初中物理“固液壓力壓強(qiáng)”解題順序探究

董世強(qiáng)

【摘要】固液壓力與壓強(qiáng)是初中物理的重要知識點(diǎn)，涉及固體和液體的特性.本文通過整理相關(guān)題目進(jìn)行探究，闡述固液壓力壓強(qiáng)的概念、計(jì)算公式、在實(shí)際問題中的應(yīng)用，結(jié)果表明，熟練掌握固液壓力壓強(qiáng)的計(jì)算順序和應(yīng)用原理，可以很好的解決相關(guān)問題，提高學(xué)生的實(shí)際物理應(yīng)用能力.

【關(guān)鍵詞】? 初中物理；壓力壓強(qiáng)；解題

固液壓力和壓強(qiáng)是初中物理課程中的重要知識點(diǎn)，它們與力學(xué)概念有密切聯(lián)系.固液壓力和壓強(qiáng)的研究不僅有理論方面的意義，還有廣泛的實(shí)際應(yīng)用，如機(jī)械工程、建筑工程、醫(yī)療器械等領(lǐng)域.在求解壓力和壓強(qiáng)問題時，液體和固體的求解方式存在一定的差異.液體中的壓力和壓強(qiáng)求解方式是先求壓強(qiáng)，再求壓力；而在固體的求解中，首先要求解的是壓力，然后再計(jì)算壓強(qiáng).本文將討論這種計(jì)算差異產(chǎn)生的原因和液體和固體中壓力和壓強(qiáng)求解的相關(guān)知識點(diǎn).

1 固體：先求壓力，再求壓強(qiáng)

在固體中，壓力是直接作用在物體表面上的力，因此壓力可以直接通過測量物體所受的力來求解.也就是單位面積上所受壓力的大小.固體的壓強(qiáng)可以通過壓力除以被壓物體表面的面積來計(jì)算得到.因此，在固體中，我們需要先求解物體所受的壓力，然后再根據(jù)物體的面積來計(jì)算出其所受的壓強(qiáng).

例1 如圖1所示，甲和乙是兩個質(zhì)量相等的實(shí)心正方體，把它們放置在地面上，已知甲的邊長為20cm， 其對地面的壓強(qiáng)為4000Pa，將一個質(zhì)量為48kg的金屬塊放置在正方體甲的正上方， 此時甲對地面的壓強(qiáng)大小剛好等于乙對地面的壓強(qiáng)大小.問：若取下金屬塊，分別將甲、乙沿水平方向切去相同高度h，使甲剩余部分對地面的壓強(qiáng)大于乙剩余部分對地面的壓強(qiáng)，求h的取值范圍.

試題分析

在該問題中，題目雖然是詢問h的取值范圍，但不難發(fā)現(xiàn)，需要用壓強(qiáng)的式子進(jìn)行不等式的聯(lián)立，才能化簡得到h的范圍.

首先，不難計(jì)算出正方體甲的重力大小為160N，由題目可得，如果將48kg的金屬塊放置在甲的上方，這個時候甲對地面的壓強(qiáng)大小可以計(jì)算出：

又因?yàn)榧缀鸵覍Φ孛娴膲簭?qiáng)相等，

則p乙=p甲′=16000Pa，又知道甲和乙質(zhì)量相等，

則 G乙=G甲=160N，則正方體乙的底面積

到此為止，我們得到了一些必要條件，即甲和乙與地面接觸的面積分別是多少，以及甲和乙的剩余部分重量的表示方式，于是可以根據(jù)壓強(qiáng)公式列出不等式：

對于正方體沿水平方向切去高度 h，則剩余部分的重力：G剩=m剩g=ρV剩g=ρS（l-h）g.

本題難度較大，需要厘清的是，由于固體表面積多數(shù)情況下較為固定，因此求壓強(qiáng)時，可先從壓力入手，利用壓強(qiáng)公式進(jìn)行推導(dǎo).

2 液體：先求壓強(qiáng)，再求壓力

在液體中，壓力不是直接作用于容器的內(nèi)壁上，而是作用于液體內(nèi)部的每一點(diǎn).這意味著液體內(nèi)部的每一點(diǎn)都受到來自液體的所有方向的壓力，這種情況下需要計(jì)算液體的平均壓強(qiáng).所以，在求壓力之前需要先求出平均壓強(qiáng)，然后再通過其作用面積計(jì)算出壓力.

例2 如圖2所示，將一只質(zhì)量為 1kg 的平底水桶放在水平地面上， 桶內(nèi)水的質(zhì)量為28kg，水桶的底面積為 5×10-2 m2， 桶內(nèi)水深50cm.g取10N/kg .請通過分析或者計(jì)算比較水對桶底的壓力 F1 和桶對地面的壓力 F2 的大小關(guān)系.

我們可以利用重力公式計(jì)算出水和桶的總重力，桶對地面的壓力等于水和桶的總重力， 最后比較水對桶底的壓力 F1 和桶對地面的壓力F2 的大小關(guān)系.

而水和水桶的總重力為： G總=m總g=m桶+m水g=（1kg+28kg）×10N/kg=290N ；所以桶對地面的壓力 F2 大小為：F2=G總=290N，所以 F1 小于 F2 .

本題較為簡單，液體的平均壓強(qiáng)是指液體受外力作用后，液體內(nèi)部所有點(diǎn)的壓力之和除以液體的面積.液體中所受到的壓力是由于液體受到外部物體施加的壓力而產(chǎn)生的，因此，液體的平均壓強(qiáng)等于在液體表面上每一點(diǎn)受到的壓力，也就是壓力傳遞的一種形式.

3 結(jié)語

經(jīng)過上述題目我們可以發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行固液壓力壓強(qiáng)的計(jì)算時，是有規(guī)律可循的，對于固體，應(yīng)先計(jì)算壓力再計(jì)算壓強(qiáng)，而液體則反之，但是對于直壁式的容器，如圓柱體、正方體、長方體，固液壓強(qiáng)的公式則可以通用.