初中物理“固液壓力壓強(qiáng)”分類解題步驟探索

吳小兵

摘要：固液壓力與壓強(qiáng)是初中物理中的重要知識(shí)點(diǎn)，熟練掌握固液壓力壓強(qiáng)的計(jì)算方法和應(yīng)用原理，可以更好地解決相關(guān)問(wèn)題，提高學(xué)生的物理實(shí)際應(yīng)用能力.文章通過(guò)整理相關(guān)題目，探究固液壓力與壓強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)，闡述了相關(guān)概念、計(jì)算公式以及在實(shí)際問(wèn)題中的解決步驟.

關(guān)鍵詞：初中物理；壓力；壓強(qiáng)

中圖分類號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2024）11-0077-03

物理作為自然科學(xué)的一個(gè)重要分支，探究自然界中各種物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用，固體和液體的壓力與壓強(qiáng)則是物理學(xué)中重要而又常見(jiàn)的概念[1].深入探討固液的壓力與壓強(qiáng)分類解題步驟，不僅有助于學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的系統(tǒng)理解，而且還能夠培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和問(wèn)題解決能力.文章從固液的壓力與壓強(qiáng)兩個(gè)方面展開(kāi)探討，通過(guò)系統(tǒng)歸納總結(jié)，指導(dǎo)學(xué)生在解決固液壓力壓強(qiáng)問(wèn)題時(shí)準(zhǔn)確把握分類解題的步驟，提高解題的效率與準(zhǔn)確性[2].

1 固體“先壓力，后壓強(qiáng)”

在解決固體相關(guān)物理問(wèn)題時(shí)，我們常常首先需要求解固體受力情況下的壓力，然后再根據(jù)壓力的分布情況來(lái)求解壓強(qiáng).這種先求壓力再求壓強(qiáng)的步驟并非死板的規(guī)定，而是基于以下幾個(gè)原因而形成的.首先，壓力是一種描述物體受力情況的物理量，對(duì)于固體，可以直觀地了解物體受力的大小和方向，從而為后續(xù)的問(wèn)題分析提供基礎(chǔ)[3]；其次，固體容易確定受力面積，進(jìn)而計(jì)算出壓強(qiáng)，因此，先求解壓力有助于我們?cè)谟?jì)算壓強(qiáng)時(shí)有一個(gè)清晰的受力分布情況，避免在計(jì)算壓強(qiáng)時(shí)出現(xiàn)不確定因素；最后，通過(guò)先求解壓力，我們可以更好地理解物體受力的特點(diǎn)，為后續(xù)的問(wèn)題求解提供更為準(zhǔn)確的依據(jù)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和問(wèn)題解決能力.

在求解固體壓力與壓強(qiáng)問(wèn)題時(shí)，首先，應(yīng)分析固體所受的外力情況，包括大小、方向以及受力點(diǎn)的位置等.其次，通過(guò)受力分析，可以初步確定固體所受的壓力分布情況.根據(jù)受力情況，利用力的平衡條件和牛頓第二定律，求解出各個(gè)受力點(diǎn)所受的壓力大小，并確定其作用方向.通?？梢岳昧Φ暮铣苫蛘叻纸獾姆椒?，將復(fù)雜的受力情況化簡(jiǎn)為單個(gè)受力點(diǎn)的壓力求解問(wèn)題.然后，根據(jù)壓力分布情況，確定受力面積的大小和形狀.在實(shí)際問(wèn)題中，受力面積可能是各種形狀的區(qū)域，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行面積計(jì)算.利用所得的壓力值和受力面積，計(jì)算出固體上各個(gè)部分的壓強(qiáng)分布情況.根據(jù)定義，壓強(qiáng)等于單位面積上的壓力，因此，可以通過(guò)壓力和受力面積的關(guān)系直接得出壓強(qiáng)的數(shù)值.最后，綜合考慮壓力和壓強(qiáng)的分布情況，對(duì)固體受力情況下的物理特性進(jìn)行全面分析，得出結(jié)論并解決實(shí)際問(wèn)題.

例1如圖1所示，甲和乙是兩個(gè)實(shí)心的正方體金屬塊，水平放置在地面上，此時(shí)，如果把乙放置于甲的正上方，則甲對(duì)地面的壓強(qiáng)恰好等于乙單獨(dú)對(duì)地面的壓強(qiáng).若甲金屬塊的底面積為400 cm2，其單獨(dú)對(duì)地面的壓強(qiáng)為4 000 Pa，乙金屬塊的質(zhì)量為48 kg.問(wèn)：此時(shí)如果將甲乙兩個(gè)金屬塊沿著水平方向切下相同高度，使得甲對(duì)地面的剩余壓強(qiáng)大于乙對(duì)地面的剩余壓強(qiáng)，h應(yīng)取何值？（求出范圍即可）

解析題目要求求解h的取值范圍，需要利用壓強(qiáng)的公式進(jìn)行不等式的聯(lián)立，從而化簡(jiǎn)得到h的范圍.由于甲與地面的接觸面積已知，利用壓強(qiáng)的公式p=FS，進(jìn)而繼續(xù)倒推，此時(shí)應(yīng)該獲得乙金屬塊和地面的接觸面積，才能使用壓強(qiáng)公式聯(lián)立不等式.通過(guò)題目的條件，可簡(jiǎn)單計(jì)算出甲金屬塊的重力大小為 160 N，由題目可得，如果將48 kg的乙金屬塊放置在甲的上方， 這時(shí)甲對(duì)地面的壓強(qiáng)大小可以計(jì)算出：

p甲′=F甲S甲=G甲+G乙S甲=160 N+48 kg×10 N/kg0.04 m2=16 000 Pa

又因?yàn)榧?、乙兩個(gè)金屬塊對(duì)地面的壓強(qiáng)相等， 則p乙=p甲′=16 000 Pa，又知道甲和乙質(zhì)量相等，則G乙=G甲=160 N， 則正方體乙的底面積S乙=G乙P乙=160 N16 000 pa=0.01 m2， 所以乙的邊長(zhǎng) l乙=S乙=0.01 m2=0.1 m.

到目前為止，我們已經(jīng)獲得了一些必要的條件，包括甲和乙與地面接觸的具體面積，以及它們剩余部分重量的表示方式.因此，我們可以根據(jù)壓強(qiáng)公式列出相應(yīng)的不等式，對(duì)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.所以剩余部分對(duì)地面的壓強(qiáng)p剩=G剩S=ρS（l-h）gS=ρ（l-h）g，所以p甲剩=ρ甲（l甲-h）g，p乙剩=ρ乙（l乙-h）g.已知剩余部分的高不能小于0， 所以不難得出，切去高度的取值范圍為： 335 m

點(diǎn)評(píng)由于固體表面積多數(shù)情況下較為固定，因此求壓強(qiáng)時(shí)，可先從壓力入手，利用壓強(qiáng)公式進(jìn)行推導(dǎo)，能夠更加直觀地理解物體受力情況，從而建立起更為清晰的計(jì)算框架.這種思路能夠幫助學(xué)生在解決問(wèn)題時(shí)更好地把握物理規(guī)律，因此，還有利于建立邏輯推導(dǎo)的框架，避免在推導(dǎo)過(guò)程中迷失方向.同時(shí)，這種思路也有助于學(xué)生對(duì)物理概念的深入理解，提高解題的效率和準(zhǔn)確性.因此，對(duì)于固體問(wèn)題，采用“先壓力，后壓強(qiáng)”的思路是非?？茖W(xué)和合理的.

2 液體“先壓強(qiáng)，后壓力”

在解決液體相關(guān)的物理問(wèn)題時(shí)，我們常常首先需要求解液體受力情況下的壓強(qiáng)，然后再根據(jù)壓強(qiáng)的分布情況來(lái)求解液體受力的大小，即壓力.這種先求壓強(qiáng)再求壓力的步驟順序也是基于以下幾個(gè)原因而形成的.首先，在液體中，受力情況分析不便，受力面積分析也不便，通過(guò)求解壓力不能直觀地了解液體受力的大小和分布情況，也不能為后續(xù)的問(wèn)題分析提供基礎(chǔ)[4]；其次，液體受力作用于其表面，受力點(diǎn)通常是分布在一個(gè)面上，因此首先求解壓強(qiáng)有助于我們?cè)谟?jì)算受力大小時(shí)有一個(gè)清晰的受力分布情況，避免在計(jì)算受力大小時(shí)出現(xiàn)不確定因素.此外，通過(guò)先求解壓強(qiáng)，我們可以更好地了解液體受力的特點(diǎn)，為后續(xù)的問(wèn)題求解提供更為準(zhǔn)確的依據(jù)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和問(wèn)題解決能力.

在求解液體壓強(qiáng)與壓力問(wèn)題時(shí)，首先求解壓強(qiáng)，根據(jù)液體受力情況，利用液體靜力平衡條件，求解出液體上各點(diǎn)的壓強(qiáng)大小，并確定其分布情況.通?？梢岳靡后w靜力平衡方程，計(jì)算出液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓強(qiáng)情況.然后可以利用公式求解壓力，利用所得的壓強(qiáng)值和液體密度、液體高度等條件，綜合考慮壓力和壓強(qiáng)的分布情況，對(duì)液體受力情況下的物理特性進(jìn)行全面分析，得出結(jié)論或者解決實(shí)際問(wèn)題.

例2如圖2所示，將一只平底水桶平置在地面上，已知水桶的質(zhì)量為1 kg，底面積為 5×10-2m2，桶內(nèi)裝入50 cm深的水后，水的質(zhì)量為28 kg，請(qǐng)利用所學(xué)知識(shí)，對(duì)壓力F1和F2進(jìn)行比較.（其中F1表示水對(duì)桶底的壓力，F(xiàn)2表示桶對(duì)地面的壓力，g取 10 N/kg）

解析我們需要先求得液體的壓強(qiáng)，然后再計(jì)算壓力.根據(jù) p=ρgh可求得水對(duì)桶底的壓強(qiáng)，再利用 p=FS變形可求得水對(duì)桶底的壓力.我們可以利用重力公式計(jì)算出水和桶的總重力， 桶對(duì)地面的壓力等于水和桶的總重力， 最后比較水對(duì)桶底的壓力 F1和桶對(duì)地面的壓力F2的大小關(guān)系.

由于水桶內(nèi)水深h=50 cm=0.5 m， 因此水對(duì)桶底的壓強(qiáng)為 p=ρgh=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.5 m=5×103 Pa；再由 p=FS可得， 水對(duì)桶底的壓力F1=pS=5×103 Pa×5×10-2m2=250 N；而水和水桶的總重力為G總=m總g=m桶+m水g=（1 kg+28 kg）×10 N/kg=290 N，所以桶對(duì)地面的壓力F2=G總=290 N，所以F1小于F2.

點(diǎn)評(píng)通過(guò)首先考慮液體內(nèi)部的壓強(qiáng)，幫助我們直觀地理解液體受力的情況，以及在液體內(nèi)各點(diǎn)上受到的壓力分布.因此，在液體分析中，采用“先壓強(qiáng)，后壓力”的思路能夠幫助我們更好地理解和解決液體壓力相關(guān)的物理問(wèn)題，是一種科學(xué)而有效的方法.這種分析方法幫助我們能夠更深入地了解液體內(nèi)部的壓力變化，對(duì)于液體力學(xué)和壓力傳播的研究具有重要意義.此外，這種思路也有助于我們?cè)诠こ虒?shí)踐中更好地設(shè)計(jì)液體系統(tǒng)，優(yōu)化液體傳輸過(guò)程，并且能夠指導(dǎo)我們更準(zhǔn)確地評(píng)估液體承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性.因此，通過(guò)先考慮液體內(nèi)部的壓強(qiáng)，再推導(dǎo)壓力分布情況，可以為工程技術(shù)領(lǐng)域提供更加可靠和精確的分析方法，有助于促進(jìn)液體力學(xué)理論的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)步.

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文的探索與總結(jié)，我們對(duì)固液壓力壓強(qiáng)分類解題步驟有了更清晰的認(rèn)識(shí)與理解.固體和液體在受力作用下都會(huì)產(chǎn)生壓力，而壓力施加在單位面積上的效果稱為壓強(qiáng)，這是物理學(xué)中一個(gè)非常重要的概念.在教學(xué)中，我們應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生充分理解固液壓力壓強(qiáng)的求解步驟，培養(yǎng)他們對(duì)問(wèn)題分類解決的能力，從而提高其物理學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量.此外，通過(guò)引入實(shí)際例題的分析與討論，學(xué)生將能夠更好地將理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際問(wèn)題中，培養(yǎng)其動(dòng)手能力和實(shí)際解決問(wèn)題的技能.同時(shí)，教師在教學(xué)中也可以根據(jù)分類解題的步驟設(shè)計(jì)更具針對(duì)性和啟發(fā)性的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考、積極探索，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，培養(yǎng)綜合素質(zhì)，為其未來(lái)的學(xué)習(xí)和發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

［1］ 孫鐵軍.淺談初中壓力壓強(qiáng)疑難問(wèn)題的突破策略[J].數(shù)理化解題研究，2020（14）：67-68.

[2] 崔璨.初中物理壓力、壓強(qiáng)的難點(diǎn)分析與突破 [J].中學(xué)物理， 2016， 34 （6）： 95-97.

[3] 紀(jì)獻(xiàn)夫.淺析初中物理“壓力與壓強(qiáng)”內(nèi)容的運(yùn)用 [J].中國(guó)教師， 2013（24）： 55-56.

[4] 楊杰.初中物理壓力和壓強(qiáng)典型例題分析 [J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（初中版）， 2004（6）： 37-39.

［責(zé)任編輯：李璟］