探究壓力和壓強(qiáng)

馬如波

一、壓力概念的理解

請(qǐng)同學(xué)們思考：這三個(gè)力有什么共同點(diǎn)呢？

同學(xué)們通過作圖探究不難發(fā)現(xiàn)三個(gè)力的共同點(diǎn)：三個(gè)力都與被壓的物體表面垂直.在物理學(xué)中，把垂直作用在物體表面并指向表面的力稱為壓力.通過作圖同時(shí)知道壓力的方向可以向各個(gè)方向，但一定垂直于受力物體的表面且指向受力物體.

但是根據(jù)生活體驗(yàn)，越重的物體對(duì)地面的壓力越大，同學(xué)們因此可能會(huì)認(rèn)為重力大小決定壓力大小，甚至?xí)`認(rèn)為壓力就是重力，為了不給以后的學(xué)習(xí)造成障礙，現(xiàn)在就以下面三幅圖片和一個(gè)對(duì)比表格來幫助同學(xué)們區(qū)分重力和壓力.

二、壓強(qiáng)概念的建立

從發(fā)現(xiàn)、提出問題，到科學(xué)假設(shè)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究分析，是進(jìn)行科學(xué)研究、建構(gòu)物理新概念的基本思路.下面我們從壓強(qiáng)概念的建立，體會(huì)如何進(jìn)行科學(xué)探究.

1.發(fā)現(xiàn)和提出問題

進(jìn)而提出問題：壓力的作用效果可能與哪些因素有關(guān)呢？不難從圖3可以知道壓力的作用效果與受力面積有關(guān)，從圖4可以知道壓力的作用效果與壓力的大小有關(guān).

上面的觀察分析結(jié)果是否普遍呢？生活中還有哪些現(xiàn)象能支持這個(gè)觀點(diǎn)呢？同學(xué)們可以把鉛筆的一端削尖，用兩只手的食指分別壓住鉛筆的兩端，如圖5所示，可以發(fā)現(xiàn)，接觸筆尖的手指受壓的感覺比另一手指要強(qiáng)得多，并且用的力越大，這種感覺越明顯.也可以一只手掌平壓在氣球上，另一只手的食指頂住氣球，如圖6所示，氣球與手掌接觸的那部分形變較小，而手指頂著的那部分形變明顯，并且用的力越大，形變越明顯.

2.作出猜想和假說

通過上面的觀察以及體驗(yàn)，可以做出如下猜想：

猜想1 壓力的作用效果可能與受力面積大小有關(guān)，壓力一定時(shí)，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯.

猜想2 壓力的作用效果可能與壓力的大小有關(guān)，受力面積一定時(shí)，壓力越大，壓力的作用效果越明顯.

3.制訂計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

如何通過實(shí)驗(yàn)探究你的猜想是否正確呢？需要哪些器材？采取什么研究方法？如何改變壓力，如何改變受力面積？如何辨別壓力的作用效果的大小？

研究方法：控制變量法，研究壓力的作用效果與壓力的關(guān)系時(shí)，控制受力面積不變，改變壓力，具體做法是增加砝碼；研究壓力的作用效果與受力面積的關(guān)系時(shí)，控制壓力不變，改變受力面積，具體做法是把桌子正放、反放.

4.通過實(shí)驗(yàn)，觀察收集數(shù)據(jù)

通過實(shí)驗(yàn)探究，猜想與假設(shè)得到了肯定.

如果沒有小桌子等專門實(shí)驗(yàn)器材，也可用身邊的易取材料替代.如用磚頭代替小桌子，通過平放、豎放來改變受力面積，通過增加磚頭的數(shù)目來改變壓力，具體做法如圖9丙、丁所示.

比較圖乙和丙，海綿受到的壓力大小相同，只是受力面積不同，受力面積大的，海綿凹陷淺，受力面積小的，海綿凹陷較深，由此可得出結(jié)論：當(dāng)壓力相同時(shí)，受力面積越小，壓力的作用效果越顯著.比較圖乙和丁，海綿的受力面積相同，壓力大小不同，壓力越大，海綿凹陷越深，由此可得出結(jié)論：當(dāng)受力面積相同時(shí)，壓力越大，壓力的作用效果越顯著.根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也可歸納出結(jié)論：壓力的作用效果與壓力大小和受力面積均有關(guān)，壓力越大，受力面積越小，壓力作用效果越顯著.

5.分析論證，交流評(píng)估

上面實(shí)驗(yàn)中取材方便，同學(xué)們動(dòng)手容易，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，結(jié)論也容易得出，同時(shí)也能體驗(yàn)到了科學(xué)探究的思維過程，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⑻剿髂芰Φ玫脚囵B(yǎng)，激發(fā)了創(chuàng)造求知欲，領(lǐng)悟了物理學(xué)中解決問題的方法.物理教學(xué)不再是師生封閉在教室里枯燥地講概念、背定律、記公式、做習(xí)題，而是與廣闊的社會(huì)生活相聯(lián)系.

三、生活·物理·社會(huì)

從生活走向物理，從物理走向社會(huì)，同學(xué)們要將課堂學(xué)到的物理知識(shí)、科學(xué)研究方法與社會(huì)實(shí)踐及其應(yīng)用結(jié)合起來，體會(huì)物理在生活與生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用.這不僅可以鞏固已學(xué)的知識(shí)，增加學(xué)習(xí)物理的樂趣，也使自身的價(jià)值得到體現(xiàn)，而且還能培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣和科學(xué)探究的能力.

在我們生活中，有時(shí)需要增大壓強(qiáng)，有時(shí)需要減小壓強(qiáng)，那么我們應(yīng)該從哪些角度去考慮呢？當(dāng)壓力不變時(shí)，可以改變受力面積；當(dāng)受壓面積不變時(shí)，可以改變壓力；亦可以兩者同時(shí)改變.

增大壓強(qiáng)的應(yīng)用：菜刀刀口很薄、飛鏢很尖.

減小壓強(qiáng)的應(yīng)用：鋼軌鋪枕木、書包帶較寬、坦克安裝履帶、載重汽車安裝很多輪子等.