一个中学生站立在水平地面上静止时对地面的压强约为( )
A.1.5×105帕 B.1.5×104帕 C.1.5×103帕 D.1.5×102帕
【解析】解:中学生平均体重约为500N,两脚的总面积约为0.03m2,
则他对地面的压强为:p==≈1.7×104Pa,与B选项比较接近。
故选:B。
5.如图一个底面积为0.04m2,重10N的正方体平放在1m2水平桌面上,则桌面受到的压强是( )
A.10Pa B.50 Pa C.25Pa D.250 Pa
【解析】解:水平放置的正方体对桌的压力和自身的重力相等,则桌子受到正方体的压力为:F=G=10N,又正方体与桌面的实际接触面积即受力面积S=0.04m2,则桌子受到正方体的压强:
p===250Pa,故D正确。
故选:D。
6.某中学生单脚独立时对地面压强为p1,当他双脚站立时对地面压强为p2,则他双脚站立时左脚对地面的压强是( )
A.p1 B.p2 C.2p1 D.2p2
【解析】解:设中学生的重力为G,一只脚的面积为S,则:
中学生单脚独立时、双脚站立时对地面压力为F1=F2=G,双脚站立时左脚对地面的压力F3=G,
中学生单脚独立时、双脚站立时左脚的受力面积S1=S3=S,双脚站立时的受力面积S2=2S,
所以,单脚独立时对地面的压强p1==,双脚站立时对地面压强为p2==,
双脚站立时左脚对地面的压强p3===,
则p3=p2<p1,故B正确。
故选:B。
7.如图是表示甲、乙两种物质“质量与体积关系”的图像。由图可知,用这两种物质分别做成A、B两个质量相等的实心正方体。把它们放在水平地面上,A、B两物体对水平地面的压强之比pA:pB为( )
A.8:1 B.4:1 C.1:4 D.1:8
【解析】解:由图可知,当m甲=12g时,V甲=2cm3,当m乙=3g时,V乙=4cm3,
则甲、乙两种物质的密度分别为:ρ甲===6g/cm3,ρ乙===0.75g/cm3,==,
质量相等的A、B两个实心正方体的体积之比:===,
由V=L3可得,两正方体的边长之比:====,
A、B两正方体的底面积之比:==()2=()2=,
因水平面上物体的压力和自身的重力相等,
所以质量相等的A、B两物体对水平地面的压强之比:====。
故选:B。
8.如图甲、乙两人在完全相同的水平沙滩散步,留下深浅相同、大小不同的脚印。则甲( )
A.所受的重力较大 B.所受的压力与乙的相等
C.对沙滩的压强较大 D.对沙滩的压强较小
【解析】解:甲、乙两人在完全相同的水平沙滩散步,他们在沙地上留下的脚印深浅相同,则他们对沙地的压强相等,即p甲=p乙,故CD错误;
因S甲>S乙,所以,由p=可得,F甲>F乙,故B错误;
由于物体对水平面的压力等于重力,因此甲的重力较大,故A正确。
故选:A。
(多选)9.三个分别用铜、铁、铝制成的形状完全相同的圆柱体,已知ρ铜>ρ铁>ρ铝,把它们竖直放置在水平地面时,三个圆柱体对地面产生的压强( )
A.铜柱最大 B.铁柱最大 C.铝柱最大 D.铝柱最小
【解析】解:三个圆柱体对水平面的压力等于它们自身的重力大小,即F=G=mg=ρVg,三个物体高度相同,又因为ρ铜>ρ铁>ρ铝,根据公式p======ρgh可知,它们对地面的压强p铜>p铁>p铝,故AD正确,BC错误。
故选:AD。
(多选)10.小勇分别用密度为ρ甲、ρ乙的两种物质制成形状和体积均相同的甲、乙两个长方体,重力分别为G甲、G乙,将它们置于水平桌面上,此时它们对桌面的压强相等。接着小虎将两个长方体顺时针旋转90°,如图中虚线所示,此时甲、乙对桌面的压强分别为p甲、p乙,对桌面的压力为F甲、F乙。则下列说法中正确的是( )
A.ρ甲>ρ乙 B.G甲>G乙 C.p甲=p乙 D.F甲=F乙
【解析】解:AB、由图知,原来S甲>S乙,由题意知原来它们对水平桌面的压强(设为p0)相等,
根据F=pS可知,F甲>F乙,
因为水平面上物体的压力和自身的重力相等,
所以G甲>G乙,故B正确;
甲乙的体积相等,且G甲>G乙,根据G=mg=ρgV知ρ甲>p乙,故A正确;
CD、将两个长方体顺时针旋转90°后,甲的底面积减小,乙的底面积增大,甲乙对底面的压力不变,根据p=知甲对桌面的压强增大(即p甲>p0),乙对桌面的压强减小(即p乙<p0),所以p甲>p乙,故C错误;
在水平面上,物体对水平面的压力等于物体的重力,由于G甲>G乙,所以F甲>F乙,故D错误。
故选:AB。
二、填空题
11.(2022秋·上海徐汇·九年级上海市徐汇中学校考期中)压强是用来表示___________的物理量。若有一长方体物块重力为 100 牛,放在水平地面上,与地面接触面积为 0.1 米2,则长方体对地面的压强为____________帕,它表示的物理意义是_____________;若在此长方体的中央竖直作用一个大小为 10 牛的力,则长方体对地面的压强为_____________帕。
【答案】 压力作用效果 1000 每平方米的受力面积上受到的压力为1000牛 900或1100
【解析】[1]压强是单位面积上所受压力的大小,用来表示压力作用效果的物理量。
[2]由题意知,长方体物块重力为100 牛,对地面的压力
长方体对地面的压强为
[3]表示的物理意义是每平方米受力面积上所受压力为1000牛。
[4]在此长方体的中央竖直作用一个大小为 10 牛的力,若该力的方向竖直向下,此时对地面的压力
则压强
若该力的方向竖直向上,此时对地面的压力
则压强
综上分析,若在此长方体的中央竖直作用一个大小为10 牛的力,则长方体对地面的压强为900帕或1100帕。
12.(2022春·四川成都·八年级统考期末)如图所示是公交车配备的安全锤。紧急情况下,应使用安全锤的_______(填"A”或“B”)端砸向玻璃窗的边角,破窗逃离,这是用______的方法,来增大压强。
【答案】 B 减小受力面积
【解析】[1][2]由图可知,B处比A处的面积小,所以用B端砸向玻璃窗的边角,在用力相同的情况下,产生的压强越大,玻璃更容易破碎,这是用减小受力面积的方法增大压强。
13.(2022·贵州安顺·中考真题)书法是中华民族优秀文化的瑰宝。书写时将纸平铺于水平桌面上,纸上放置一块“镇纸”(一般为长方体石条)。该“镇纸”质量为300g,与纸面接触面积为30cm2,则“镇纸”对纸的压强为_______Pa。在行笔过程中,纸保持静止,则纸______(选填“会”或“不会”)受到“镇纸”施加的摩擦力。(取g=10N/kg)
【答案】 1000 会
【解析】[1]“镇纸”放在水平纸面上,对纸的压力为
“镇纸”对纸的压强为
[2]行笔过程中,“镇纸”与纸相对静止,但纸相对于“镇纸”具有运动趋势,所以纸会受到“镇纸”施加的摩擦力。
14.(2022春·北京·八年级北京八中校考期中)如图所示,两个手指用力水平压住铅笔两端使其静止。此时,笔尖和笔尾对两手指的压力大小_______(选填“相同”或“不同”),使得两手指的凹陷程度_______(选填“相同”或“不同”)。
【答案】 相同 不同
【解析】[1][2]铅笔处于静止状态,铅笔受到两手指的压力是一对平衡力,所以两手指对铅笔的压力相等。由于手指对铅笔的压力与笔对手指的压力是一对相互作用力,所以笔尾对手指的压力等于笔尖对手指的压力;由于笔尖的面积小于笔尾的面积,所以两手指的凹陷程度不同。
15.(2022秋·上海静安·九年级上海市市西中学校考期中)为了方便盲人行走,在人行道上铺设了有条状或点状凸起的盲道。其中,指引盲人向前行走的盲道为条形的行进盲道,如图(a)所示;在行进盲道的起点、终点及拐弯处设圆点形的提示盲道,如图(b)所示。因此,盲人在盲道上行走时,通过脚底的感觉识别盲道上的信息,不用盲杖也能正常行走。
(1)请问所学的知识解释盲道可以帮助盲人行走的原因:______;
(2)下列现象中,和盲道帮助盲人行走的原理相同的是______。
①逃生锤尖尖锐
②书包背带较宽
③骆驼脚掌宽大
④菜刀刀刃锋利
【答案】 人走在盲道上,脚底与路面的接触面积减小,在压力一定时,脚底受到的压强增大 ①④
【解析】(1)[1]盲道的路面有凹凸刻纹,人走在盲道上,脚底与路面的接触面积减小,在压力一定时,脚底受到的压强增大,从而使盲人通过脚底能感觉出来,方便行走。
(2)[2]①逃生锤尖尖锐,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,和盲道帮助盲人行走的原理相同;
②书包背带较宽,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,和盲道帮助盲人行走的原理不相同;
③骆驼脚掌宽大,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,和盲道帮助盲人行走的原理不相同;
④菜刀刀刃锋利,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,和盲道帮助盲人行走的原理相同。
故选①④。
16.(2022春·安徽安庆·八年级统考期中)一头重1.6×104N的骆驼,当它站在水平沙地上时,对沙地产生的压强是2×105Pa,则骆驼一只脚掌的面积为 ___________dm2,骆驼行走时对沙地产生的压强将 ___________。(填“增大”、“减小”、“不变”)
【答案】 2 增大
【解析】[1]骆驼站在水平沙地上时,对地面的压力等于自身重力,为
F=G=1.6×104N
受力面积为为
则骆驼一只脚掌的面积为
[2]骆驼行走时对沙地的压力不变,受力面积变为两只脚掌的面积之和,即受力面积减小,根据可知骆驼行走时对沙地产生的压强增大。
三、作图题
17.(2022春·广东中山·八年级统考期中)如图所示,篮球在运动的过程中,卡在一角落里,此时篮球与墙面的接触点为A点,请画出篮球对墙面A处的压力。
【答案】
【解析】篮球对墙面A处的压力的作用点在A点,方向垂直于墙面向左,如图所示:
四、实验题
18.(2022春·河南三门峡·八年级统考期末)小宇同学利用A、B两物体;海绵等器材探究“压力的作用效果与什么因素有关”的实验,如图所示。
(1)实验中小宇是通过观察_____来比较压力作用效果的;
(2)比较甲、乙两图所示实验,能够得到的结论是_____;
(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)小宇同学实验时将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块,如图丁所示。他发现它们对海绵的压力作用效果相同,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_____。
【答案】 海绵的凹陷程度 受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显 甲 丙 没有控制压力不变
【解析】(1)[1]实验中小宇是通过观察海绵的凹陷程度来比较压力作用效果的。
(2)[2]由甲、乙两图所示实验可知,受力面积相同而压力不同,压力作用效果不同,压力越大,压力作用效果越明显,由此可得:受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显。
(3)[3][4]若要探究“压力的作用效果与受力面积大小的关系”,应控制压力相同而受力面积不同,图 甲、丙所示实验符合要求。
(4)[5]将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块,没有控制物体间压力相同,所得结论:压力作用效果与受力面积无关是错误的。
19.(2022春·贵州铜仁·八年级统考期中)如图所示的三个高度相同的实心铁块放在水平桌面上,已知正方体铁块A最重,圆柱体铁块C的底面积最小。哪个铁块对桌面的压强最大呢?同学们提出了以下三种猜想:
猜想一:正方体铁块A最重,所以它对桌面的压强最大;
猜想二:圆柱体铁块C的底面积最小,所以它对桌面的压强最大;
猜想三:三铁块的高度相同,所以它们对桌面的压强相等;
(1)以图中长方体铁块B为研究对象,推导它对桌面的压强大小的表达式,根据表达式分析判断上述哪一个猜想是正确的。(已知铁的密度为,长方体铁块的高度为,底面积为)压强表达式的推导:分析判断:由上面压强的表达式可知,铁块对桌面的压强只与______有关,所以猜想______是正确的;
(2)利用海绵或其他简易器材,设计一个实验粗略验证上面的猜想______ 。
【答案】 铁块的高度 三 将三个正方体、长方体、圆柱体铁块竖直放置海绵上,观察比较海绵被压陷的深度,若深度相同,则可验证猜想三正确
【解析】(1)[1][2]铁块放在水平桌面上时对桌面的压力等于铁块所受重力,由
可知铁块桌面的压强大小为
对桌面压强大小跟铁块的高度有关,故猜想三正确。
(2)[3]将三个高度相同的正方体、长方体、圆柱体铁块竖直放置海绵上,观察比较海绵被压陷的深度,若深度相同,则可验证猜想三正确。
五、计算题
20.(2022·山东济南·统考中考真题)根据遥测数据判断,2021年5月22日10时40分,“祝融号”火星车安全驶离着陆平台,到达火星表面开始巡视探测,如图所示。已知“祝融号”火星车在火星表面受到的重力为888N,轮子与火面的总接触面积约。求火星车对水平火面的压强。
【答案】1.11×104Pa
【解析】解:因为火星车在水平火面上,所以对火面的压力
火星车对水平火面的压强
答:火星车对水平火面的压强是1.11×104Pa。
21.(2022春·河南新乡·八年级校考期中)某河面结成一定厚度的冰层后,冰面能承受的最大压强为帕。一个人质量为千克,他每只脚与冰面的接触面积为,;请根据要求回答:
(1)列式计算分析判断他能否步行通过冰面?
(2)如果质量为千克的人,每只脚与冰面的接触面积为,最多可以负重多少步行通过冰面?
【答案】(1)他能步行通过冰面;(2)120N
【解析】(1)根据题意可知,人对冰面的压力为
人在冰面上步行时的受力面积为
则人步行时对冰面的压强为
所以,人可以步行通过冰面;
(2)由于冰面能承受的最大压强为,则人步行通过冰面时对冰面的最大压力为
因水平面上物体的压力和自身的重力相等,所以,该人的最大负重为
答:(1)他能步行通过冰面;
(2)最多可以负重步行通过冰面。
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