壓強(qiáng)的概念是貫穿本章的核心概念,是本章后三節(jié)的基礎(chǔ)。教材的編寫遵循從生活走向物理,從物理走向社會(huì)的規(guī)律。壓力和壓強(qiáng)的概念及培養(yǎng)學(xué)生研究問題和應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn);壓強(qiáng)的概念和用壓強(qiáng)知識(shí)解釋和解決問題是本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)。理解壓強(qiáng)概念除了認(rèn)識(shí)壓力產(chǎn)生的效果跟壓力大小有關(guān)、跟受力面積大小有關(guān)外,要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到能直接表示壓力的作用效果的是單位面積上受到的壓力,即壓強(qiáng)。我在這節(jié)課的教學(xué)中就壓力和重力的區(qū)別、壓強(qiáng)概念的建立和壓強(qiáng)知識(shí)的應(yīng)用做了以下幾方面的探討。
一、用有趣的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入新課
在這節(jié)課開始時(shí)先做了這樣的實(shí)驗(yàn):從講臺(tái)桌里拿出一個(gè)空抽屜(抽屜開口上方事先蒙上一張紙),然后拿一塊磚塊平放在抽屜上方的紙上,紙張雖然往下凹陷但沒有捅破,接著把磚塊輕輕地豎放在紙上,結(jié)果紙張被捅破了。為什么同樣的一塊磚用不同的放法會(huì)產(chǎn)生不同的效果呢?從而引入課題,使學(xué)生在好奇心理的驅(qū)使下進(jìn)入聽課角色。(這個(gè)實(shí)驗(yàn)的引入有利于學(xué)生理解物體被破壞的原因是壓強(qiáng)過大。)
二、壓力的概念、壓力與重力的區(qū)別
通過下面的插圖說明壓力是垂直作用在物理表面上的力,壓力與重力是兩個(gè)截然不同的力。但壓力有時(shí)與重力有關(guān)且相等,如圖1(甲);有時(shí)有關(guān)但不相等,如圖1(乙);有時(shí)與重力無關(guān),如圖1(丙)。
(甲) (乙) (丙)
圖1
三、實(shí)驗(yàn)探究:壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)
1.按課本P137圖8—4做磚塊放在海綿狀泡沫塑料上的演示實(shí)驗(yàn),指導(dǎo)學(xué)生完成以下填空:當(dāng)受力面積相同時(shí),壓力越大,壓力的作用效果越明顯;當(dāng)壓力相同時(shí),受力面積越小,壓力的作用效果越明顯。
2.讓學(xué)生用鉛筆兩端分別在手掌上以不同的力按壓,觀察手掌凹陷程度,體會(huì)壓手掌時(shí)的感受。
3.通過以下的圖2說明壓力的作用效果不能用壓力的大小直接表示,也不能用受力面積的大小直接表示,但有一個(gè)物理量能直接表示壓力的作用效果,這就是單位面積上受到的壓力,即圖中的每平方毫米面積上受到的壓力,這個(gè)單位面積上受到的壓力越大,受力物理凹陷得越厲害,物理學(xué)中,把這個(gè)單位面積上所受的壓力的大小叫做壓強(qiáng),對(duì)同一個(gè)受力物體的表面,受到的壓強(qiáng)越大,受力物理表面的凹陷就越深,因此,壓強(qiáng)(單位面積上受到壓力的大小)能直接表示壓力的作用效果。
(a) (b) (c)
圖2
4.指出桌面上放著粉筆盒、課本、墨水瓶等物體,它們分別對(duì)桌面都有向下的壓力,但各個(gè)物體下桌面的凹陷程度是不一樣的,這個(gè)肉眼是無法看出并進(jìn)行比較的,但我們可以知道:只要分別計(jì)算各個(gè)物體分別對(duì)桌面的壓強(qiáng)(即桌面每平方毫米或每平方厘米面積上受到的壓力)大小就可以比較桌面各處的凹陷程度,其桌面受到壓強(qiáng)大的那部分凹陷得深些。
四、壓強(qiáng)的公式和計(jì)算
1.壓強(qiáng)公式的推導(dǎo):既然壓強(qiáng)就是單位面積上受到的壓力,要求壓強(qiáng),就是求出單位面積(即每平方毫米或每平方厘米或每平方分米或每平方米)上受到的壓力,因此,只要把物理表面上受到的壓力除以受到壓力的面積,就能求出壓強(qiáng)。如:100N的壓力作用在5m■面積上,要求壓強(qiáng)就求每平方米面積上受到的壓力,即把100N/5m■=20N/m■,這個(gè)20N/m■就是壓強(qiáng),用p表示,它是由100N的壓力F除以5m■的面積S得到,即公式:p=F/S。壓強(qiáng)的單位由壓力的單位和面積的單位組成,寫成“N/m■”(即牛/米■)稱為帕斯卡,簡稱帕,符號(hào)是“Pa”。
2.壓強(qiáng)的計(jì)算:例,50kg的人站立在水平地面上,每只鞋跟地面的接觸面積為250cmm■,求這個(gè)人站立時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)。
已知:m=50kg,S■=250cm■=250×10■m■,g=10N/kg
求:p
解:p=F/S=G/S=mg/2S■=50kg×10N/kg/2×250×10■m■=10■Pa
答:這個(gè)人站立時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)為10■Pa。
五、如何增大和減小壓強(qiáng)
1.增大壓強(qiáng):列舉日常生活中刀刃磨得鋒利、針和釘做得尖細(xì)都是為了減?。ㄊ芰ξ矬w的)受力面積,在壓力一定的條件下增大(對(duì)受力物體的)壓強(qiáng);而物體表面所能承受的壓強(qiáng)是一定的,當(dāng)外力所給的壓強(qiáng)超過它所能承受的限度時(shí),物體就會(huì)被破壞。課前的演示實(shí)驗(yàn)中,磚塊豎放在紙張上,紙張被捅破就是因?yàn)榇u塊對(duì)紙張的壓強(qiáng)已經(jīng)超過紙張所能承受的最大限度。
2.減小壓強(qiáng):墻基造得比墻寬、鐵軌鋪在枕木上、滑雪時(shí)要穿上滑雪板,這些都是為了增大(受力物上的)受力面積,在壓力一定的條件下減?。▽?duì)受力物的)壓強(qiáng)。
3.人體受到壓強(qiáng)和感受:書包帶背起來舒服,是因?yàn)樵龃罅思绨虻氖芰γ娣e,書包對(duì)肩膀的壓強(qiáng)減小了,所以感到舒服。坐沙發(fā)比坐板凳舒服,如圖3所示,首先要認(rèn)識(shí)人受到的力(即支持力)是相同的,坐沙發(fā)時(shí)由于人體陷下去,臀部與沙發(fā)的接觸面積增大,這樣,沙發(fā)向上的支持力作用在臀部較大的面積上,人受到沙發(fā)向上的壓強(qiáng)較小,故感到舒服。
人坐板凳時(shí) 人坐沙發(fā)時(shí)
圖3