内容正文:
第九讲 压强讲义
兴趣起航
将手掌平放在海绵上,先轻轻按压,再用力按压,观察海绵的形变程度;然后将手指尖放在海绵上,用同样的力按压,对比两次海绵的形变差异。用两只食指分别抵住铅笔的两端,一只手指抵住笔尖,另一只手指抵住笔尾,同时用力挤压,感受两只手指的疼痛程度。
为什么用力按压海绵时,海绵的形变更明显?这说明压力的作用效果与什么因素有关?用手指尖按压海绵时,海绵的形变比手掌按压时更明显,这又说明压力的作用效果与什么因素有关?铅笔压手指时,为什么抵住笔尖的手指更疼?虽然两只手指受到的压力大小相等,但为什么感受不同?
- 知识探索 -
知识点1、重力和压力的区别
1. 压力:垂直作用在物体表面上的力叫做压力。
2. 压力产生的条件:压力是相互接触的物体因相互挤压使物体发生形变时在接触面之间产生的力。
3. 压力方向:压力的方向与受力物体的表面垂直且指向受压物体。
4. 压力作用点:压力的作用点在受压物体的表面上。
5. 辨析:重力和压力的区别
重力
压力
定义
由于地球的吸引而使物体受到的力
垂直作用在物体表面上的力
产生原因
由于地球的吸引而产生
由于物体对物体的挤压而产生
方向
总是竖直向下
垂直于受压面且指向被压物体
作用点
物体的重心
在受压物体的表面上
施力物体
地球
对受力物体产生挤压作用的物体
联系
在通常情况下,静止在水平地面上的物体,其重力等于物体对地面的压力
注意点
压力不一定是由于物体受到重力而引起的;物体由于受到重力的作用,可以产生压力,但压力的大小不一定等于物体的重力。
6. 影响压力作用效果的因素:压力和受力面积.受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显;压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
知识点2、影响压力作用效果的因素
【实验目的】探究压力作用效果与受力面积和压力有关。
【实验方法】控制变量法、转换法。
【实验器材】小桌子、海绵、砝码。
【实验步骤】
步骤①如图甲,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。
步骤②如图乙,在桌面上放一个砝码观察泡沫塑料被压下的深度。
步骤③再把小桌翻过来,如图丙,观察泡沫塑料被压下的深度。
【实验结论】
海绵被压下的深度与压力的大小和受力面积的大小有关:受力面积一定时,压力越大,作用效果越明显。
压力大小一定时,受力面积越小,作用效果越明显。
知识点3、压强的定义及计算
1. 压强:压力的作用效果,数值上等于物体单位面积上受到的压力。
2. 压强公式:。
3. 压强p的单位是帕斯卡(简称为帕),符号是Pa。
4. 固体压强的比较
(1)准确判断压力、受力面积及其变化:固体压强的大小与压力的大小、受力面积有关。
(2)找准产生压强的压力和该压力的受力面积是关键;抓住“谁对谁的压强”,找到压力的施力物体和受力物体,以及这两个物体的接触面积就可以准确判断压力和受力面积。利用公式,采用控制变量法。
【注意】压强的计算,需要确定压力、面积,要注意面积的计算与单位,其中压力的确定是难点;正确判断物体间的压力,进行受力分析是关键;物体间接触部分的面积,一般与较小的物体面积相同。
知识点4、增大或减小压强的方法
1. 减小压强方法:
(1)压力一定,增大受力面积。
(2)受力面积一定,减小压力。
(3)同时减小压力,增大受力面积。
应用:①载重卡车装有许多的车轮;②房屋建在较大的地基上;③书包带做得较宽。
2. 增大压强方法:
(1)压力一定,减小受力面积。
(2)受力面积一定,增大压力。
(3)同时增大压力,减小受力面积。
应用:①速滑运动员的冰鞋装有冰刀;②投向靶盘的飞镖;③用力刹车。
- 例题精讲 -
题型一、探究压力作用效果影响因素实验
例题1、小亮在平坦的沙滩上玩耍时,发现了大小和深浅不同的脚印,如图甲所示。由此他产生了疑问:压力的作用效果与哪些因素有关呢?选用小桌子、钩码、海绵等器材进行实验,过程如图乙所示。
(1)实验中,小亮通过观察图乙中 来比较压力的作用效果;
(2)探究压力的作用效果与压力大小的关系,可通过图乙中 两次实验进行比较;
(3)通过实验小亮发现坦克设计成履带的原因可用图乙中 两图实验所得结论解释;
(4)如图乙D实验,将海绵一端用木块垫起,他认为比较B、D也能完成实验B、C的探究,请判断该想法 (选填“可行”或“不可行”);
(5)通过综合分析,图甲中两个脚印所对应的人的质量较大的是 (填“较深的大脚印”或“较浅的小脚印”)。
(6)将图乙中的小桌和砝码又放到一块木板上,如图E所示,则图C中海绵受到的压强和图E中木板受到的压强的大小关系为: (选填“”、“”或“”)。
【答案】(1)海绵的凹陷程度
(2)A、B
(3)B、C
(4)不可行
(5)较深的大脚印
(6)=
【详解】(1)实验中是通过观察海绵的凹陷程度来比较压力的作用效果,这种研究物理问题的方法叫转换法。
(2)比较压力作用效果与压力大小的关系,要控制受力面积相同,改变压力的大小。除了控制受力面积相同以外,还应保持两次的压力作用在相同的物体或材料上,故可通过A、B两次实验来比较压力作用效果与压力大小的关系。
(3)由可知,坦克设计成履带可以增大受力面积,从而减小对地面的压强。比较图中B、C两次实验可知,压力相同,而受力面积不同,图B中受力面积小,海绵的凹陷程度大,说明压力的作用效果与受力面积有关,故可用图乙中B、C两图实验所得结论解释。
(4)D中海绵一端被垫起,导致小桌对海绵的压力方向倾斜,小桌对海绵的压力变小。与图B相比,压力和受力面积均不同,无法比较压力作用效果与受力面积的关系。故该想法不可行。
(5)由可知,较深(压强p较大)的大脚印(受力面积S大)压力更大,较浅的(压强p较小)小脚印(受力面积S小)压力更小,压力等于重力,根据可知,较深的大脚印对应的人质量更大。
(6)将小桌和砝码放到一块木板上,与C相比,压力和受力面积均不变,故由可知,海绵受到的压强等于木板受到的压强,即=。
训练1、如图,用大小、形状、材料相同的砖块,以及海绵来探究压力的作用效果与哪些因素有关。
(1)实验中通过观察 来比较压力的作用效果,此实验方法是 。
(2)分析图甲、丙两次实验可知:当受力面积相同时, 越大,压力的作用效果越明显。
(3)分析图 两次实验可知:当压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
(4)若用图丁和图戊两种方案来探究压力作用效果与受力面积的关系,其中较合理的方案是图 。
【答案】(1) 海绵的凹陷程度 转换法
(2)压力
(3)甲、乙
(4)丁
【详解】(1)[1][2]实验中压力作用效果难以直接观察,通过观察海绵的凹陷程度来比较压力的作用效果,这种方法叫转换法。
(2)选择图甲、丙所示的操作进行实验时,受力面积相等,压力大小不同,丙的压力大,丙海绵下陷越深,说明当受力面积相同时,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的关系时应控制压力的大小不变,分析图甲、乙两次实验,海绵受到的压力相同,图甲受力面积较小,海绵凹陷程度较大。所以,分析图甲、乙两次实验可知,当压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
(4)探究压力的作用效果与受力面积的关系时,要控制压力相同,而戊中,由于铅笔的重力作用,故两手指受到的压力不同,丁方案更合理一些,戊方案不合理的原因是未控制压力相等。
训练2、为探究影响压力作用效果的因素,小吉在家中用质量可忽略的塑料瓶和海绵进行实验,测得瓶底面积为,瓶盖面积为,并将瓶子装满600mL水,依次正放和倒放于海绵上(如图)。
(1)实验通过观察 来比较压力的作用效果,这种研究方法叫 法;
(2)由本实验可初步得出结论:压力的作用效果与 有关;
(3)正放时水对瓶底的压强为,倒放时水对瓶盖的压强为,则p1 (选填“大于”“小于”或“等于”)p2;
(4)要使瓶子倒放时对海绵的压强与正放时相同,需要从瓶子中倒出 mL水。
【答案】(1) 海绵的凹陷程度 转换
(2)受力面积
(3)等于
(4)480
【详解】(1)[1][2]本实验通过观察海绵的凹陷程度来反映压力的作用效果,海绵凹陷程度越深表示压力作用效果越明显,这种研究方法叫做转换法。
(2)由于本实验中压力相同,受力面积不同,海绵的凹陷程度不同,故可初步得出结论:压力的作用效果与受力面积有关。
(3)瓶子中装满了水,瓶子正放和倒放水的深度相同,密度相同,根据可知。
(4)水的体积
由密度公式可知,这瓶水的质量
这瓶水的重力
这瓶水放在水平面上,处于平衡状态,这瓶水对水平面的压力等于这瓶水的重力,即
瓶子正放时对海绵的压强
要使瓶子倒放时对海绵的压强与正放时相同,倒放时水的重力
则需要倒出的水的重力为
需要倒出的水的质量为
需要倒出的水的体积为
训练3、如图甲、乙、丙所示,小聪利用小桌、海绵、砝码等探究影响压力作用效果的因素。
(1)本实验是通过观察海绵的 来比较压力作用效果的;
(2)通过比较图甲、乙,说明压力的作用效果与 有关;
(3)将该小桌和砝码放在如图丁所示的木板上,比较丙、丁两种情况后,小聪认为压力的作用效果还与接触面的材料有关,这个结论是 (填“正确”或“错误”)的,为了便于观察,我们在做此实验时应该选择表面材质 (填“相同”或“不同”)且形变 (填“明显”或“不明显”)的材料来做实验;
(4)实验时,小聪同学将小桌换成木块,并将木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,你认为此结论是否可靠? ;理由: 。
【答案】(1)凹陷程度
(2)压力大小
(3) 错误 相同 明显
(4) 不可靠 没有控制压力大小不变
【详解】(1)在探究压力作用效果的实验中,压力的作用效果是无法直接观察的物理量,因此实验中采用转换法,将压力的作用效果转换为海绵的凹陷程度来直观判断,海绵的凹陷程度越大,说明压力的作用效果越显著;凹陷程度越小,压力的作用效果越微弱。
(2)探究压力的作用效果与压力大小的关系时,应控制受力面积不变,改变压力大小。通过比较图甲、乙,两者受力面积相同,乙图中增加了砝码,压力更大,海绵凹陷程度更明显,因此说明:受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越显著。
(3)[1][2][3]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,则根据压强公式可知,图丙中海绵受到的压强和图丁中木板受到的压强的大小相等,所以小聪的结论是错误的,而海绵看起来凹陷程度大,是因为海绵比较软,容易发生形变,木板比较硬,形变不明显,所以实验时要选择表面材质相同,且形变明显的材料。
(4)[1][2]研究压力作用效果与受力面积的关系时,需用控制变量法,保证压力大小不变,只改变受力面积。实验中把木块沿竖直方向切成两块,虽然受力面积减小了,但每块木块对海绵的压力也随之减小,压力和受力面积同时改变。因此无法确定压力作用效果的变化是由受力面积导致的,得出“压力作用效果与受力面积无关”的结论是不可靠的,其问题在于没有控制压力大小不变。
题型二、压强的定义及简单计算
例题2、如图所示,质量为0.2kg的正方体冰块静止在水平放置的圆柱形容器中,冰块对容器底部的压力为 N。当冰熔化成水后(),它的质量将 ,对容器底部的压强将 (后两空均选填“变小”“不变”或“变大”)。
【答案】 2 不变 变小
【详解】[1]冰块对容器底部的压力等于自身的重力,所以冰块对容器底部的压力为
[2][3]质量是物体自身的属性,不随物质状态而改变,所以冰熔化后它的质量不变;因质量不变则其重力不变,对容器底部的压力也不变,但冰熔化成水后,水与容器底面的接触面积变大,根据压强公式可知,对容器底部的压强变小。
训练1、在国际单位制中,许多单位是以科学家的名字命名的,在国际单位制中,以科学家的名字命名的压强单位是( )
A.帕斯卡 B.伽利略 C.牛顿 D.托里拆利
【答案】A
【详解】A.在国际单位制中,压强单位是帕斯卡,故A符合题意;
B.伽利略是著名物理学家,但国际单位制中没有以他命名的基本单位,故B不符合题意;
C.在国际单位制中,牛顿是力的单位,不是压强单位,故C不符合题意;
D.托里拆利首次测量了大气压强,但压强单位不是以他命名,而是以帕斯卡命名,故D不符合题意,
故选A。
训练2、平铺在桌面上的一张报纸对桌面的压强约为1,其后面单位为( )
A.N B.kg C.N/m2 D.kg/m3
【答案】C
【详解】压强的定义是“单位面积上受到的压力”,其国际单位是帕斯卡(符号为Pa),所以。故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
训练3、对下列物体产生的压强大小,估计最不合理的是( )
A.一张报纸平放时对桌面产生的压强约为0.5Pa
B.切割钢板的“水刀”对切割表面的压强约为1×109Pa
C.推土机的履带对地面产生的压强约为3×104Pa
D.芭蕾舞演员单脚的足尖立起来时,足尖对地面产生的压强约为5×104Pa
【答案】D
【详解】A.一张报纸的质量约40g,重力约为0.4N,平放与桌面的接触面积约为0.8m2,一张报纸平放时对桌面的压强约为
故A不符合题意;
B.超高压水切割又称“水刀”,它是将普通水经过多级增压后,通过一个极细的喷嘴喷出一道高速“水箭”,对切割表面产生108Pa~109Pa的压强,故B不符合题意;
C.推土机的质量约40t,重力大约为4×105N,履带着地面积约为5m2,推土机的履带对地面的压强约为
故C不符合题意;
D.芭蕾舞演员的质量约60kg,重力约为600N,单脚独立时足尖与地面的接触面积约为10cm2,所以芭蕾舞演员单脚足尖立起来时,对地面的压强约为
故D符合题意。
故选D。
训练4、如图所示,用水平向左的推力推动长木板缓慢向左运动,直到长木板全部移到桌面上,在这个过中,关于长木板对桌面的压力和压强,正确的说法是( )
A.压力变大,压强变大 B.压力变小,压强变小
C.压力不变,压强不变 D.压力不变,压强变小
【答案】D
【详解】在水平外力作用下推动木板缓慢向左运动,直至木板全部移到桌面,在这个过程中,木板对桌面的压力始终等于木板的重力,受力面积变大,根据
所以压强变小,故ABC错误,D正确。
故选D。
训练5、穿高跟鞋时,鞋跟与地面的接触面积很小;穿平底鞋时,鞋底与地面的接触面积较大。当同一个人分别穿不同的鞋子时,下列说法正确的是( )
A.高跟鞋受力面积小,压强大
B.平底鞋受力面积大,压强大
C.高跟鞋受力面积大,压强小
D.平底鞋受力面积小,压强小
【答案】A
【详解】人受到的重力大小不变,站在地面时对地面的压力就不变,根据可知,在压力不变的情况下,受力面积越大,压强就越小,所以高跟鞋受力面积小,压强大,平底鞋受力面积大,压强小,故A正确,BCD错误。
故选A。
训练6、现有7块规格相同的砖块,每块砖的长、宽、高分别为20厘米、10厘米、5厘米,将这些砖块按图所示的三种方式摆放在水平地面上,则它们对地面的压强( )
A.甲最大 B.乙最大 C.丙最大 D.一样大
【答案】D
【详解】由题可知,甲、乙、丙中砖块的高度相同,由于同种砖块,密度相同,砖块放在水平地面,对地面的压强
故砖块对地面的压强与砖块的密度和高度有关,则三种摆放方式对地面的压强是相等的。
故选D 。
训练7、如图所示,一个装有水的平底密闭矿泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置。下列说法正确的是:( )
A.图甲中瓶所受的重力与瓶对桌面压力是一对相互作用力
B.图甲中瓶对桌面压力与桌面对瓶的支持力是一对平衡力
C.甲图瓶对桌面的压强等于乙图瓶对桌面的压强
D.甲图水对瓶底的压力大于乙图水对瓶盖的压力
【答案】D
【详解】A.瓶对桌面压力大小等于瓶所受的重力和瓶中水的重力之和,大小不相等,所以不是一对相互作用力,故A错误;
B.瓶对桌面压力与桌面对瓶的支持力,作用在两个物体上,不是一对平衡力,故B错误;
C.由图可知,甲图的受力面积大,乙图的受力面积小,两瓶对桌面的压力大小相等,都等于瓶和瓶中水的重力之和,根据可知,甲图瓶对桌面的压强小于乙图瓶对桌面的压强,故C错误;
D.由图可知,甲图中水的对瓶底的压力等于瓶中水的重力大小,乙图中水对瓶盖的压力小于水的重力,所以甲图水对瓶底的压力大于乙图水对瓶盖的压力,故D正确。
故选D。
训练8、如图所示,质地均匀、粗细相同的实心圆柱体甲、乙放在水平地面上。已知它们的密度之比,高度之比,则它们对地面的压强之比和质量之比分别为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【详解】由题意可知,它们对地面的压强之比
两圆柱体的粗细相同,即底面积相等,水平面上的物体对地面的压力等于重力,由得,它们受到的重力之比是
由可知,它们的质量之比是
(或由得,
),故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
训练9、星期天小正和小妍到重庆欢乐水魔方去玩,他们踩在软绵绵的沙滩上,留下一串串脚印。小正突发奇想对小妍说:我的质量是50kg,每只脚与沙滩的接触面积是,当小正在水平沙滩上双脚站立时,对沙滩的压力是 N,压强是 Pa、(取)
【答案】 500 1.25×104
【详解】[1]水平地面,压力大小等于重力,人对地面压力
[2]人对地面压强
训练10、如图所示,用20N的水平力把重100N的木块紧压在竖直墙壁上,若木块与墙的接触面积为,墙受到的压强是 Pa。
【答案】
【详解】墙壁受到的压力等于水平推力,即,则墙受到的压强。
训练11、如图所示,公交车窗旁都配有破窗锤,在紧急情况下,乘客可以敲碎车窗玻璃逃生。已知锤头尖部面积是,若车窗玻璃能承受的最大压强是,则乘客敲击的力至少为 N才能将车窗玻璃敲碎。
【答案】42
【详解】乘客敲击的力至少为
训练12、如图甲所示,一质地均匀的长方体砖块放在水平地面上,若将砖块竖立起来,则砖块对地面的压强将 (选填“变大”、“变小”或“不变”);现将砖块切去一部分,剩余部分如图乙,此时砖块对地面的压强为2000Pa;将图乙中的砖块倒置后(如图丙)对地面的压强为3000Pa,则图甲中砖块对水平地面的压强为 Pa。
【答案】 变大 2400
【详解】[1]若将平放在水平地面上的长方体砖块改为竖立起来,它对地面的压力大小不变,受力面积变小,由 可知,它对水平地面的压强将变大。
[2]设图乙中砖块重力为G1,底面积为S1,砖块倒置后底面积为S2,由F=pS可知,图乙中砖块对地面压力
倒置后砖块对地面压力
因为同一砖块在同一水平面上倒置前后,砖块对地面压力不变即
即
解得
将乙图中砖块与倒置后的砖块组装为一组合长方体,则,
组合长方体砖块对地面的压强
柱形均匀固体对水平地面的压强
由于图甲和组合长方体的密度和高度均相同,所以图甲中砖块对地面的压强
题型三、柱状固体的压强
例题3、如下图所示,在水平桌面上放着三个由铁制成的实心均质圆柱体。则下列对圆柱体对桌面的压强大小的判断,正确的是( )
A.甲最大 B.乙最大 C.丙最大 D.一样大
【答案】B
【详解】三个由铁制成的实心圆柱体,质地均匀,对水平桌面的压强,密度相同,高度不相同,乙的高度最大,故乙对水平桌面的压强最大,故B正确,A、C、D错误。
故选B。
训练1、一块砖平放在水平地面上,若沿虚线方向砍去半块,剩余部分对地面的压强将( )
A.变为原来的2倍 B.减半
C.不变 D.无法判断
【答案】C
【详解】砖是规则的长方体,可以看成是均匀的柱体。柱体压强公式,说明柱体压强与柱体密度和高度有关。沿虚线方向砍去半块,剩余的部分密度不变,高度不变,剩余部分对地面的压强不变。故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
训练2、如图所示,两个实心正方体甲、乙放在水平地面上,质量相等,乙的边长是甲的2倍,则它们对地面的压强之比为( )
A.1:2 B.1:4 C.2:1 D.4:1
【答案】D
【详解】设甲边长为a,则
所以
质量相等,根据,所以
利用公式 ,,进行推导
它们对地面的压强之比,故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
训练3、如图所示,甲、乙为两个实心柱体,密度分别为ρ甲、ρ乙,它们对水平地面的压强相等。现沿水平方向将甲、乙截去相同的质量,甲、乙对地面压强变化量为∆p甲、∆p乙,则( )
A.ρ甲>ρ乙,∆p甲=∆p乙 B.ρ甲>ρ乙,∆p甲>∆p乙
C.ρ甲<ρ乙,∆p甲=∆p乙 D.ρ甲>ρ乙,∆p甲<∆p乙
【答案】D
【详解】实心柱体对地面的压强可推导为
由图可知甲的高度小于乙的高度(),且它们对水平地面的压强相等(),由可知,压强相等时,高度越小,密度越大,所以。
沿水平方向将甲、乙截去相同的质量,即
因为对水平地面的压力等于重力,所以甲、乙对地面压力的变化量相等,即
由图可知,根据可知
故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
训练4、如图所示,水平地面上放置着甲、乙两个外形完全相同的长方体均匀实心物块,各边长关系为a:b:c=3:5:4,两物块的密度关系为2ρ甲=ρ乙,甲对地面的压强为p1,乙对地面的压强为p2;若将两物块均向右翻转90°,两物块对地面的压强变化量为Δp1和Δp2,则( )
A.p1:p2=2:3,Δp1:Δp2=1:2
B.p1:p2=2:3,Δp2:Δp2=2:1
C.p1:p2=3:2,Δp1:Δp2=1:2
D.p1:p2=3:2,Δp1:Δp2=2:1
【答案】A
【详解】已知各边长关系为a:b:c=3:5:4,两物块的密度关系为2ρ甲=ρ乙,物体对水平面的压力等于自身重力,根据
可得
将两物块均向右翻转90°,两物块对地面的压强变化量为
故A符合题意,BCD不符合题意。故选A。
训练5、甲、乙两个均匀实心正方体()分别放在水平地面上,它们对水平地面的压强相等。现沿水平方向分别在甲、乙正方体上截去一部分,且截去部分的质量相等,如图所示,则所截去的高度h甲、h乙的关系是( )
A.h甲一定大于h乙 B.h甲一定小于h乙
C.h甲可能大于h乙 D.h甲可能小于h乙
【答案】B
【详解】因物体对水平面的压力大小和自身的重力相等,所以,正方体对水平地面的压强
因甲、乙两个均匀实心正方体对水平地面的压强相等,可得
从而有 ①
由于 ,所以 ②
设截去的高度为h,截去部分的质量
因沿水平方向截去相同质量m,则有 ③
由①③两式可得
又由可知,
故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
训练6、如图甲所示,质量均匀分布的实心正方体放在水平地面上,对地面的压强为3000Pa,若该正方体沿A、B、C、D面将右边部分()切除,剩余部分对地面的压强为( )
A.1000Pa B.1500Pa C.2000Pa D.4500Pa
【答案】B
【详解】设正方体的棱长为a,则
正方体的密度为,原来实心正方体对桌面的压强为
则切去后剩余部分的体积为
剩余部分对地面的压强为
故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
题型四、叠加体的压强
例题4、两个均匀实心正方体金属块A、B,单独放在水平地面对地面的压强分别为和,将他们叠放在水平地面上,如图所示,金属块B对地面的压强为,已知金属块A、B边长之比,,则下列说法正确的是( )
A.金属块A、B的重力之比为2∶1 B.金属块A、B底面积之比为9∶4
C.A、B对地面的压强 D.金属块A、B的密度之比为26∶17
【答案】C
【详解】A.设金属块A、B的重力分别为G1、G2,底面积分别为S1、S2。单独放置时,A对地面的压强
B对地面的压强
叠放时,B对地面的压强
由
可得
化简得
重力之比为
故A错误;
B.正方体底面积与边长平方成正比,已知L1∶L2=2∶3
则S1∶S2=(L1)²∶(L2)²=4∶9
故B错误;
C.单独放置时,,
结合和
可得
故C正确;
D.质量与重力成正比,体积与边长立方成正比,由
可知质量之比
由L1∶L2=2∶3
得体积之V1∶V2=23∶33=8∶27
则密度之比
故D错误。
故选C。
训练1、A、B两个实心正方体的质量相等,边长之比lA︰lB=1︰2,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),则地面受到的压力之比和压强之比分别是( )
A.F甲︰F乙=1︰1,p甲︰p乙=1︰2 B.F甲︰F乙=1︰1,p甲︰p乙=1︰4
C.F甲︰F乙=1︰2,p甲︰p乙=2︰1 D.F甲︰F乙=2︰1,p甲︰p乙=1︰4
【答案】B
【详解】放在水平面的物体对水平面的压力等于自身的重力,根据可知,地面受到的压力之比为
A、B的底面积之比(即受力面积之比)为
地面受到的压强之比为
综上所述,,,故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
训练2、如图所示,实心均匀正方体甲、乙置于水平地面上,甲、乙对地面的压强相等。现将它们沿竖直或水平方向切下质量相同的一部分,并将各自切下部分叠放在对方剩余部分的上表面中央,此时它们对水平地面的压强分别为p甲、p乙。下列说法中正确的是( )
A.若甲竖直切、乙水平切,则p甲一定大于p乙
B.若甲水平切、乙竖直切,则p甲可能等于p乙
C.若甲、乙均水平切,则p甲一定大于p乙
D.若甲、乙均竖直切,则p甲可能等于p乙
【答案】A
【详解】A.实心均匀正方体对地面的压强可表示为
其中h为正方体的边长,则由图可知甲的密度大于乙的密度,根据题意,因为切下质量相同的一部分,并将各自切下部分叠放在对方剩余部分的上表面中央,所以切之后形成的两个新物体的质量是不变的,即各自对地面的压力不变,而甲竖直切,底面积变小,压强变大,乙水平切底面积不变,压强不变,所以p甲一定大于p乙,故A正确;
B.若甲水平切,其底面积不变,压强不变,乙竖直切,底面积变小,压强变大,此时p甲小于p乙,故B错误;
C.甲乙均水平切时,两者底面积不变,压强也都不变,所以p甲等于p乙,故C错误;
D.正方体甲、乙对地面的压强可表示为
它们对地面的压强相等,则它们的质量之比等于它们的底面积之比。将它们沿竖直方向切下质量相同的一部分,并将各自切下部分叠放在对方剩余部分的上表面中央,此时各自的总质量不变,则质量之比不变,切去部分的质量可表示为
正方体甲、乙对地面的压强还可表示为p=ρgh,它们对地面的压强相等,则,结合可知,两物体切去部分的底面积相等,所以,切去且交换放置后,两物体的质量之比不等于它们的底面积之比,它们对地面的压强一定不相等,故D错误。
故选A。
训练3、实心均匀正方体甲、乙按图所示放置在水平桌面上,已知它们对桌面的压强相等。现将乙在桌面外的部分沿竖直方向切去,切去的比例为n,甲按相同比例n沿水平方向切去一部分,并将各自切去部分叠放在对方剩余的上方,此时甲、乙对桌面的压力分别为F甲、F乙,压强分别为p甲、p乙。关于压力、压强的大小关系,下列判断正确的是 ( )
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】B
【详解】未切割前,设甲、乙的重力分别为G甲、G乙,甲、乙的底面积分别为S甲、S乙;由于桌面水平,则甲、乙对桌面的压力分别为F′甲=G甲,F′乙=G乙;由图可知,甲的接触面积S甲大于乙的接触面积(1-n)S乙,且它们对桌面的压强相等,则根据G=F=pS可知甲的重力较大,即
G甲>G乙
由压强的定义式可得,未切割前,甲、乙对桌面的压强分别为
依题意可知,甲、乙未切割前对桌面的压强相等,即
化简可得
①
甲、乙切去比例均为n,并将切去部分叠放在对方剩余的上方,则甲对桌面的压力变为
F甲=(1-n)G甲+nG乙
乙对桌面的压力变为
F乙=(1-n)G乙+nG甲
F甲-F乙=[(1-n)G甲+nG乙]-[(1-n)G乙+nG甲]=(1-n)(G甲-G乙)-n(G甲-G乙)=(1-2n)(G甲-G乙)
由图可知,,所以
F甲-F乙=(1-2n)(G甲-G乙)>0
即F甲>F乙;
切割并叠放后,甲对桌面的压强
②
乙对桌面的压强为
③
结合①②③式有
因为G甲>G乙,所以
p甲-p乙<0
即p甲<p乙;故ACD错误,B正确。
故选B。
训练4、质量分布均匀的实心正方体A、B置于水平桌面上,如图甲。将B沿水平方向截取高为h的柱体,并将该柱体叠放在A上,截取、叠放后A、B对桌面的压强随截取高度的变化如图乙所示。则B的边长为 cm,B的密度为 kg/m3,A的重力为 N(g取10N/kg)。
【答案】 10 6
【详解】[1]由图乙可知,当时,B剩余部分对水平桌面的压强为0,说明B被完全截取,则正方体B的高度为10cm,即为正方体B的边长。
[2]由图乙可知,当截取高度为0时,B对水平桌面的压强为600Pa,B为质量分布均匀的实心正方体,根据可得,正方体B的密度为
[3]由上述可知,B的重力为
当B截取时,B剩余高度为
B剩余部分对桌面的压强为
将B沿水平方向截取时,其底面积和密度均不变,则根据可知,重力与高度成正比,所以此时B截取部分的重力为
B余下部分对桌面的压强与叠放后A对桌面的压强相等,则……①
由图乙可知,当B全部放到A上方时,A对桌面的压强为800Pa,即……②
联立①②解得。
训练5、两个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,剩余部分对地面的压强与的关系如图所示。已知甲的密度为,若切割前把甲放在乙上,乙对地面的压强增加2000Pa,则甲的边长为 cm,图中A点对应的压强 Pa。
【答案】 10
【详解】[1]根据题图可知,当时,甲对地面的压强为0,说明甲的边长为10cm。
[2]甲的质量
故甲的重力
切割前,将甲放在乙上,乙对地面增加的压强
故乙的边长
结合题图可知,乙的重力
乙的密度
由可得,切割后,甲、乙对地面压强相等时有
代入数据解得,故A点对应的压强
题型五、增大或减小压强的方法
例题5、(多选)如图所示节选自我国古代科技巨著《天工开物》,下列说法正确的是( )
A.图甲“轧蔗取浆”中,犁匀速转动的过程中,其运动状态不改变
B.图乙“湿田击稻”中,稻粒落入木桶过程中,是利用了惯性力的作用
C.图丙“北耕兼种”中,“铁尖”是通过减小受力面积来增大压强的
D.图丁“长流漂米”中,水从高处流下,是因为水受到了重力的作用
【答案】CD
【详解】A.图甲中犁匀速转动时,虽然速度大小不变,但运动方向不断改变,因此运动状态发生改变,故A错误;
B.图乙中稻粒由于惯性保持原来的运动状态而脱离稻秆,但惯性是物体固有的属性,不是一种“力”,故B错误;
C.图丙中“铁尖”受力面积很小,压力一定时,根据可知,通过减小受力面积来增大压强的,故C正确;
D.图丁中水由于受到竖直向下的重力作用,所以会从高处流向低处,故D正确。
故选CD。
训练1、如图所示的实例中,利用增大压强服务于我们生活的是( )
A.图钉帽做得宽大 B.螺丝下加宽大垫片
C.水果叉前端尖细 D.书包背带加宽
【答案】C
【详解】A.图钉帽做得宽大,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故A不符合题意;
B.螺丝下加宽大垫片,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故B不符合题意;
C.水果叉前端尖细,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故C符合题意;
D.书包背带加宽,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故D不符合题意。
故选C。
训练2、顿钻也称冲击钻,利用钻头自由下落的冲击,击碎岩石,使井不断加深,被誉为“中国文化中最壮观的应用”。后来顿钻传到西方与蒸汽机技术结合,在世界范围的矿产勘探活动中得到广泛的应用。如下图所示,下列措施中有利于顿钻碎石的是( )
①增大加重杆的重量 ②减小加重杆的重量 ③增加钻头的锋利程度 ④尽量让钻从低的地方下落
A.①② B.②③ C.③④ D.①③
【答案】D
【详解】顿钻碎石需要增大对碎石的压强或者使杆具有更大的能量。所以可以通过增大压力减小受力面积的方式去增大压强。①增大加重杆的重量可以增大压力,③增加钻头的锋利程度可以减小受力面积增大压强。除此之外也可以通过将杆从高的地方下落去增大钻的重力势能,故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
训练3、由压强的定义可知,增大受力面积或减小压力都可以减小压强;减小受力面积或增大压力都可以增大压强。以下现象常会出现在我们的学习和生活中:
A.打桩机的汽锤很重 B.石像有宽大底座
C.载重车车轮很多而且宽大 D.图钉头很尖
E.刀口磨得很锋利 F.铁轨铺设在枕木上
G.铁线可以切割皮蛋 H.有些拖拉机做成履带式
I.书包的背带做得比较宽 J.往墙上钉钉子时,要用力击打
其中属于减小压强的是 ;属于增大压强的是 。(均选填序号)
【答案】 BCFHI ADEGJ
【详解】[1][2]A.打桩机的汽锤很重,是受力面积一定,通过增大压力来增大压强;
B.石像有宽大底座,是在压力一定,通过增大受力面积来减小压强;
C.载重车车轮很多而且宽大,是在压力一定,通过增大受力面积来减小压强;
D.图钉头很尖,是在压力一定,通过减小受力面积来增大压强;
E.刀口磨得很锋利,是在压力一定,通过减小受力面积来增大压强;
F.铁轨铺设在枕木上,是在压力一定,通过增大受力面积来减小压强;
G.铁线可以切割皮蛋,是压力一定,通过减小受力面积来增大压强;
H.有些拖拉机做成履带式,是压力一定,通过增大受力面积来减小压强;
I.书包的背带做得比较宽,是压力一定,通过增大受力面积来减小压强;
J.往墙上钉钉子时,要用力击打,是受力面积一定,通过增大压力来增大压强;
其中属于减小压强的是BCFHI;属于增大压强的是ADEGJ。
训练4、《红楼梦》第四十四回,王熙凤发现小丫头行为异常后,十分生气。文中记载“说着,扬手一巴掌打在脸上,打得那小丫头子一栽;这边脸上又一下,登时小丫头子两腮紫胀起来。平儿忙劝:‘奶奶仔细手疼’”。文中,王熙凤扬手一巴掌打在小丫头脸上,小丫头被打得一栽,这一现象说明了力可以改变物体的 ;小丫头两腮紫胀起来说明手对腮部产生的压强 (选填“大”或“小”)。平儿劝王熙凤“奶奶仔细手疼”,“手疼”体现的物理原理是 。
【答案】 运动状态 大 物体间力的作用是相互的
【详解】[1][2][3]小丫头被打得一栽,其运动状态发生了改变,这一现象说明力可以改变物体的运动状态;小丫头两腮紫胀起来,形变程度明显,说明手对腮部产生的压强大;物体间力的作用是相互的,当手给脸一个力时,脸也会给手一个力,导致手疼。
训练5、雪时穿上宽大的滑雪板可以增大 ,减小对雪地的 ,防止滑雪时陷入松软的雪地中。下列图所示中,能达到同样目的的有 。
A.骆驼宽大的脚掌B.锋利的刀刃
C.老虎锋利的牙齿D.铁轨下铺枕木
【答案】 受力面积 压强 AD
【详解】[1][2]宽大的滑雪板与雪地的接触面积大,即滑雪时穿上宽大的滑雪板可以增大受力面积,由得,在压力一定时,减小对雪地的压强,防止滑雪时陷入松软的雪地中。
[3]AD.骆驼有宽大的脚掌、铁轨下面铺放枕木是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,故AD符合题意;
BC.锋利的刀刃、老虎锋利的牙齿是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故BC不符合题意。
故选AD。
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$第九讲 压强讲义 兴趣起航 将手掌平放在海绵上,先轻轻按压,再用力按压,观察海绵的形变程度;然后将手指尖放在海绵上,用同样的力按压,对比两次海绵的形变差异。用两只食指分别抵住铅笔的两端,一只手指抵住笔尖,另一只手指抵住笔尾,同时用力挤压,感受两只手指的疼痛程度。 为什么用力按压海绵时,海绵的形变更明显?这说明压力的作用效果与什么因素有关?用手指尖按压海绵时,海绵的形变比手掌按压时更明显,这又说明压力的作用效果与什么因素有关?铅笔压手指时,为什么抵住笔尖的手指更疼?虽然两只手指受到的压力大小相等,但为什么感受不同? - 知识探索 - 知识点1、重力和压力的区别 1. 压力:垂直作用在物体表面上的力叫做压力。 2. 压力产生的条件:压力是相互接触的物体因相互挤压使物体发生形变时在接触面之间产生的力。 3. 压力方向:压力的方向与受力物体的表面垂直且指向受压物体。 4. 压力作用点:压力的作用点在受压物体的表面上。 5. 辨析:重力和压力的区别 重力 压力 定义 由于地球的吸引而使物体受到的力 垂直作用在物体表面上的力 产生原因 由于地球的吸引而产生 由于物体对物体的挤压而产生 方向 总是竖直向下 垂直于受压面且指向被压物体 作用点 物体的重心 在受压物体的表面上 施力物体 地球 对受力物体产生挤压作用的物体 联系 在通常情况下,静止在水平地面上的物体,其重力等于物体对地面的压力 注意点 压力不一定是由于物体受到重力而引起的;物体由于受到重力的作用,可以产生压力,但压力的大小不一定等于物体的重力。 6. 影响压力作用效果的因素:压力和受力面积.受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显;压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。 知识点2、影响压力作用效果的因素 【实验目的】探究压力作用效果与受力面积和压力有关。 【实验方法】控制变量法、转换法。 【实验器材】小桌子、海绵、砝码。 【实验步骤】 步骤①如图甲,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。 步骤②如图乙,在桌面上放一个砝码观察泡沫塑料被压下的深度。 步骤③再把小桌翻过来,如图丙,观察泡沫塑料被压下的深度。 【实验结论】 海绵被压下的深度与压力的大小和受力面积的大小有关:受力面积一定时,压力越大,作用效果越明显。 压力大小一定时,受力面积越小,作用效果越明显。 知识点3、压强的定义及计算 1. 压强:压力的作用效果,数值上等于物体单位面积上受到的压力。 2. 压强公式:。 3. 压强p的单位是帕斯卡(简称为帕),符号是Pa