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早上起床,你穿鞋的时候有没有想过,为什么同样的体重,穿高跟鞋就比穿运动鞋陷得更深?洗澡的时候,花洒喷出来的水打在身上,为什么感觉力度和站在瀑布下面完全不一样?这些问题看似简单,背后其实都藏着同一个物理概念——压强。
我带过的学生里,有一半一开始对压强都是迷迷糊糊的。原因很简单:课本上给的定义太抽象了,什么"单位面积上受到的压力",听着就头大。但实际上,压强这个词儿咱们日常生活中天天在说,只是没意识到罢了。今天咱们就坐下来,认认真真把这个压强给讲透,争取让你下次遇到相关题目的时候,心里特别有底。
咱们先给压强下个定义。压强是描述压力作用效果的物理量,用字母P来表示。它说的是,单位面积上到底承受了多大的压力。公式特别简单:
P = F / S
这个公式看起来简单,但里面有几个坑得注意。首先,F是压力,不是重力。有学生经常把这两个搞混,我得专门说说这个事。
压力和重力的关系得分情况看。比如你把一本书放在桌面上,书对桌面的压力确实等于书的重力,因为书静止不动,竖直方向合力为零。但如果你用手往墙上按一本书,那书对墙的压力就和你手用的力有关系了,这时候和书的重力半毛钱关系没有。所以拿到题目,第一件事就是搞清楚这个压力到底是怎么产生的。
S是受力面积,这个也得注意。面积单位一定要转换成平方米,1平方厘米等于0.0001平方米,这个换算关系必须记牢。有学生算出来压强单位是帕斯卡,结果数值写了个几万几万的,一看就是面积单位没换算对,白丢分。

固体压强的计算,其实核心就是那个P=F/S公式。但固体有个特点:它受到的压力通常就是它自己的重力(放在水平面上的情况),所以公式可以变形一下。对于放在水平面上的柱形固体,我们可以写成:
P = ρgh
这个推导过程是这样的:F=G=mg=ρVg=ρShg,代入P=F/S,就得到P=ρgh。ρ是密度,g是重力加速度,h是固体的高度。这个公式有什么好处呢?它直接把固体的压强和密度、高度联系起来了,底面积被约掉了。
这个推导式特别有用,但只适用于什么情况呢?必须是密度均匀的柱形固体,而且放在水平面上。如果你面对的是一个上窄下宽的水杯,或者一个奇形怪状的雕像,那就老老实实用P=F/S,别偷懒用这个变形公式。
我给你举个数值的例子,帮助理解一下。比如一个钢块,密度是7800千克每立方米,高是0.5米,放在水平桌面上。那它对桌面的压强就是P=7800×9.8×0.5,算出来大约是38220帕斯卡,也就是约38千帕。这个数字看起来不小,所以如果你在桌上放个很重的金属块,确实能感觉到明显的压力。
根据P=F/S这个公式,增大压强有两种办法:要么增大压力,要么减小受力面积。减小压强则相反,减小压力或者增大受力面积。
生活中的例子太多了。刀刃要磨得很薄,就是为了减小受力面积,这样用很小的力就能产生很大的压强,切菜就轻松。坦克在泥地里走,要装履带而不是轮子,就是通过增大受力面积来减小压强,否则陷到泥里就出不来了。书包带子做得很宽,也是这个道理,减轻对肩膀的压强,背着不那么疼。

这些例子你在课本上可能也见过,但关键是要自己能说出来道理。考试的时候经常会让解释生活中的现象,你要是只会背答案,遇到新例子就傻眼了。一定要理解背后的逻辑才行。
说到液体压强,很多学生就开始懵了。因为液体的压强和固体太不一样了,液体的分子可以流动,会向各个方向传递压力,这点和固体截然不同。
液体压强的特点,我给你总结三条,都是重点:
这三条怎么理解呢?你想啊,液体是有重量的,上面的液体压着下面的液体,所以越深的地方,受到上面液体的压力就越大,压强自然就越大。至于同一深度压强相等,这和液体的流动性有关,液体会沿着各个方向传递压力,到同一深度时,各个方向受到的压力就平衡了。
液体压强的计算公式是什么呢?就是刚才说固体的时候提到过的:
P = ρgh
哎,这个公式和固体的变形公式一样!但含义完全不同。液体这里,ρ是液体的密度,h是液体深度,不是液体的高度。深度和高度有什么区别?深度是你要研究的那个点到液面的垂直距离,而高度是整个液体柱的实际高度。做题的时候一定要看仔细题目问的是深度还是高度。
这个公式只和液体的密度以及深度有关,和液体的总重量、容器形状都没有关系。这点特别重要,我得强调一下。你就是把同样一杯水倒进不同的容器里,底部的压强可能完全不同,但用这个公式算出来,只要深度一样,压强就一样。容器底部受到的压力等于压强乘以底面积,底面积大的,压力就大,但这和压强是两码事。
我给你举个数值的例子。比如一个游泳池,深水区水深2米,水的密度是1000千克每立方米。那水底处的压强P=1000×9.8×2=19600帕斯卡,也就是19.6千帕。这还没算大气压强呢,如果加上大气压强,那得有大约119.6千帕。人站在这么深的水里,确实会感觉到明显的压力,这也是为什么潜水需要考虑压强的问题。
连通器是液体压强里一个特别重要的应用场景。什么是连通器?就是几个底部互相连通的容器。当里面的液体静止时,各容器的液面总是保持相平的。
为什么会这样?假设两个容器液面不一样高,比如左边高右边低。那么左边液面高处产生的压强就比右边大,液体会从左边往右边流,直到两边压强相等,液面平齐为止。
生活中的连通器例子太多了。自来水供应系统就是个大连通器,水塔通常建得很高,通过水管和各家各户连通,这样水流能自动流到各家。家里的茶壶壶嘴和壶身就是连通器,所以壶嘴不能做得比壶身低,否则装不满水。锅炉的水位计也是利用连通器原理,让工人能直接从外面看到锅炉里面的水位。
这部分是很多学生容易混淆的地方,我专门列个表格给你对比一下,看完你就清晰了。
| 比较项目 | 固体压强 | 液体压强 |
| 压力的方向 | 垂直于接触面,方向单一 | 向各个方向都有压强 |
| 计算公式 | P=F/S(普遍适用),P=ρgh(仅限柱形均匀固体) | P=ρgh(普遍适用液体内部) |
| 影响因素 | 压力大小和受力面积 | 液体密度和深度 |
| 是否与容器形状有关 | 与物体形状有关 | 液体压强与容器形状无关 |
| 力的传递 | 固体传递力,但不传递压强 | 液体向各个方向传递压强(帕斯卡定律) |
这里面最关键的区别我得再念叨念叨。固体传递的是压力本身,不是压强。你用手按压固体的这一头,另一头感受到的是同样的压力,但压强要看你按压的面积大小。而液体不一样,它会把压强向各个方向传递,这就是帕斯卡定律的内容:加在密闭液体上的压强,能够大小不变地被液体向各个方向传递。
液压机就是利用这个原理工作的。小活塞上施加小小的力,产生很大的压强,这个压强被液体传递到大活塞,大活塞的面积大,受到的压力就很大。这样就能用小力产生很大的力,实现起重、压制等功能。
这个问题学生问得最多。简单来说,题目如果明确说计算固体对接触面的压强,你就用P=F/S,然后分析F怎么来的。如果是计算液体内部的压强,毫无疑问用P=ρgh。
有一种题型特别容易错:容器底部受到的压力。有学生以为底部受到的压力就等于液体的重力,这是错的。只有当容器是柱形的时候,压力才等于重力。如果是上宽下窄的容器,底部受到的压力其实小于液体的重力;如果是上窄下宽的容器,底部受到的压力就大于液体的重力。但不管容器什么形状,底部受到的压强都是P=ρgh,这个是确定的。
所以解题的顺序应该是这样的:先判断是固体还是液体压强,然后用对应的公式算出压强。如果要求的是压力,再根据P=F/S变形来算。顺序别搞反了,先压强再压力,这样不容易错。
带了这么多学生,我总结了几个最容易犯错的地方,你看看自己有没有中招。
第一个易错点是压力和重力的区分。我刚才说过,放在水平面上的固体,压力等于重力。但如果不是水平放置呢?比如一个物体斜放在桌面上,它对桌面的压力就小于重力。如果是被压在天花板上,那压力可能比重力大得多。所以拿到题目,先画受力分析图,把各个力标出来,再算压力。
第二个易错点是深度的取值。深度是从液面到你研究那个点的垂直距离,不是从容器底部算起的高度。有学生看到题目给的是"水深5米",就毫不犹豫地带进去算,但如果题目问的是容器底部往上1米处的压强,那h应该是4米,不是5米。这种错误太可惜了,读题一定要仔细。
第三个易错点是单位的换算。面积的单位一定要转换成平方米,密度的单位要用千克每立方米,这样算出来的压强单位才是帕斯卡。如果用厘米或者克之类的单位,结果肯定不对。我建议你在草稿纸上先把单位换算好,再往公式里代,这样不容易忘。
第四个易错点是混淆固液公式。固体的P=ρgh是有条件的,必须是密度均匀的柱形固体,放在水平面上。液体的P=ρgh是普遍适用的,用来算液体内部压强。两个公式形式一样,但适用场景完全不同,别弄混了。
压强这部分内容,看起来公式不多,但变化挺多的。我的建议是,多联系生活实际,多做一些有针对性的练习。
首先,概念理解一定要到位。什么叫做压强?为什么要引入压强这个概念?这些最基本的问题,你要是能用自己的话说清楚,说明是真的理解了。 Feynman学习法强调的就是用最简单的语言解释给一个完全不懂的人听,你要是能做到这一步,考试肯定没问题。
其次,公式的推导过程最好自己走一遍。不要死记硬背公式,要明白这个公式是怎么来的。比如固体的P=ρgh,你自己推导一遍,印象深刻,以后遇到变形题也能应对。
最后,做题的时候不要贪多,要精。每做完一道题,想一想这道题考查的是什么知识点,有没有其他解法,和以前做过的题有什么相似之处。物理题目的变化其实是有套路的,你做多了就能看出来。
如果学这部分内容的时候觉得有点吃力,别着急,这是很正常的。压强是初中物理的一个小门槛,迈过去就好了。可以找老师或者同学讨论讨论,有时候别人一句话就能点透你。
在金博教育的物理辅导过程中,我发现很多学生其实不是学不会,而是方法不对,或者练习不够。压强这块内容,只要你理解了概念,记住了公式,做题的时候仔细一点,拿满分不是很难的事情。
好了,关于固体和液体压强的计算,就给你聊到这里。生活中处处有物理,只要你多观察,多思考,会发现物理其实挺有意思的。学习这件事,急不得,慢慢来,扎实一点,比什么都强。祝你学习顺利!

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