压强是表示压力作用效果的物理量,定义为单位面积上所受到的压力。
压强公式:
p = F/S
其中,p表示压强(单位:帕斯卡,Pa),F表示压力(单位:牛顿,N),S表示受力面积(单位:平方米,m²)。
从公式可以看出,在压力一定时,受力面积越小,压强越大;受力面积越大,压强越小。这就是为什么锋利的刀更容易切割物体——刀刃越薄,受力面积越小,压强越大。
1 Pa = 1 N/m²,是压强的国际单位
1 atm ≈ 101325 Pa,约等于海平面的大气压强
1 atm ≈ 760 mmHg,常用于测量血压等
固体由于重力作用会对支持面产生压强。压强的大小与压力和受力面积有关,方向垂直于支持面。
实例:
坦克的履带通过增大受力面积减小压强,避免陷入地面。
液体内部向各个方向都有压强,压强随深度增加而增大,同一深度处向各个方向的压强相等。
公式:
p = ρgh(ρ为液体密度,g为重力加速度,h为深度)
大气对浸在其中的物体产生的压强叫大气压强。大气压随高度增加而减小,在海拔3000m以内,大约每升高10m,大气压减小100Pa。
实验:
马德堡半球实验证明了大气压的存在且很大。
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帕斯卡 (Pa)
浮力是浸在液体或气体中的物体受到向上的作用力,其大小等于物体排开的液体或气体所受的重力。
阿基米德原理:
F浮 = G排 = ρ液gV排
其中,F浮表示浮力(单位:牛顿,N),ρ液表示液体密度(单位:kg/m³),g表示重力加速度(通常取9.8N/kg),V排表示物体排开液体的体积(单位:m³)。
浮力的方向总是竖直向上的,其产生原因是液体对物体上下表面的压力差。当物体漂浮或悬浮时,浮力等于物体的重力。
F浮 > G物,ρ物 < ρ液
F浮 = G物,ρ物 = ρ液
F浮 < G物,ρ物 > ρ液
潜水艇通过改变自身重力实现上浮和下沉;热气球是利用空气浮力升空的;密度计则是根据物体漂浮时浮力等于重力的原理制成的。
该实验展示了浮力与物体浸入液体体积的关系。当物体逐渐浸入液体时,排开的液体体积增大,浮力也随之增大。当物体完全浸没后,浮力不再随深度变化。
物体浸入体积与浮力的关系曲线
物体完全浸没时的浮力值(恒定)
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牛顿 (N)
通过海绵上放置不同物体,观察压力作用效果与受力面积的关系,直观理解压强概念。
使用压强计探究液体内部压强与深度和方向的关系,验证液体压强公式。
通过溢水杯和弹簧测力计,测量物体受到的浮力和排开液体的重力,验证阿基米德原理。
探究不同密度的物体在液体中的浮沉情况,理解物体浮沉的条件和应用。
通过覆杯实验、马德堡半球模拟实验等,感受大气压的存在并了解其应用。
自制简易潜水艇模型,通过改变模型的重力,观察其在水中的浮沉变化。
在这个互动实验中,你可以:
注意:此实验为模拟互动,实际实验操作请在老师指导下进行。