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一、实验目的
通过海绵的凹陷程度,探究压力的作用效果与压力大小、受力面积的关系,建立压强概念。
二、实验原理
- 物体所受的压力与受力面积之比叫压强:p = F / S。单位:帕斯卡(Pa,1 Pa = 1 N/m²)。
- 压力作用效果越明显,海绵凹陷越深;在弹性限度内,海绵的压缩量(凹陷深度)随压强增大而增大。
- 本实验用小桌 + 砝码改变压力 F:F = 重力 G = mg(取 g = 10 N/kg),小桌自重 G桌=2 N,每枚砝码 G码=2 N。
- 改变受力面积 S:小桌正放时四条桌脚着地,S ≈ 4 cm²(每脚 1 cm×1 cm);倒放时桌面着地,S ≈ 96 cm²(桌面 12 cm×8 cm)。
压强:p = F / S 单位 Pa(N/m²);控制变量:面积一定看 F、压力一定看 S
三、实验器材
海绵块(置于水平台面)、小桌(质量 0.20 kg;桌面 12 cm×8 cm,四条桌脚各 1 cm×1 cm)、砝码(每枚 0.20 kg,重力 2 N,共 4 枚)、刻度尺;本互动课件(切换放置方式、加减砝码,实时显示凹陷与压强)。
四、实验步骤
- ① 把小桌正放(桌腿朝下)轻放在海绵上,观察凹陷(面积 S≈4 cm² 一定,压力仅为桌重 F=2 N,作基线)。
- ② 保持正放,逐枚加砝码增大压力(F = 2 N + n×2 N),观察凹陷随压力加深(控制受力面积相同,看压力影响)。
- ③ 取下砝码,把小桌倒放(桌面朝下),压力仍为桌重 F=2 N,观察凹陷变浅(控制压力相同,看受力面积影响)。
- ④ 用 p = F / S 计算各次压强,验证"凹陷越深、压强越大"。
五、互动模拟
💡 切换小桌放法改变受力面积;正放时用"+加砝码 / -减砝码"改变压力。海绵凹陷为真实压痕(桌脚处独立下陷),凹陷深度随压强实时变化,并自动算出压强 p = F/S。
小桌放法(改变面积):
压力(砝码):
桌重 2 N + 0 枚 × 2 N
总压力 F = 2 N
受力面积 S = 4 cm²
= 4.0×10⁻⁴ m²
压力 F = 2 N
凹陷深度 = —
压强 p = F/S = — Pa
六、数据记录
| 次数 | 放法 | 受力面积 S / cm² | 压力 F / N | 凹陷深度 | 压强 p / Pa |
| 调节放法与砝码后点"📌 记录数据"写入下表 |
七、探究结论
- 受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显(海绵凹陷越深)。
- 压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
- 用压强 p = F/S 可定量比较:压强越大,作用效果越明显。
八、注意事项
- 本实验用控制变量法:每次只改变一个量(F 或 S)。
- 受力面积指小桌与海绵的接触面积:正放时是四条桌脚、倒放时是桌面,不是桌面的大小。
- 加砝码应轻放,避免冲击使海绵额外下陷,造成读数偏大。
- 海绵在弹性限度内压缩量与压强近似成正比;压力过大可能超出弹性限度(本课件凹陷设合理上限)。
- 压强单位换算:S 用 m²(1 cm² = 1×10⁻⁴ m²),p 的单位才是 Pa。