师:同学们好,欢迎来到物理课堂。今天我们要学习沪科版八年级物理第八章第一节压力的作用效果第一课时。在生活中,我们会发现弱小的蚊子能叮破我们的皮肤,笨重的坦克却能在泥地上驰骋;用手指挤压笔的两端,两个手指的感觉也不一样。现在,请同学们伸出左手,用食指按压自己的脸颊,有没有发现,在压力的作用下,脸部肌肉变形了呢?那么,压力有什么特点呢?
老师通过重物给水平方向的海绵施加压力,用木板从竖直面挤压海绵,用手指在倾斜面上挤压海绵。我们发现,在水平面上,压力垂直于水平面指向海绵;在斜面上,压力垂直于斜面指向海绵;在竖直面上,压力垂直于竖直面指向海绵。请同学们仔细观察,压力是不是都垂直于物体表面呀?其实,这个使海绵形变的力,本质上是弹力。在生活中,压力无处不在。大家看桌面上的物理书,书本对水平桌面有压力;当我们站立在水平地面上时,对地面有压力;坐下来时,对板凳面也有压力。有些同学玩过滑梯,想象一下,从滑滑梯上下滑时,自己对滑滑梯的斜面也有压力。
生活中,我们常用图钉固定物体。当用图钉将物体固定在竖直墙面上时,钉尖对墙面有压力。请同学们思考,这几种情况中压力的方向是怎样的呢?平时把杯子放在水平桌面上,杯子对桌面的压力垂直于水平桌面;把杯子放在斜面上,杯子对斜面的压力垂直于斜面;在竖直墙面上按压图钉帽时,钉尖对墙面的压力垂直于墙面。通过对这些生活场景的分析,我们可以得出结论:压力总是垂直作用在物体表面上,它本质上是弹力。
如果想知道水平桌面上杯子对桌面的压力大小,该怎么做呢?我们先对杯子受力分析。杯子受到自身重力和桌面对它的支持力,这是一对平衡力,大小相等。杯子对桌面的压力和桌面对杯子的支持力是一对相互作用力,大小也相等。经过等量代换,我们发现杯子对桌面的压力大小等于杯子自身重力。但要注意,不能理解为压力就是重力。压力本质是弹力,重力是物体受地球吸引产生的力,它们性质不同,受力物体也不同。这里,压力是由重力引起的。同学们想象一下,如果杯子没有重力,对桌面还会有压力吗?所以,水平面上物体对水平面的压力由重力引起。以后计算水平面上的压力大小,数值上等于重力大小,但它们是不同性质的力。那倾斜面的压力大小怎么求呢?我们先对杯子受力分析,杯子受到自身重力和斜面对它的支持力,注意,这不是一对平衡力,大小不相等。杯子对斜面的压力和斜面对杯子的支持力是一对相互作用力,大小相等。我们发现,在斜面上,杯子对斜面的压力大小不等于杯子自身重力,方向也不同。斜面上的压力也是由重力引起的,重力变化,压力也随之变化。现阶段,我们还没办法求出斜面上的压力大小。最后分析竖直面上的压力大小。
当用手按压图钉帽时,钉尖对墙面的压力和手对钉帽的压力大小相等。细心的同学可能发现了,压力大小好像和重力无关,这种想法完全正确。不论图钉自身重力多大,钉尖对墙面的压力和手对钉帽的压力大小相等,和重力毫无关系。通过前面学习,我们知道在水平面上压力大小数值上等于重力大小,现阶段无法求出斜面上的压力大小,在竖直面上,压力大小和重力没有关系。
那为什么用相同大小的压力作用在铅笔两端,对两个手指压力的作用效果不一样呢?请同学们和老师一起动手做实验。伸出食指,用食指按压脸的两端,左边轻,右边重,我们发现压力大的作用效果更明显。再来一组对照实验,伸出双手,左边用手掌,右边用食指,用大小相同的力按压脸颊,我们发现受力面积小的压力作用效果更明显。由此,我们猜想压力的作用效果与压力大小和受力面积有关。
在实验中,压力的作用效果可以通过观察物体的形变程度来判断。为了研究一个物理量,需要控制其他物理量不变,所以实验中要用到控制变量法和转换法,其中控制变量法是主要实验方法。现在开始实验。将自制小桌放在水平海绵上,注意观察,海绵发生了凹陷。在小桌上放上重物增大压力大小,我们发现海绵凹陷程度更大了,此时受力面积没有变化,说明当受力面积相同时,压力越大,压力的作用效果越明显。我们将小桌倒置过来,不改变压力大小,注意观察,海绵几乎没有凹陷,压力不变时,受力面积小的海绵凹陷程度更大,这说明当压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
生活中物体发生的形变往往是微小形变,肉眼看不出来。比如把杯子放在桌面上,桌面的形变我们观察不到,这时怎么判断压力的作用效果呢?老师将几本书以不同方式放在水平桌面上,请同学们思考哪幅图压力的作用效果更明显。
我们先比较图一和图二,虽然看不到桌面凹陷,但压力大小相同,那么受力面积小的图二压力作用效果更明显。再来比较图一和图三,桌面凹陷还是无法观察,但它们受力面积相同,那么压力大的图三压力作用效果更明显。增加点难度,比较图二和图三压力的作用效果。我们发现这种情况下,压力和受力面积都不相同。这时候,就像求速度一样,通过求解压力和受力面积的比值,就可以求出两图中相同面积上的压力大小,从而比较压力的作用效果。请同学们动手计算一下。
