人教版高中物理选修2-2 2.1 物体的形变 课件（16张PPT）

物理人教版选修2-2
第二章 材料与结构
1.物体的形变

物体的形变
物体在力的作用下，会发生大小和形状的改变，即发生形变。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。
拉伸和压缩形变
用双手拉和压弹簧，看看弹簧的形状有什么变化？
大家做：弹簧的拉伸与压缩
沿弹簧轴线作用一对大小相等、方向相反的外力，弹簧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。
工程中的拉伸和压缩形变
房架中的杆件
斜拉桥的桥索
螺旋起重装置的螺杆
建筑物的支柱
剪切形变、扭转形变和弯曲形变
裁纸刀
剪刀
指甲刀
切割机
电锯
生产生活中常用的剪切工具
思考：物体受到什么样的力才会被剪断呢？
如图所示，在剪床上剪切钢板。
剪床的上、下两个刀刃以大小相等、方向相反、作用线间距很小的两个力作用在钢板上，迫使钢板在两个力之间的横断面mn处发生相对错动，直至最后被剪断。
这种构件承受垂直于轴线的一对大小相等、方向相反、作用线平行且间距很近的力的作用时，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。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。
承受剪切的构件
如图所示，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。
同理，大桥上连接两块钢板的铆钉也属于承受剪切的构件。
生活中的扭转形变
转动时螺丝刀和螺丝钉的形变
转动方向盘时方向盘轴的形变
螺旋桨转动时轴的形变
汽车传动轴的形变
大家做:
弹簧的扭转
双手用力使弹簧扭转，左右手的手指所施加的力有什么特点？
从上面的实验知道，右手的手指对弹簧施加一个力偶（作用于同一刚体上的一对大小相等、方向相反、但不共线的一对平行力），力偶中两个力所在平面跟弹簧的轴线垂直；同时左手的手指对弹簧也施加一个力偶，方向跟前一个力偶相反。弹簧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。
当物体的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。
大家做:
弹簧的弯曲
1.用一只手将弹簧一端按在桌边，另一只手将弹簧的另一端向下拉。两手所施加的力有什么特点？
2.双手用力使弹簧弯曲，两手所施加的力有什么特点？
从实验可看出，当弹簧受到垂直于弹簧轴线的力的作用时，弹簧的轴线由直线变成曲线，这种变形叫弯曲形变。
生活中的弯曲形变
运动员做单杠表演
汽车过桥梁
楼面梁
阳台挑梁
大家做:
纸桥设计比赛
要求：设法用“90克”或更厚的A4纸做一个跨度为15cm的桥，在桥的中央设置砝码，加放砝码质量越大的桥名次越高。
课堂小结
拉伸和压缩形变
剪切形变
扭转形变
弯曲形变
物体的形变在生产生活实际中的应用
问题与练习
预制楼板
1.请你说一说在日常生活和生产实际中，还有哪些形变的例子，并说出是哪种形变。
2.办公用品店有一种在纸上打孔的器械。观察它的结构，说说它为什么能打出孔来。
3.地面有两块钢筋混凝土预制楼板。盖房子时，应按甲的方式还是乙的方式吊装。为什么？
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共同工作呢？
钢筋混凝土架与纯混凝土架的比较
如图，在外力作用下，梁在中性层以上部分承受压力，中性层以下部分承受拉力。当采用纯混凝土梁时，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（甲）。这种裂缝一旦出现就迅速向上扩展，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，既不经济也不合理。并且，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，以承担拉力。从而使钢筋混
凝土梁的承载能力比纯混凝土梁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，提高混凝土柱的承载能力。