吳小兵

(江蘇省如皋市江安鎮(zhèn)實(shí)驗學(xué)校,江蘇 如皋 226534)

物理作為自然科學(xué)的一個重要分支,探究自然界中各種物體的運(yùn)動規(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)生對物理知識的系統(tǒng)理解,而且還能夠培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和問題解決能力.文章從固液的壓力與壓強(qiáng)兩個方面展開探討,通過系統(tǒng)歸納總結(jié),指導(dǎo)學(xué)生在解決固液壓力壓強(qiáng)問題時準(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)物理問題時,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)而計算出壓強(qiáng),因此,先求解壓力有助于我們在計算壓強(qiáng)時有一個清晰的受力分布情況,避免在計算壓強(qiáng)時出現(xiàn)不確定因素;最后,通過先求解壓力,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)生的邏輯思維和問題解決能力.

在求解固體壓力與壓強(qiáng)問題時,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)雜的受力情況化簡為單個受力點(diǎn)的壓力求解問題.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)行面積計算.利用所得的壓力值和受力面積,計算出固體上各個部分的壓強(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)際問題.

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

圖1 實(shí)心金屬塊示意圖

點(diǎn)評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),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算框架.這種思路能夠幫助學(xué)生在解決問題時更好地把握物理規(guī)律,因此,還有利于建立邏輯推導(dǎo)的框架,避免在推導(dǎo)過程中迷失方向.同時,這種思路也有助于學(xué)生對物理概念的深入理解,提高解題的效率和準(zhǔn)確性.因此,對于固體問題,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)的物理問題時,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)通常是分布在一個面上,因此首先求解壓強(qiáng)有助于我們在計算受力大小時有一個清晰的受力分布情況,避免在計算受力大小時出現(xiàn)不確定因素.此外,通過先求解壓強(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)生的邏輯思維和問題解決能力.

在求解液體壓強(qiáng)與壓力問題時,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.通常可以利用液體靜力平衡方程,計算出液體內(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,請利用所學(xué)知識,對壓力F1和F2進(jìn)行比較.(其中F1表示水對桶底的壓力,F2表示桶對地面的壓力,g取 10 N/kg)

圖2 裝水的平底水桶示意圖

點(diǎn)評通過首先考慮液體內(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在工程實(shí)踐中更好地設(shè)計液體系統(tǒng),優(yōu)化液體傳輸過程,并且能夠指導(dǎo)我們更準(zhǔn)確地評估液體承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性.因此,通過先考慮液體內(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

通過本文的探索與總結(jié),我們對固液壓力壓強(qiáng)分類解題步驟有了更清晰的認(rèn)識與理解.固體和液體在受力作用下都會產(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)他們對問題分類解決的能力,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運(yùn)用到實(shí)際問題中,培養(yǎng)其動手能力和實(shí)際解決問題的技能.同時,教師在教學(xué)中也可以根據(jù)分類解題的步驟設(shè)計更具針對性和啟發(fā)性的教學(xué)方法,引導(dǎo)學(xué)生主動思考、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),為其未來的學(xué)習(xí)和發(fā)展打下堅實(shí)的基礎(chǔ).