探究壓力的作用效果指南

物理初級閱讀時間: 3 分鐘

概述

為什麼蟬能輕而易舉地把口器插入堅硬的樹皮？為什麼人在雪地上行走會陷下去，而穿上滑雪板就能浮在雪面上？這些現象都涉及壓力的作用效果。本實驗通過控制變量法，帶你探究壓力大小和受力面積如何共同決定「壓強」。

背景知識

17世紀，法國科學家布萊士·帕斯卡 (Blaise Pascal) 對壓強進行了深入研究，發現了帕斯卡定律。
為了紀念他的貢獻，國際單位制中將壓強的單位命名為「帕斯卡」，簡稱「帕」 (Pa)。
1654年，馬德堡半球實驗震驚了世界，生動地展示了大氣壓強的巨大力量。

核心概念

壓力 ( $F$ )

F

垂直作用在物體表面上的力。公式中通常用 $F$ 表示。

受力面積 ( $S$ )

S

兩個物體相互接觸並擠壓的實際面積。公式中用 $S$ 表示。

壓強 ( $P$ )

P = \frac{F}{S}

物體所受壓力的大小與受力面積之比。它表徵了壓力的作用效果。

公式與推導

壓強定義式

P = \frac{F}{S}

F

的單位是牛頓 (N)，

S

的單位是平方米 (

m^2

)，

P

的單位是帕斯卡 (Pa)。

實驗步驟

1
探究壓力大小的影響
保持「受力面積 $(S)$ 」不變（例如 $5cm^2$ ）。將「壓力 $(F)$ 」逐漸增大。觀察海綿的凹陷深度 $h$ 是如何變化的？這說明了什麼？
2
探究受力面積的影響
保持「壓力 $(F)$ 」不變（例如 $50N$ ）。減小「受力面積 $(S)$ 」。預測一下：海綿的凹陷程度會變深還是變淺？動手驗證你的猜想。
3
綜合分析
觀察右側面板計算出的壓強 $P$ 。你會發現：壓強 $P$ 的數值直接反映了壓力的作用效果（凹陷深度）。 $P$ 越大，凹陷越深。

學習目標

理解壓強是表示壓力作用效果的物理量
掌握壓強的公式 $P = F/S$ 及其單位轉換
能夠運用控制變量法解釋生活中的壓強現象
學會通過增大受力面積來減小壓強，或減小受力面積來增大壓強

生活應用

增大壓強：菜刀磨得很鋒利（減小受力面積）、針尖很細、蟬的口器
減小壓強：滑雪板很寬（增大受力面積）、書包帶很寬、坦克的履帶、鐵軌下的枕木

常見誤區

誤區

壓力越大，壓強一定越大

正解

錯誤。還要考慮受力面積。坦克比人重得多（壓力大），但由於履帶面積大，它對地面的壓強可能比人穿高跟鞋時還小。

誤區

壓力就是重力

正解

錯誤。壓力是擠壓力，重力是地球吸引力。只有當物體靜止水平面且垂直受力時，壓力大小才等於重力。

準備好了嗎？

現在你已經了解了基礎知識，開始動手實驗吧！

開始實驗開始練習

概述

背景知識

核心概念

壓力 (FFF)

受力面積 (SSS)

壓強 (PPP)