1、导 入 新 课,橡皮筋是生活中常见的东西,受力时会发生形变，不受力时又恢复到原来的状态,第1节 物体的形变,第二章 材料与结构,1.知识与能力知道物体在外力作用下有哪几种形变 了解轴向拉伸与压缩形变的概念。了解剪切、扭转和弯曲形变的概念。,教 学 目 标,2. 过程与方法通过本课教学，在初中对弹力已有认识的基础上，进步深化对弹力的产生、性质、效果的认识，并学习研究物理问题的“实验观察思考归纳”科学方法。领会将微小形变放大的实验方法。,3. 情感态度与价值观从任何物体都能发生形变入手，培养实事求是的世界观。,教学重难点,重点形变产生的原因难点各种形变力的方向,1. 拉伸和压缩形变2. 剪切形变、
2、扭转形变和弯曲形变,本 节 导 航,物体在力的作用下，会发生大小和形状的改变，即发生形变（deformation）。,作用在物体上的力的方式不同，物体发生形变的方式也不同。,1. 拉伸和压缩的形变,在物体的各种形变中，最常见的是拉伸和压缩形变。,用双手拉和压条形橡皮（图2.1-1），看看条形橡皮的形状有什么变化？,从观察到的现象可以知道，沿橡皮轴线作用一对大小相等、方向相反的外力，橡皮将发生伸长或缩短变形，这种变形称为拉伸形变（stretch deformation）或压缩形变（compression deformation）。,工程中有很多物体受轴向力作用而产生拉伸或压缩形变。例如房架中的杆
3、件（图2.1-2甲）、斜拉桥中的拉索（图2.1-2乙）、螺旋起重装置上的螺杆（图2.1-2丙）、建筑物中的支柱（图2.1-2丁）等，都发生拉伸或压缩形变。,2. 剪切形变、扭转形变和弯曲形变,物体的形变除了拉伸和压缩，还有,剪 切,扭 转,弯 曲,我们常常用剪刀、裁纸刀来剪断物体,建筑工地上，工人们常使用切割机来切断钢筋,这些都是剪切形变的典型例子。,物体受到什么样的力才会被剪断呢？,想一想,图2.1-4,图2.1-4所示是在剪床上剪切钢板的示意图。剪床的上、下两个刀刃以大小相等、方向相反相反、作用线间距很小的两个力F、F作用在钢板上，迫使钢板在两个力之间的横断面mn处发生相对错动，直至最后被
4、剪断。,这种构件随垂直于轴线的一对大小相等、方向相反、作用线平行且距离很近的力的作用时，两个力之间的横截面沿外力方向发生相对错动的变形称为剪切形变（sheardeformation）。,产生相对错动的截面称为剪切面。剪切面总是与外力作用线平行，且位于方向相反的两外力作用线之间。,图2.1-5,如图2.1-5甲所示，连接两块钢板的螺栓，其所受外力垂直于螺栓轴线，螺栓上半部分与下半部分受到方向相反的两个力，当两个力足够大时，螺栓将发生上、下相对错动的变形（图2.1-5乙）。,同理，大桥上连接两块钢板的铆钉也属于承受剪切的构件。,想一想,条形橡皮的扭转,双手用力使条形橡皮扭转，左右手的手指所施的力有
5、什么特点？,从上面的实验知道，右手的手指对橡皮施加一个力偶，力偶中两个力所在的平面跟橡皮的轴线垂直；同时左手的手指对橡皮也施加一个力偶，这个力偶的方向跟前一个力偶相反。橡皮由于受到这两个力偶的作用，它的任意两个截面都将绕轴线发生相对转动。,当物体在两端受到一对大小相等、方向相反、作用面都垂直于物体的轴线的力偶作用时，物体的各横截面绕轴线发生相对转动，这种形变称为扭转形变（torsion deformation）。,在生活和生产实际中，物体发生扭转形变的情况是很多的，例如,用螺丝刀转动螺丝钉时螺丝刀和螺丝钉的形变,转动方向盘时方向盘轴的形变,螺旋桨转动时它的轴的形变,想一想,条形橡皮的弯曲,1.
6、左手将条形橡皮一端按在桌子边,右手在橡皮另一端向下按(图2.1-7甲).两手所施的力有什么特点?,2. 双手用力使条形橡皮弯曲(图2.1-7乙),两手所施加的力有什么特点?,从实验中可以看到,当橡皮受到垂直于橡皮轴线的力的作用时,橡皮的轴线由直线变成曲线,这种变形叫弯曲变形(bending deformation).,在生活和生产实际中,弯曲形变的事例很多.例如,体操运动员做单杠表演时,单杠的横杠发生弯曲;,汽车通过桥梁时,桥梁发生弯曲,阳台挑梁受到楼面重量和梁自重的作用,也发生弯曲,如何显示微小形变？,想一想,用简单的装置也可以显示微小形变找一个大玻璃瓶，装满水，瓶口用中间插有细管的瓶塞塞住
7、(如图)用手按压玻璃瓶，细管中的水面就上升；松开手后，水面又回到原处这说明玻璃瓶受到按压时发生形变,广 角 镜,钢筋混凝土结构,钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种受力性能完全不同的材料所组成的。混凝土的抗压能力较强而抗拉能力很弱，钢材的抗拉和抗压能力都很强，这两种材料如何结合在一起工作呢？,钢筋混凝土梁与纯混凝土梁的比较如图所示,在外力作用下，染在中性层以上部分承受压力，中性层以下部分承受拉力。,当采用纯混凝土染时，由于混凝土抗拉强度很低，在外力不大时，混凝土梁的受拉区就已经开裂。这种裂缝一旦出现将迅速向上扩展，使梁很快断裂；而此时，梁的受压区混凝土的抗压强度还远远未能被充分利用。,梁的破坏与否完
8、全取决于混凝土的抗拉强度，若将纯混凝土梁用于工程中，梁的截面积势必很大，造成浪费，既不经济又不合理。而且，这种梁受破坏很突然，没有预兆，这是一种脆性破坏。为了克服这一严重缺点，人们在混凝土梁的受拉区配置抗拉强度很高的钢筋，以承提拉力。,从而使钢筋混凝土梁的承载能力比纯混凝土的承载能力大大提高。这样，钢筋和混凝土两种材料的强度特性均得到了较充分的利用。此外，在受压混凝土构件中配置抗压强度较高的钢筋，也可协助混凝土承受压力，提高混凝土柱的压力。,知 识 扩 展,应力和应变,物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位
9、置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。,应力,应变,物体受力产生变形时，体内各点处变形程度一般并不相同。用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的应变。为此可在该点处到一单元体，比较变形前后单元体大小和形状的变化。,课 堂 小 结,1. 物体在力的作用下，会发生形变。,2. 沿物体轴线作用一对大小相等、方向相反的外力，物体将发生伸长或缩短变形，这种变形称为拉伸形变或压缩形变。,3. 物体受垂直于物体轴线的一对大小相等、方向相反、作用线平等且距离很近的力的作用时，两个力之间的横截面沿外力方向发生相对错动的变形称为剪切形变。,4. 当物体在两端受到一对大小相等、方向相反
10、、作用面都垂直于物体的轴线的力偶作用时，物体的各横截面绕轴线发生相对转动，这种形迹称为扭转形变。,5. 当物体受到垂直于物体轴线的力的作用时，物体的轴线由直线变成曲线，这种变形叫弯曲形变。,一个物体放在水平地面上，下列关于物体和地面受力情况的叙述中正确的是（ ） 地面受到了向下的弹力是因为地面发生了形变 地面受到了向下的弹力是因为物体发生了形变 物体受到了向上的弹力是因为地面发生了形变 物体受到了向上的弹力是因为物体发生了形变,课 堂 练 习,A. B. C. D.,C,习 题 答 案,1、日常生活和生产实际中，物体发生形变的例子很多，例如用手提重物，手臂就发生拉伸形变；用扁担挑重物，扁担发生弯曲形变，等等。教材中只是介绍了简单形变，实际形变事例中有很多是组合形变，如教材图2.1-8丁中的阳台挑梁，既有弯曲形变又有剪切形变。,2、打孔器能把物体打出孔来，是由于打孔器使物体发生剪切形变。,3、应按乙的方式。 钢筋混凝土结构能提高构件的强度，是利用了钢材抗拉能力强的特。由于预制楼板主要是受到本身的重力以及它上面其它物体对它的压力的作用，它的上部受压，而下部受拉。如果按甲的方式，钢材起不到提高构件抗拉强度的作用。,
