形变与弹力

【知识点名称】形变与弹力【课标内容对照（沪科J）《课程标准》的要求（沪科J）*通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律，能用动摩擦因数计算摩擦力。

（沪科J）*知道常见的形变，通过实验了解物体的弹性，知道胡克定律。

（沪科J）*理解牛顿运动定律，用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。

(注：对于(课程标准)中这一条，在本章中仅涉及牛顿第三定律。

【三维目标】(鲁科J)1．知道常见的形变。

(鲁科J)2．会用简单器材显示微小形变。

(鲁科J)3．会判断弹力的有无及弹力的方向。

(鲁科J)4．通过实验探究弹力与形变的关系，知道胡克定律。

【知识与能力】(鲁科J)知道常见的形变及胡克定律。

了解弹力在生产和生活中的应用。

【过程与方法】(鲁科J)探究弹性体的弹力与形变量的关系。

【情感态度与价值观】(鲁科J)体验各种力现象的奇妙，保持对力现象的探索热情。

体会各种力在生活、生产中的应用，发展将知识服务于人类的愿望。

【重难点知识】【内容结构概述】(鲁科J)“形变与弹力”。

该节通过生活现象和实验探究，让学生充分体验和认识各种形变，如微小形变、弹性形变和范性形变等；探究弹力与形变的关系，了解弹力的广泛应用。

【教学建议】(鲁科J)1．本节通过生活现象和实验探究来认识各种形变，如微小形变、弹性形变和范性形变等；探究弹力与形变的关系，了解弹力的广泛应用。

本节的信息量和活动量很丰富，实践性和趣味性很强，目的是让学生充分感受身边的弹性现象，调动起探究弹性世界的欲望。

(鲁科J)3．明显的形变是学生经常见到的。

但微小的形变却难以观察到，因此做好实验、引导学生观察很重要。

(鲁科J)教材用光点的移动和水柱的升降来演示微小形变，这是物理研究中常用到的放大方法，在以后的学习、研究中还会不断地用到，教师应引导学生认真体会这种方法的精妙之处。

这两个实验器材简单，效果明显，现象有趣，具体做法详见实践活动。

(鲁科J)4．形变分为弹性形变和范性形变，教学时可让学生联系他们的生活实际。

多举一些例子，以便区分它们。

对于弹性形变的原因。

可结合分子理论来分析。

(鲁科J)5．对于弹力产生的条件，要强调：两物体直接接触；两物体的接触处发生弹性形变。

中学常接触的弹力是压力、支持力和拉力。

对于弹力的方向，要强调弹力的方向总是与物体形变的趋向相反，因此判断弹力的方向，关键是弄清物体形变的趋向。

(鲁科J)6．弹力大小与形变的关系一般比较复杂，教材以最简单的弹簧为例进行了探究。

由于存在实验误差，学生得出的两者关系不一定是正比关系，因此在探究过程中要提醒学生，无论是读取数据还是处理数据都要实事求是，不能人为编造数据去凑合结论，要注重科学精神的培养。

数据处理时，既可把数据代入进行比较，也可在坐标纸上描图线，或两者都用，加强图象处理数据能力的培养。

(鲁科J)7．对于胡克定律的公式F=kx，要强调其物理意义，否则学生容易乱套公式。

明确胡克定律在弹性限度内成立，x是弹簧的变化量(伸长或缩短)而不是弹簧的长度。

【导语引入】(人教K)自然界的四种基本力是不需要物体相互接触就能起作用的，但是在日常的生活和生产活动中，我们所观察到的相互作用，无论是推、拉、提、举，还是牵引列车、锻打工件、击球、弯弓射箭等，都是在物体与物体接触时才发生的，这种相互作用力可称为接触力。

我们通常所说的拉力、压力、支持力、阻力等都是接触力。

接触力按其性质可归纳为弹力和摩擦力。

它们在本质上都是由电磁力引起的。

【知识点讲解】形变(鲁科K)生活中形变无处不在。

面包上的手印(图4—19)，束在头发上的橡皮筋，凹陷的沙发，拨动的琴弦(图4-20)……这些都是生活中常见的形变现象。

我们把物体发生的伸长、缩短、弯曲等变化称为形变(deformation)。

(鲁科K)有的物体形变明显，容易观察；有些物体的形变却很难直接观察到。

例如，一辆汽车行驶在大桥上，桥面会产生形变；用钢丝悬挂一个苹果，钢丝也会产生形变。

这些都属于微小形变，不容易直接观察到。

对于这些不易直接观察到的微小形变，可用某种装置来验证其存在。

(鲁科K)当撤去使物体发生形变的外力后，有的物体能恢复原状，有的物体则不能恢复原状。

我们把撤去外力后能恢复原来形状的物体称为弹性体，弹性体发生的形变叫做弹性形变。

橡皮筋(图4-23)、弹簧等是典型的弹性体。

有些物体如房屋地基、水库堤坝、大型建筑的梁架等，在形变极小时，也可看成弹性体。

(鲁科K)有些物体发生形变后不能恢复原来形状，这种形变叫做范性形变。

例如，橡皮泥(图4-24)、弯曲了的铁丝等发生的形变是范性形变。

(鲁科K)生活经验告诉我们，弹性体的形变不能无限增大。

当弹性体形变达到某一值时，即使撤去外力，物体也不能再恢复原状，这个值叫弹，睦限度(elastic limit)。

(鲁科K)铜丝在被拉伸过程中，其形变与铜原子的引力范围有关。

当铜丝被拉伸时，由于铜原子的引力，铜丝可以恢复到原来的长度，这属于弹性形变；但是若继续拉铜丝，当铜原子间的距离拉得太大时，铜原子的引力不能使其恢复到原来的位置，这时铜丝就无法恢复到原长甚至会断裂。

(人教K)弹性形变和弹力物体在力的作用下形状或体积发生改变，叫做形变 (deformation)。

有些物体在形变后能够恢复原状，这种形变叫做弹性形变(elastic deformation)。

图3．2-1的例子说明，发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做强力(elastic force)。

如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后，物体就不能完全恢复原来的形状。

这个限度叫做弹性限度(elastic limit)。

任何物体受力时都会产生形变，只是有的形变很小，不易观察。

在图3．2-2中，一块三角形有机玻璃压在另一块有机玻璃上，发生的形变很小，肉眼不能看出。

但是，形变使有机玻璃内不同部位的光学性质产生了差异，让特殊的光通过时，可以看到这种差异。

(人教K)几种弹力放在水平桌面上的书与桌面相互挤压，书和桌面都发生微小的形变。

由于书的形变，它对桌面产生向下的弹力F，，这就是书对桌面的压力。

由于桌面的形变，它对书产生向上的弹力 2，这就是桌面对书的支持力(图3．2-3)。

（沪科K）形变与弹力（沪科K）拔河比赛中使用的虽然是一根很结实的绳子，但受到两队运动员方向相反的拉力后，它也会微微伸长。

（沪科K）实践证明，任何物体，即使受到很小的力，都会发生形变。

图3-17 讲台的微小形变把一支激光笔固定在讲台上，使得在对面墙上形成一个鲜红的光斑，然后稍稍用力压一下讲台，光斑就会发生明显的移动。

（沪科J）(1)可补充微小形变的实验，如图t-3-1所示：在盛有红色水的玻璃瓶里通过软木塞插一根细管，用手挤压瓶壁，可看到管内液柱上升。

（沪科K）发生形变的物体．由于要恢复原状，就会对跟它接触使它发生形变的物体产生力的作用，这种力叫做强力(elastic force，图3-18)。

所以，弹力和形变始终伴随在一起，形影不离。

（沪科J）(2)通过教材图3-18，应强调弹力的产生条件、施力者、受力者。

弹力是由发生形变的物体产生的，作用在使它发生形变的其他物体或物体的其他部分上。

（人教J）光弹性材料简介教科书图3．2-2是一幅物体接触、挤压、相互产生形变的照片，其中所用塑料是一种“光弹性材料”。

所谓光弹性材料是指某种材料在偏振光场中各向同性的光弹性模型，在荷载作用下会产生暂时双折射效应(各向异性)，其主折射率和主应力有关，主折射率又可由相应的光程差来确定，因此可以用光程差来确定主应力。

具有双折射效应的透明塑料制成的结构模型置于偏振光场中，当给模型加上载荷时，即可看到模型上产生的干涉条纹图。

测量此干涉条纹，通过计算，就能确定结构模型在受载情况下的应力状态。

光弹性材料的这一性质可应用于检测工程构件如机翼、汽车发动机架、混凝土构件等，应变的全场分布状况并确定应力集中的区域和三维内部应力问题。

这一检测技术称为“实验应力分析方法”。

技术上将光弹性材料(如环氧树脂)制成的小薄片和覆盖在这薄片上的偏振片组成应变计。

测试时将光弹性应变计固定在构件的表面上，当构件受载荷时薄片就能随构件一起变形。

这种变形在偏振光场中以等差线条纹的移动或增多反应出来。

故能直接指明被测点的应变大小和方向。

这种检测技术的优点是能够用到工业现场的实测中去；不仅能测量静态弹性应力，而且能测动态应力、残余应力等。

能检测金属材料、混凝土、木材、复合材料、岩石、橡胶等结构和零件。

课文中的照片是光弹性塑料在偏振光场中所摄取的干涉条纹，它反应了两塑料块相互挤压时应力变化的情况。

(选自《大百科全书》光盘1．1版“力学”“光弹性贴片”) （人教J）(1)弹性形变和弹力的教学教学中首先要让学生建立弹性形变的物理情景。

教科书中例举了弹簧、弯曲的竹竿等物体的形变，教师也可以演示弓箭、橡皮筋等的形变。

这里要说明两个问题：第一，这些物体的形变可以恢复；第二，物体在恢复形变的过程中，对其他物体施加了力的作用。

物体对桌面的压力、悬线对物体的拉力也是弹力，由于学生看不见桌面或悬线的形变，因此理解起来比较困难。

做好微小形变的演示实验很重要。

课本图3．1-10的演示实验，用小激光器作光源，在普通教室中就能看得很清楚，效果很好。

教师也可以用横截面是椭圆形的或扁方形的玻璃瓶子做此实验，如图3-3所示。

挤压玻璃瓶的不同位置，液面既可上升，也可下降，以使学生确信微小形变的存在。

弹力(鲁科K)蹦极时，人由于自身所受的重力而下落，被拉伸的蹦极绳又会产生向上的力，把人拉上去。

正是在这上上下下的振荡中，蹦极者体会到了极大的刺激(图4-25)。

(鲁科K)如图4-26所示，当手压弹簧时，手会感受到弹簧的作用力；如果松手，弹簧的作用力会使小球弹出。

(鲁科K)此类事例说明，物体发生弹性形变时，会产生一种使物体恢复原状的力，这种力叫做弹力(elasticforce)。

通常所说的压力、支持力、拉力都是弹力。

弹力的方向总是与物体形变的趋向相反，以使物体恢复原状。

如伸长的绳要恢复原来的长度，就要对使它伸长的物体产生弹力，方向指向绳子收缩的方向。

(鲁科K)显然，弹力是由于形变引起的。

那么弹力与物体形变的哪些因素有关呢?我们还是用实验来探究。

(鲁科J)为了使结论可信，应该用不同的弹簧试一试。

在具体安排时，可让不同组用不同的弹簧来做，然后备组交流讨论各自结论。

(鲁科J)在误差范围内，得出的结论是：在弹性限度内，弹簧的弹力和伸长的长度成正比。

(鲁科J)不同材料的劲度是不一样的。

当同一材料的形状和长度不相同时，其劲度也是不一样的(图4-29)。

(鲁科J)选择适当劲度的材料很重要。

例如，机床主轴很小的形变就会影响加工精度，因此必须选择劲度较大的材料，保证主轴具备足够抵抗形变的能力。

(鲁科J)不同劲度的材料各有用处。