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C
B
压力相同时,受力面积越小
压力的作用效果越明显
变小
解:人对软床垫的压力:
​$F = G = mg = 60kg×10N/kg = 600N$​
人睡在软床垫上时,身体与床的接触面积​$S = 0.3m^{2},$​
根据​$p=\frac{F}{S}$​可得,人睡在软床垫上时对床垫的压强:
​$p=\frac{F}{S}=\frac{600N}{0.3m^{2}} = 2×10^{3}Pa$​
已知人仰躺在硬板床上产生的压强是​$6×10^{3}Pa,$​
因为​$2×10^{3}Pa<6×10^{3}Pa,$​睡软床减小了床对人体的压强,所以睡在软床上更舒服。
控制变量法、转换法
(d)、(e)
(e)、(f)
【分析】
要计算质地均匀的长方体对水平地面的压强,我们可以从压强的基本公式入手:首先,水平地面上的物体对地面的压力等于自身重力,所以先通过重力公式、密度公式推导压力的表达式;再确定物体与地面的接触面积(即底面积);最后将压力和受力面积代入压强公式,化简后得到柱形物体对地面压强的特殊公式。同时要理解该特殊公式的适用条件,也可对比通用压强计算方法。
【解析】
1. 确定压力:
因为长方体放在水平地面上,所以对地面的压力等于自身重力,即
$F = G$
2. 推导重力的表达式:
根据重力公式$G=mg$,结合密度公式$m=\rho V$,长方体的体积$V = abh$,因此:
$G = mg = \rho Vg = \rho abhg$
所以$F = \rho abhg$
3. 确定受力面积:
长方体与水平地面的接触面积为底面积,即$S = ab$
4. 计算压强:
将$F$和$S$代入压强公式$p = \frac{F}{S}$,可得:
$p = \frac{\rho abhg}{ab} = \rho gh$
通用计算方法:先测量物体的重力$G$(即对地面的压力$F=G$),再测量物体与地面的接触面积$S$,直接用$p=\frac{F}{S}$计算压强。
【答案】
方法一:利用特殊公式,质地均匀的长方体对水平地面的压强为$\boldsymbol{p=\rho gh}$;
方法二:利用通用压强公式,先测物体重力$G$($F=G$)和接触面积$S$,再通过$\boldsymbol{p=\frac{F}{S}}$计算压强。
【知识点】
柱体压强计算
压强公式推导
压力与重力的关系
【点评】
本题通过长方体推导得出柱形物体对水平地面的特殊压强公式,既整合了密度、重力、压强的基础公式,又简化了柱形物体压强的计算过程。需注意特殊公式的适用条件:质地均匀的柱形物体、放置在水平地面上。同时对比两种计算方法,可根据已知条件灵活选择。
【难度系数】
0.6
【分析】
要判断每个选项的正误,需紧扣压力的定义(垂直作用在物体表面上的力),同时明确压力与重力的区别:
1. 分析选项A:压力的大小并非总等于重力,比如用手将物体压在竖直墙面上时,压力由手的作用力提供,与重力大小无关,因此A错误。
2. 分析选项B:压力方向是垂直于接触表面,而重力方向始终竖直向下,比如斜面上的物体,压力垂直斜面,与重力方向不同,因此B错误。
3. 分析选项C:根据压力的定义,压力是垂直作用在物体表面的力,所以方向一定垂直于接触表面,C正确。
4. 分析选项D:压力方向可以竖直向上,比如将物体托在手心时,物体对手心的压力方向就是竖直向上的,因此D错误。
【解析】
逐一分析各选项:
A选项:只有当物体放在水平面上且不受其他外力时,压力大小才等于重力大小;若物体受其他外力(如被压在墙面上)或放在非水平面上,压力大小与重力无关,故A错误。
B选项:压力的方向垂直于物体的接触表面,而重力方向始终竖直向下,只有当物体放在水平面上时,压力方向才与重力方向相同,其他情况(如斜面)方向不同,故B错误。
C选项:压力是垂直作用在物体表面上的力,其方向一定垂直于物体的接触表面,故C正确。
D选项:当物体对上方的接触面产生压力时,压力方向可以竖直向上,例如手心托举物体时,物体对手心的压力竖直向上,故D错误。
【答案】
C
【知识点】
压力的概念;压力与重力的区别
【点评】
本题考查压力的基本概念及压力与重力的辨析,属于基础题,解题关键是明确压力的方向特点,区分压力与重力的不同,避免概念混淆。
【难度系数】
0.8
【分析】
要解决这道题,首先需明确压强的影响因素:根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,压强大小与压力$F$和受力面积$S$有关。增大压强的方法有两种:①压力一定时,减小受力面积;②受力面积一定时,增大压力。接下来我们逐个分析选项,判断每个选项是通过改变压力还是受力面积来改变压强,进而确定是否增大压强。
【解析】
逐一分析各选项:
选项A:铁路钢轨铺在枕木上,是在压力(钢轨和列车的总重力)一定时,通过增大受力面积来减小压强,避免路基下陷,不符合增大压强的要求;
选项B:用过的菜刀磨一磨,是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,使菜刀更锋利,符合增大压强的要求;
选项C:螺母下垫垫圈,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压强,防止零件被压坏,不符合要求;
选项D:双肩背包背带做宽,是在压力(背包重力)一定时,通过增大受力面积来减小压强,减轻肩膀的压力,不符合要求。
因此,能增大压强的是选项B。
【答案】
B
【知识点】
压强的影响因素、增大压强的方法
【点评】
本题结合生活中的常见实例,考查对压强影响因素及增大、减小压强方法的理解,属于基础应用型题目,需要学生将物理知识与生活实际结合,准确判断不同做法对受力面积或压力的改变,进而判断压强的变化。
【难度系数】
0.8
【分析】
第一问:观察图(a),两人体重相近,说明对雪地的压力大致相同,行走的人受力面积小,压力作用效果明显(陷入雪地),滑雪的人受力面积大,压力作用效果不明显,由此可探究压力作用效果与受力面积的关系。
第二问:分析图(b)中物体切除前后对桌面的压力和受力面积的变化,结合压强公式$ p=\frac{F}{S} $,判断出切除后剩余部分的压力减小幅度大于受力面积减小幅度,进而确定压强的变化。
【解析】
1. 对于图(a):
两人体重相近,即对雪地的压力大小相近(忽略雪橇质量),行走的人与雪地的接触面积小,陷入雪地,压力作用效果明显;滑雪的人与雪地的接触面积大,未陷入雪地,压力作用效果不明显。这表明:压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
2. 对于图(b):
设原物体对桌面的压力为$ G $,接触面积为$ S $,则原压强$ p=\frac{G}{S} $。竖直切除右边阴影部分后,剩余物体的重力$ G' < G $,接触面积$ S' $,且剩余部分的重力与接触面积的比值$ \frac{G'}{S'} < \frac{G}{S} $,因此剩余部分对桌面的压强将变小。
【答案】
压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果越明显;变小
【知识点】
压力作用效果的影响因素;压强的计算
【点评】
本题结合生活情景和物理模型,考查压力作用效果的影响因素与压强变化分析,需运用控制变量法和压强公式进行推导,注重物理规律的实际应用。
【难度系数】
0.6
【分析】
要解释睡在软床垫上更舒服的原因,核心是比较人在硬板床上和软床垫上对床的压强大小,压强越小,身体受到的压力作用效果越弱,人就越舒服。首先根据人对床的压力等于自身重力,利用重力公式计算出压力大小,再结合软床垫的接触面积,用压强公式算出软床垫上的压强,最后将其与硬板床上的压强对比即可得出结论。
【解析】
解:1. 计算人对软床垫的压力:
人对床的压力等于自身重力,即
$F = G = mg = 60\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg} = 600\ \mathrm{N}$
2. 计算人睡在软床垫上对床垫的压强:
已知接触面积$S = 0.3\ \mathrm{m}^{2}$,根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,可得
$p=\frac{F}{S}=\frac{600\ \mathrm{N}}{0.3\ \mathrm{m}^{2}} = 2×10^{3}\ \mathrm{Pa}$
3. 对比压强并得出结论:
已知人仰躺在硬板床上的压强为$6×10^{3}\ \mathrm{Pa}$,因为$2×10^{3}\ \mathrm{Pa}<6×10^{3}\ \mathrm{Pa}$,即睡在软床垫上时人对床的压强更小,床对人体的压强也更小,压力作用效果更弱,所以睡在软床垫上更舒服。
【答案】
人睡在软床垫上对床垫的压强为$2×10^{3}\ \mathrm{Pa}$,小于在硬板床上的压强$6×10^{3}\ \mathrm{Pa}$,压强越小,压力作用效果越弱,因此睡在软床垫上更舒服。
【知识点】
压强的计算、压力与重力的关系
【点评】
本题考查压强公式的实际应用,将物理知识与生活现象结合,重点是理解压强大小对压力作用效果的影响,属于基础应用类题型,难度不大。
【难度系数】
0.8
【分析】
这是一道探究压力作用效果影响因素的实验题,思考时可以按以下步骤进行:
1. 先回忆实验方法:探究多因素影响的实验通常用控制变量法,同时压力作用效果是通过海绵的凹陷程度来体现的,这用到转换法,所以先确定实验方法。
2. 探究压力大小的影响时,要遵循控制变量的思路:保持受力面积不变,改变压力大小,所以找受力面积相同、压力不同的两组实验;探究受力面积的影响时,保持压力不变,改变受力面积,找压力相同、受力面积不同的两组实验。
3. 验证结论时,结合实验现象,压力和受力面积确实都会影响压力作用效果,所以结论正确。
4. 联系生活实际时,根据压力作用效果的影响因素,分析生活实例是改变压力还是受力面积来改变作用效果。
【解析】
(1) 实验中,通过观察海绵的凹陷程度来间接反映压力的作用效果,这运用了转换法;在探究压力作用效果与压力大小、受力面积的关系时,分别控制其中一个量不变,研究另一个量对压力作用效果的影响,这运用了控制变量法,所以用到的科学方法是控制变量法、转换法。
(2) 探究压力作用效果与压力大小的关系:需控制受力面积相同,改变压力大小。图(d)和(e)中,桌腿与海绵接触的受力面积相同,(e)中增加了砝码,压力更大,海绵凹陷程度更明显,因此选(d)、(e)两次实验比较。
探究压力作用效果与受力面积的关系:需控制压力大小相同,改变受力面积。图(e)和(f)中,都放置了相同的砝码,压力相同,(e)是桌腿与海绵接触,(f)是桌面与海绵接触,受力面积不同,海绵凹陷程度不同,因此选(e)、(f)两次实验比较。
(3) 从实验现象可以看出:当受力面积相同时,压力越大,压力作用效果越明显;当压力相同时,受力面积越小,压力作用效果越明显。所以小丽得出的“压力的作用效果不仅与压力的大小有关,而且与受力面积有关”的结论是正确的。
(4) 书包的背带做得很宽,是在压力一定时,通过增大受力面积来减小压力的作用效果;“磨刀不误砍柴工”,磨刀是通过减小刀刃的受力面积,在压力一定时,增大压力的作用效果,使砍柴更轻松。
【答案】
(1) 控制变量法、转换法
(2) (d)、(e);(e)、(f)
(3) 正确
(4) 增大受力面积;减小受力面积
【知识点】
控制变量法、转换法、压力作用效果的影响因素
【点评】
本题紧密结合实验探究过程,既考查了控制变量法和转换法在实验中的应用,又联系生活实际,帮助学生理解压力作用效果影响因素的实际应用,注重物理与生活的联系,加深对知识点的理解与掌握。
【难度系数】
0.7