探究压力的作用效果指南

物理初级阅读时间: 3 分钟

概述

为什么蝉能轻而易举地把口器插入坚硬的树皮？为什么人在雪地上行走会陷下去，而穿上滑雪板就能浮在雪面上？这些现象都涉及压力的作用效果。本实验通过控制变量法，带你探究压力大小和受力面积如何共同决定「压强」。

背景知识

17世纪，法国科学家布莱士·帕斯卡 (Blaise Pascal) 对压强进行了深入研究，发现了帕斯卡定律。
为了纪念他的贡献，国际单位制中将压强的单位命名为「帕斯卡」，简称「帕」 (Pa)。
1654年，马德堡半球实验震惊了世界，生动地展示了大气压强的巨大力量。

核心概念

压力 ( $F$ )

F

垂直作用在物体表面上的力。公式中通常用 $F$ 表示。

受力面积 ( $S$ )

S

两个物体相互接触并挤压的实际面积。公式中用 $S$ 表示。

压强 ( $P$ )

P = \frac{F}{S}

物体所受压力的大小与受力面积之比。它表征了压力的作用效果。

公式与推导

压强定义式

P = \frac{F}{S}

F

的单位是牛顿 (N)，

S

的单位是平方米 (

m^2

)，

P

的单位是帕斯卡 (Pa)。

实验步骤

1
探究压力大小的影响
保持「受力面积 $(S)$ 」不变（例如 $5cm^2$ ）。将「压力 $(F)$ 」逐渐增大。观察海绵的凹陷深度 $h$ 是如何变化的？这说明了什么？
2
探究受力面积的影响
保持「压力 $(F)$ 」不变（例如 $50N$ ）。减小「受力面积 $(S)$ 」。预测一下：海绵的凹陷程度会变深还是变浅？动手验证你的猜想。
3
综合分析
观察右侧面板计算出的压强 $P$ 。你会发现：压强 $P$ 的数值直接反映了压力的作用效果（凹陷深度）。 $P$ 越大，凹陷越深。

学习目标

理解压强是表示压力作用效果的物理量
掌握压强的公式 $P = F/S$ 及其单位转换
能够运用控制变量法解释生活中的压强现象
学会通过增大受力面积来减小压强，或减小受力面积来增大压强

生活应用

增大压强：菜刀磨得很锋利（减小受力面积）、针尖很细、蝉的口器
减小压强：滑雪板很宽（增大受力面积）、书包带很宽、坦克的履带、铁轨下的枕木

常见误区

误区

压力越大，压强一定越大

正解

错误。还要考虑受力面积。坦克比人重得多（压力大），但由于履带面积大，它对地面的压强可能比人穿高跟鞋时还小。

误区

压力就是重力

正解

错误。压力是挤压力，重力是地球吸引力。只有当物体静止水平面且垂直受力时，压力大小才等于重力。

准备好了吗？

现在你已经了解了基础知识，开始动手实验吧！

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概述

背景知识

核心概念

压力 (FFF)

受力面积 (SSS)

压强 (PPP)