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实验10 探究影响压力作用效果的因素
基础考点梳理
【设计和进行实验】
1.实验器材：形变显著的物体（如海绵、沙子、橡皮泥等）、小桌、砝码；
【分析与论证】
①甲、乙图中的受力面积相同，乙图中压力大于甲，乙图中海绵的凹陷程度大于甲，故可以得出结论：在受力面积相同时，压力越大，则压力的作用效果越明显。
②乙、丙两图中，压力大小相同，但是丙图中受力面积大，海绵的凹陷程度小一些，故可以得出结论：在压力一定时，受力面积越小，则压力的作用效果越明显；
【实验结论】
压力的作用效果与 压力大小 和 受力面积 有关：
①当 受力面积 一定时， 压力 越大，则压力的作用效果越明显；
②当 压力 一定时， 受力面积 越小，则压力的作用效果越明显。
【实验方法】
控制变量法：
①探究压力的作用效果与受力面积的关系：控制压力大小相等，改变受力面积大小，观察被压物体的形变程度。
②探究压力的作用效果与压力大小的关系：控制受力面积相等，改变压力的大小，观察被压物体的形变程度。
转换法：实验中通过海绵的凹陷程度来反映压力的作用效果。
【交流与讨论】
（1）实验中选择海绵而不选择木板的原因是海绵易发生形变，实验现象明显，而木板不易发生形变，实验现象不明显。实验中可以用沙子、橡皮泥等代替海绵。
（2）实验中若压力大小、受力面积都不同，则不能探讨压力的作用效果与某一个变量之间的关系。例如将物体沿着竖直方向切割成大小不等的两块，每一块对海绵的压力作用效果都不变，这样不能得到压力的作用效果与受力面积活压力大小无关的结论。
（3）物理学中，为了比较压力的作用效果，引入压强这一物理概念。压强是表示压力作用效果的物理量，压力的作用越明显，则压强越大。
典型例题赏析
实验结论：
压力的作用效果跟压力的大小和受力面积有关．
（1）当压力大小一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显．
（2）当受力面积一定时，压力越大，压力的作用效果越明显．
1.在“探究影响压力作用效果的因素”实验中，小明利用完全相同的小桌、海绵及砝码进行了如图所示的实验．
（1）实验中通过观察 海绵的凹陷程度 来比较压力的作用效果，我们 可以 （选填“可以”或“不可以”）用沙子代替海绵来完成实验．
（2）比较 乙丙 的实验现象，可以得出结论：压力相同时，受力面积越小，压力的作用效果越 明显 ．请举出生活中应用该结论的一个实例 菜刀磨得锋利 ．
（3）比较甲、乙的实验现象，可以得出结论： 当受力面积一定时，压力越大，则压力的作用效果越明显 .
（4）（结论应用）（2020黔东南州）若将该小桌和砝码放在图丁的木板上，图丙中海绵受到的压强p丙和图丁中木板受到的压强p丁的大小关系为p丙 = p丁（选填“>”“<”或“＝”）.
（5）（生活器材）（2022丽水改编）同学小科在家中用质量可忽略的塑料瓶和海绵进行实验，依次将装满水的塑料瓶正放、倒放于海绵上如图戊所示，此时探究的是压力的作用效果与 受力面积 的关系；接下来他想探究压力作用的效果与压力大小的关系，在图戊的基础上，接下来的操作是： 将倒置的瓶子中倒出一些水，比较前后两次海绵的凹陷程度 ，比较对海绵压力的作用效果．
（6）（操作评估）（人教参素材改编） 某同学在探究压力的作用效果与受力面积的关系时，分别采用如图a、b所示的两种方法进行实验，他用两只手的食指分别用力顶住削好的铅笔两端，使铅笔保持静止．在这两种方法中，你认为 b （选填“a”或“b”）的方法不合理，原因是 没有控制两手指所受压力相同 ．
2．小宇同学利用A、B两物体、砝码、泡沫等器材探究“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　泡沫的凹陷程度　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　受力面积相同时，压力越大，压力作用的效果越明显　。
（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　甲、丙　图所示实验。此时实验中要控制：　压力　不变；
（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。他发现它们对泡沫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　没有控制压力相同　。
【解答】解：（1）实验中小宇是通过观察 泡沫的凹陷程度来比较压力作用效果的。
（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）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，故比较图甲、丙实验可；
（4）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。
故答案为：（1）泡沫的凹陷程度； （2）受力面积相同时，压力越大，压力作用的效果越明显；（3）甲、丙；压力；（4）没有控制压力相同。
3．小丽用金属螺母、海绵和木板探究压力的作用效果与哪些因素有关：
（1）图A、B实验中，根据　海绵的凹陷程度　来比较压力的作用效果。
（2）比较图A、B实验，可初步得到的结论是　压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显　。
（3）将该金属螺母放在图C所示的木板上，比较图A中海绵受到的压强pA和图C中木板受到的压强pC的大小关系为pA　＝　pC．（选填“＞”“＜”或“＝”）但是观察到的压力作用效果却不同，这是因为　受压面的材料不同　。
（4）在一些公共汽车上配备逃生锤，遇到紧急情况时，乘客可以用逃生锤打破玻璃逃生，为了更容易打破玻璃，逃生锤外形应选择图中的　C　
【解答】解：（1）根据转换法，通过海绵的凹陷程度来反映压力的作用效果，
（2）比较图A、B实验，压力相同，B中受力面积小，作用效果明显，故可初步得到的结论是：压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明；
（3）根据p＝F/S，压力相同，受力面积相同，故将该金属螺母放在图C所示的木板上，比较图A中海绵受到的压强pA和图C中木板受到的压强pC的大小关系为pA＝pC；
但是观察到的压力作用效果却不同，这是因为受压面的材料不同。
（4）压力一定时，受力面积越小，作用效果越明显，故在一些公共汽车上配备逃生锤，遇到紧急情况时，乘客可以用逃生锤打破玻璃逃生，为了更容易打破玻璃，逃生锤外形应选择图中的C。
故答案为：（1）海绵的凹陷程度；（2）压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显；（3）＝；受压面的材料不同；（4）C。
4．如图所示，小南为了探究：压强可能与受力面积和压力的大小有关。小南找到了下面器材：规格相同的两块海绵、三本相同的字典。设计了下面的实验：图（a）海绵平放在桌面上；图（b）海绵上平放一本字典；图（c）海绵上叠放两本字典；图（d）海绵上立放一本字典；图（e）一本字典放在桌面上。
（1）通过实验图（a）和图（b），可以得出：力能使物体发生　形变　。小南根据　海绵的凹陷程度　
现象来比较压强，这种研究方法叫转换法。
（2）通过实验图（b）和图（c），可以得出：　受力面积一定时，压力越大，压强越大　。
（3）通过观察图（b）和图　d　得出：在压力一定时，受力面积越小，压强越大。
（4）设图（b）中字典对海绵的压强是Pb，图（e）中字典对桌面的压强是Pe，则Pb　＝　Pe。
【解答】解：（1）通过实验图（a）和图（b），可以得出：力能使物体发生形变。小南根据海绵的凹陷程度现象来比较压强，这种研究方法叫转换法。
（2）通过实验图（b）和图（c），可以得出：受力面积一定时，压力越大，压强越大。
（3）研究压强与受力面积的关系，要控制压力一定，只改变受力面积大小，故通过观察图（b）和图d得出：在压力一定时，受力面积越小，压强越大。
（4）设图（b）中字典对海绵的压强是Pb，图（e）中字典对桌面的压强是Pe，根据p＝F/S，因压力相同，接触面积相同，则Pb＝Pe。
故答案为：（1）形变； 海绵的凹陷程度； （2）受力面积一定时，压力越大，压强越大；
（3）d；（4）＝。
5．如图所示，用一只矿泉水瓶和一块海绵等器材探究“影响压力的作用效果的因素”。
（1）实验时，通过观察　海绵的凹陷（或形变）程度　来比较矿泉水瓶对海绵的压力作用效果。
（2）在图A、B、C操作中，观察图　A　和　B　可知：压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显；观察图B和C可知：受力面积一定时，　压力　越大，压力的作用效果越明显。
（3）若将矿泉水瓶放在石块上如图D所示。图D与A比较，矿泉水瓶对石块和海绵的压力作用效果　相同　（选填“相同”或“不相同”），理由是　压力和受力面积相同　。
【解答】解：1）实验时，通过观察海绵的凹陷（或形变）程度来比较矿泉水瓶对海绵的压力作用效果。
（2）研究压力作用效果与受力面积大小关系，要控制压力大小一定，在图A、B、C操作中，观察图A和B可知：压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显；
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的大小不变，只改变压力大小，故观察图B和C可知：受力面积一定时，压力越大，压力的作用效果越明显；
（3）由（2）知，压力的作用效果与压力和受力面积有关。若将矿泉水瓶放在石块上如图D所示。图D与A比较，因压力和受力面积都相同，故对石块和海绵的压力作用效果相同。
故答案为：（1）海绵的凹陷（或形变）程度； （2）A　B； 　压力；
（3）相同；压力和受力面积相同。
6．在“探究实心圆柱体对地面的压强与哪些因素有关”的实验中，同学们认为跟圆柱体的密度ρ、高度h、圆柱体底面积S是有关的，但有怎样的关系看法不同。于是在老师的帮助下，同学们从实验室里挑选了不同的实心圆柱体做实验，测出实心圆柱体竖直放置时对水平桌面上的海绵压下去的深度（如图所示），实验记录见下表。
序号 物体 底面积S/cm2 高度h/cm 海绵被压下深度/cm
1 甲合金圆柱体A 10 5 0.5
2 甲合金圆柱体B 10 10 1
3 甲合金圆柱体C 20 10 1
4 乙合金圆柱体A 10 5 1.5
5 乙合金圆柱体B 10 10 3
6 乙合金圆柱体C 20 10 3
（1）实验中同学们是通过　海绵被压下深度　来判断压强大小的。
（2）分析实验1、2或4、5可以得出：当圆柱体的材料相同时，实心圆柱体对水平地面的压强可能与圆柱体的　高度　成正比；
（3）分析可以得出，当圆柱体的密度相同时，实心圆柱体对水平地面的压强与底面积无关。此探究过程用到的两种科学方法有　控制变量法　、　转换法　。
（4）实验结束之后，同学们以甲合金圆柱体为研究对象，推导它对海绵的压强大小的表达式（已知合金的密度为ρ，圆柱体的高度为h，底面积为S）。表达式为　p＝ρgh　。该表达式　不能　（选填“能”或“不能”）应用于各类固体压强的计算。
【解答】解：（1）由题意可知，该小组同学是通过海绵被压下深度来判断压强大小的，这是转换法的运用；
（2）分析实验1、2或4、5可以看出，圆柱体的材料密度相同，高度不同，对水平面的压强不同，故可得出结论：当圆柱体的材料密度相同时，实心圆柱体对水平地面的压强与圆柱体的高度成正比。
（3）在探究实心圆柱体对水平地面的压强可能与圆柱体的高度的关系时，需要控制圆柱体的材料相同和底面积相同，属于控制变量法；
该小组同学是通过海绵被压下深度来判断压强大小的，这是转换法的运用；
（4）已知合金的密度为ρ，长方体铁块的高度为h，底面积为S，由压强的公式推导过程为：p＝F/S＝G/S＝mg/S＝ρVg/S＝ρSgh/S＝ρgh。
该表达式适用的条件有：①固体密度必须是均匀；②固体形状必须是上下粗细相同的柱体；③所求压强必须是固体对水平面产生的压强，所以不能应用于各类固体压强的计算。
故答案为：（1）海绵被压下深度；（2）高度；（3）控制变量法；转换法；（4）p＝ρgh；不能。
7．为探究压力的作用效果与压力大小及受力面积之间的关系。小明做了几个带刻度的方形有机玻璃盒，并放入海绵（海绵大小恰好占满玻璃盒）．他先将底面积相同、重量之比为1：2：3的三个方形铅块依次放在同一海绵上，如图1、如图2、如图3，比较海绵的凹陷深度；再将铅块2和铅块3横放在海绵上，如图4、如图5，这时铅块1、铅块2、铅块3的底面积之比为1：2：3，比较海绵凹陷的深度。
（1）由图1、图2、图3得，受力面积相同时，海绵凹陷的深度与压力成　正　比。
（2）由图2、图4（或图3、图5）得，压力相同时，海绵的凹陷深度与受力面积成　反　比。
（3）由图1、图5、图5得，海绵在单位面积上所受的压力时　相同　（填“相同”或“不同”），海绵的凹陷深度相同。
（4）综合上述实验可得，海绵的凹陷深度是由单位面积所受压力的大小决定，海绵在单位面积上所受压力越大，凹陷深度就越　深　。所以我们就把单位面积上所受的压力定义为压强。
【解答】解：
（1）由图1、图2、图3可知，海绵的受力面积是相同的，压力等于铅块的重力，重力之比为1：2：3，海绵凹陷的程度之比也为1：2：3，由此得出结论，在受力面积一定时，海绵凹陷的程度与压力成正比；
（2）由图2、图4可知，使用的是都是铅块2，海绵受到的压力是相等的，铅块2正放和横放时海绵的受力面积之比为1：2，海绵的凹陷程度之比为2：1，由此得出结论，在压力一定时，海绵的凹陷程度与受力面积成反比；
（3）由图1和图4、图5可知，海绵的受力面积之比为1：2：3，铅块重力即海绵受到的压力之比为1：2：3，压力和受力面积的比值，即单位面积上受到的压力之比为1：1＝2：2＝3：3＝1：1：1，海绵的凹陷程度是相同的，由此得出结论，海绵单位面积上受到的压力相同，海绵的凹陷程度相同；
（4）综合上述实验可知，海绵的凹陷程度是由单位面积上受到的压力决定的，单位面积上受到的压力越大，凹陷深度就越深；
故答案为：（1）正；（2）反；（3）相同；（4）深。

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