第2节 形变与弹力

预习：
一、形变
1．定义：物体发生的_______、_______、_______等变化称为形变。
注意：任何物体在外力的作用下都能发生形变。只是形变的明显程度不同。有的形变比较明显(如弹簧的伸长或缩短)，可以直接看出；有的形变微小，需要采用特殊方法才可观察到．如利用激光反射法演示坚硬桌面的微小形变，利用细管中液面的升降显示硬玻璃瓶的形变，都是把微小形变放大以利于观察。把微小变化放大以利于观察或测量的实验方法，叫“微量放大法”，这是物理学中研究问题的一种重要方法。

2．原因：__________________________________________
3．类型：弹性形变：撤去外力后，物体_________________________的形变
范性形变：撤去外力后，物体_________________________的形变
4．弹性限度：当弹性形变达到某一值时，即使撤去外力，物体也不能恢复原状，这个值叫______________。
二、弹力
1．定义：物体发生弹性形变时，会产生一种使物体______________的力，这种力叫做弹力。
2．产生条：______________、______________
3．大小：跟物体发生的_____________________程度有关
4．方向：总是与物体_____________________相反，即跟物_____________________一致。
说明：支持力、压力、拉力都是________________。
注意：互相接触的物体之间是否存在弹力，取决于是否存在形变。有些物体形变明显，如弹簧的伸长或缩短，很容易判断出是否有弹力；有些接触物体间形变不明显，判断有无弹力可用假设法。即假设把相接触的某个物体撤去，看研究对象的运动状态有无改变：若无改变，则无弹力作用；若发生改变，则有弹力存在。

常见弹力的方向
1．凡是支持物对物体的支持力，都是支持物因______________而对物体产生的弹力，方向总是______________支持面并______________被支持的物体。
2．凡是一根线(或绳)对物体的拉力，都是这根线(或绳)因为______________而对物体产生的弹力，方向总是指向______________的方向。

四、胡克定律
1．内容：在弹性限度内，弹性体弹力的大小跟弹性体______________（或______________）的长度成______________
2．公式： F = kx
x——伸长（或缩短）的长度，与弹性体本身长度不同。
k——为劲度系数，跟弹性体的粗细、材料、长度等因素有关，这个量反映了弹性体本身的特性，与F和x_______关。

练习：
1．关于弹性形变的概念，下列说法中正确的是（ ）
A．物体形状的改变叫弹性形变。
B．物体在外力停止作用后的形变，叫弹性形变。
C．一根铁杆用力弯折后的形变就是弹性形变。
D．物体在外力停止作用后，能够恢复原形状的形变，叫弹性形变。
2．关于弹力的说法，正确的是( )
A．只要两个物体接触就一定产生弹力。
B．看不出有形变的物体间一定没有弹力。
C．只有发生弹性形变的物体才产生弹力。
D．发生形变的物体有恢复原状的趋势，对跟它接触的物体会产生弹力。
3．关于弹力方向的有关说法正确的是( )
A．放在斜面上的物体受到斜面给的弹力方向是竖直向上的。
B．放在水平地面上的物体受到的弹力方向是竖直向下的。
C．将物体用绳吊在天花板上，绳受物体给的弹力方向是向上的。
D．弹力的方向垂直于接触面或接触点的切线而指向受力物体。
4．下列说法正确的是( )
A．水杯放在水平桌面上受到一个向上的弹力，这是因为水杯发生微小形变而产生的。
B．拿一细竹杆拨动水中漂浮的木块，木块受到的弹力是由于木块发生形变而产生的。
C．绳对物体的拉力方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向。
D．挂在电线下的电灯受到向上的拉力，是因为电线发生微小形变而产生的。
5．如图示，一个重600N的人用300N的力通过绳子和定滑轮拉一个静止在地面上重1 000N的物体，则人受到_______力、________力和重力的作用，其大小分别为_______N、_______N、_______N。对地面的正压力大小为_______N。
6．按下列要求画出下图中物体所受的弹力的示意图。
(1)图：斜面对物块的支持力
(2)图：墙壁对球的支持力
(3)图：大球面对小球的支持力
(4)图：半球形碗内壁对杆下端的支持力和碗边缘对杆的支持力
(5)图；墙和地面对杆的弹力

7．两条劲度系数均为k的轻弹簧，连接后竖直悬挂。在其中点和下
端同时挂上一个重G的小球，则两弹簧的伸长之和为( )
A．2G／k B．G／k C．3G／k D．G/2k

8.两长度相同的轻弹簧，其劲度系数分别为k1=1500N/m，k2=2000N/m，在它们下面挂上同样重物时，它们的伸长量之比x1：x2=________；当它们伸长同样长度时，所挂重物的重力之比G1：G2=__________。

阅读材料：罗伯特•胡克(Hooke Robert 1635—1703)是17世纪英国最杰出的科学家之一。
他在力学、光学、天学等诸多方面都有重大成就。他所设计和发明的科学仪器在当时是无与
伦比的。他本人被誉为是英国皇家学会的“双眼和双手”。
1653年，胡克进入牛津大学里奥尔学院学习。在这里，他结识了一些颇有才华的科学界人士。这些人后大都成为英国皇家学会的骨干。1655年，胡克被推荐给玻意耳当助手，在玻意耳的实验室工作。1663年，胡克获得了学硕士学位，并且被选为皇家学会会员。1665年，胡克担任格列夏姆学院几何学、地质学教授，并从事天观测工作。1676年，胡克发表了著名的弹性定律。1677年至1683年就任英国皇家学会秘书并负责出版会刊。早在1663年，胡克就起草了皇家学会程草案，规定学会的宗旨是“靠实验改进有关自然界诸事物的知识，以及一切有关的艺术、制造、实用机械、发动机和新发明(不牵涉神学、形而上学、道德、政治、语法修辞或逻辑)”。胡克作为该学会的实验工作与日常事务探办人，在长达20多年的学会活动中，接触并深入到当时自然科学活跃的前沿领域，且均做出了自己的贡献。
胡克在力学方面贡献尤为卓著。他从1661年开始积极参加了皇家学会研究重力本质的专门委员会的活动。为了确定物体重力与地心距离的关系，他用一架精密天平放在威斯特敏斯特
教堂的塔尖上，称量一块铁和一段很长的绳子的重量，然后将这块铁挂在绳子的末端再称，看
是否因为铁块十分接近地面而改变重量，结果并无测出明显的改变。后他又在旧圣保罗教堂
重作了这一实验。1674年，胡克发表了《从观察角度证明地球周年运动的尝试》的论，
申根据修正的惯性原理，从行星受力平衡观占’出发，提出了行星运动的三条假设：l.一切天
体都具有倾向其中心的吸引作用或重力，它不仅吸引其本身各部分，并且还吸引其作用范围内
的其它天体；2．每一物体都保持平直、简单的运动而且继续沿直线前进，直到受到其它作用
力影响，因而改变为圆、椭圆或其他曲线运动为止；3．受到吸引力作用的物体，越靠近吸引
中心，其吸引力也越大。胡克在1679年给牛顿的信中正式提出了引力与距离平方成反比的观
点，但他并没有将自己的引力思想如牛顿所作的那样用数学式子表示出，并用太阳、地-球、
月亮、行星和地球上物体的运动实倒采加以验证。因此，把发现万有引力定律的殊荣被牛顿独
占，但胡克的某些想法对牛顿完成万有引力的研究是起着积极的启示作用的。弹性定律是胡
克最重要的发现之一，也是力学最重要基本定律之一．胡克的弹性定律指出：在弹性限度内，
弹簧的弹力f和弹簧的长度x成正比，即f=kx。k是物质的弹性系数，它由材料的性质所决
定，负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长(或压缩)的方向相反。为了证实这一定律，胡克做
了大量实验，制作了各种材料构成的各种形状的弹性体。
胡克在仪器的制造和改进方面的特长；早在其作为玻意耳的助手时就显露出．他协助
玻意耳三次改进了真空泵。第三次改进后的抽气机已具有现代真空泵的雏形。利用这—设备，
玻意耳和胡克完成了气体的玻意耳定律实验。胡克改进的仪器有复式显微镜和用指针读数的轮
式气压计等．他还建议用液体的凝固点及膨胀或收缩程度作为温标刻度的根据。胡克曾经设
计过一架大型的。气候钟”，用以测量和记录风力、风向、温度、压强、和湿度、降雨量等。
由于胡克和玻意耳对皇家学会起着积极的作用，因而人们称颂他们：“如果说玻意耳是皇家学
会幕后的灵魂，那么胡克提供学会的就是双眼和双手了”。胡克热爱科学事业，并为此奉献了
一生。他研究的面十分广泛，如建筑、化石、气象等，他都有所涉猎和贡献。但作为科学家的
素养，胡克还缺少熟练雄厚的数学与逻辑推理功力作为进行研究和思维的武器，这样便不容易
从理论和实践的结合上透彻地分析与解决问题。这也是胡克与牛顿相比的逊色之处。

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