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①将小桌正放在海绵上,观察海绵的凹陷程度;②在小桌上放置一个砝码,观察海绵的凹陷程度;③将小桌倒放在海绵上,放置相同的砝码,观察海绵的凹陷程度,对比三次实验现象,分析压力作用效果的影响因素


物体所受的压力与受力面积之比
$p=\frac{F}{S}$
帕斯卡

Pa
1000Pa
解:
​$S = 340=0.034\ \mathrm {m^2}$​
把​$F = 680N,$​​$S = 0.034\ \mathrm {m^2}$​代入公式​$p=\frac {F}{S}$​
​$p=\frac {680N}{0.034\ \mathrm {m^2}}$​
​$p = 2×10^4\ \mathrm {Pa}。$​

用体重秤测出人的质量$m,$根据$G=mg$计算出人对地面的压力$F=G$
用方格纸测出一只鞋底的面积,乘以2得到双脚站立时的受力面积$S$
500
$0.04$
$1.25×10^4$
不是。因为压强的大小由压力和受力面积共同决定,根据$p=\frac{F}{S},$当体重越大(压力$F$越大),若受力面积$S$也增大,则压强不一定增大,只有当受力面积相同时,体重越大,对地面的压强才越大
【分析】
1. 对于手指疼痛及笔尖手指更疼的问题:先从力的相互性入手,手指压铅笔时,铅笔会对手指施加反作用力,力能使物体形状改变,所以手指疼痛;再结合压强的影响因素,两只手对铅笔的压力是平衡力,大小相等,而笔尖受力面积远小于笔尾,根据压强公式,压力相同时受力面积越小压强越大,压力作用效果越明显,故笔尖手指更疼。
2. 对于沙滩脚印问题:沙滩松软,人对沙滩施加压力,力使物体发生形变,所以留下脚印;不同人对沙滩的压力或受力面积不同,导致压力作用效果不同,故脚印深浅不同。
3. 实验方案需用控制变量法:先控制受力面积相同,改变压力;再控制压力相同,改变受力面积,通过海绵凹陷程度反映压力作用效果。
4. 实验结论结合控制变量法分析:受力面积相等时,压力越大作用效果越明显;压力相等时,受力面积越小作用效果越明显。
5. 压强相关问题:回忆压强的定义、公式、单位,计算时注意将接触面积单位换算为平方米,再代入公式计算。
【解析】
1. (1)手指感到疼痛的原因:力的作用是相互的,当手指对铅笔施加压力时,铅笔会对手指施加大小相等的反作用力,力可以使物体的形状发生改变,因此手指会感到疼痛。
(2)压笔尖的手指更疼的原因:两只手指对铅笔的压力是一对平衡力,大小相等,所以铅笔对两只手指的压力大小相等。但笔尖与手指的接触面积远小于笔尾与手指的接触面积,根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,在压力$F$相同时,受力面积$S$越小,压强$p$越大,压力的作用效果越明显,所以压笔尖的手指受到的压强更大,感觉更疼。
2. 沙滩上留下脚印是因为沙滩受到人的压力,力使沙滩的形状发生改变;而脚印的深浅不同是由于压力在沙滩上产生的作用效果不同。
3. 实验方案:
① 将小桌正放在海绵上,观察海绵的凹陷程度;
② 在小桌上放置一个砝码,保持受力面积不变,观察海绵的凹陷程度,与步骤①对比,探究压力大小对作用效果的影响;
③ 将小桌倒放在海绵上,放置相同的砝码,保持压力大小不变,观察海绵的凹陷程度,与步骤②对比,探究受力面积对作用效果的影响;最后对比三次实验现象,分析压力作用效果的影响因素。
4. 通过实验可知:当受力面积相等时,压力越大,压力的作用效果越明显;当压力相等时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
5. (1) 压强的定义:物体所受的压力与受力面积之比。
(2) 压强公式:$\boldsymbol{p=\frac{F}{S}}$。
(3) 压强的单位是帕斯卡,简称帕,符号是$\boldsymbol{Pa}$。
(4) 一杯水放在桌面上,它对桌面的压强约为$\boldsymbol{1000\ Pa}$。
(5) 计算过程:
单位换算:$S = 340\ \mathrm{cm^2}=340×10^{-4}\ \mathrm{m^2}=0.034\ \mathrm{m^2}$
物体对地面的压力$F=G=680\ \mathrm{N}$,代入压强公式:
$p=\frac{F}{S}=\frac{680\ \mathrm{N}}{0.034\ \mathrm{m^2}}=2×10^4\ \mathrm{Pa}$
【答案】
1. 手指感到疼痛是因为力的作用是相互的,铅笔对手指有反作用力,力使手指形状发生改变;压笔尖的手指更疼是因为压力相同,笔尖处受力面积小,压强大,压力作用效果更明显。
2. 压力;不同
3. ①将小桌正放在海绵上,观察海绵的凹陷程度;②在小桌上放置一个砝码,观察海绵的凹陷程度;③将小桌倒放在海绵上,放置相同的砝码,观察海绵的凹陷程度,对比三次实验现象,分析压力作用效果的影响因素
4. 大;小
5. (1) 物体所受的压力与受力面积之比
(2) $\boldsymbol{p=\frac{F}{S}}$
(3) 帕斯卡;帕;$\boldsymbol{Pa}$
(4) $\boldsymbol{1000\ Pa}$
(5) $\boldsymbol{2×10^4\ \mathrm{Pa}}$
【知识点】
1. 力的作用相互性
2. 压强的影响因素
3. 压强的计算
【点评】
本题围绕压强的概念、影响因素及计算展开,结合生活实例和实验探究,考查了力的作用效果、控制变量法的应用以及压强公式的计算,需理解压力作用效果的影响因素,熟练掌握单位换算和压强公式的应用,注重物理知识与生活实际的联系。
【难度系数】
0.6
【分析】
要解决人站立时对地面压强的估测问题,首先回忆压强的计算公式$p=\frac{F}{S}$,可知需要分别测量人对地面的压力和受力面积,再代入公式计算压强。
1. 对于压力:人站立时对地面的压力等于自身重力,所以先测质量,利用重力公式计算重力得到压力;
2. 对于受力面积:人站立时双脚着地,所以先测量单只鞋底的面积,再乘以2得到总受力面积;
3. 计算压强时,将测得的压力和受力面积代入公式即可;
4. 分析压强与体重的关系时,要从压强的两个决定因素(压力和受力面积)入手,不能仅看压力大小。
【解析】
1. 测量人站立时对地面的压力:
使用体重秤测量人的质量$m$,根据重力公式$G=mg$计算出人的重力,人站立时对地面的压力等于自身重力,即$F=G=mg$。
2. 测量地面的受力面积:
将鞋底紧贴在方格纸上,用笔描出鞋底的轮廓,数出轮廓内的方格数量(不满一格的按半格计算),估算出单只鞋底的面积;人站立时双脚着地,因此地面的受力面积$S=2×$单只鞋底面积。
3. 记录数据(以普通中学生为例):
人对地面的压力$F=500\,\mathrm{N}$,地面的受力面积$S=0.04\,\mathrm{m}^2$,根据压强公式计算得:
$p=\frac{F}{S}=\frac{500\,\mathrm{N}}{0.04\,\mathrm{m}^2}=1.25×10^4\,\mathrm{Pa}$
4. 思考问题解答:
不是一个人的体重越大,他站立时对地面的压强就越大。
原因:根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,压强的大小由压力和受力面积两个因素共同决定。当一个人的体重越大(即压力$F$越大),若此人的鞋底面积也更大(即受力面积$S$也增大),则压强不一定增大;只有当受力面积相同时,体重越大,对地面的压强才越大。
【答案】
1. 测量压力:用体重秤测出人的质量$m$,根据$G=mg$计算出人对地面的压力$F=G$;
2. 测量受力面积:用方格纸测出单只鞋底的面积,乘以2得到双脚站立时的受力面积$S$;
3. 数据:$F=500\,\mathrm{N}$,$S=0.04\,\mathrm{m}^2$,$p=1.25×10^4\,\mathrm{Pa}$;
4. 结论:不是。因为压强由压力和受力面积共同决定,根据$p=\frac{F}{S}$,体重越大($F$越大),若受力面积$S$也增大,则压强不一定增大,只有受力面积相同时,体重越大压强才越大。
【知识点】
压强的计算,重力与压力的关系,受力面积测量
【点评】
本题结合实验操作考查压强的估测,重点在于理解压强的决定因素,同时需要将力学公式与实际测量方法结合,培养实验设计与分析能力,避免单一因素判断压强大小的误区。
【难度系数】
0.6