2021-2022学年高二物理竞赛课件：刚体的形变和弹性.pptx

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1、1刚体的形变和弹性刚体的形变和弹性 一、固体在外力作用下一、固体在外力作用下 的一般情形的一般情形 二、固体的弹性形变二、固体的弹性形变2 一、固体在外力作用下的一般情形一、固体在外力作用下的一般情形 形变形变 固体受外力作用所发生的形状变化固体受外力作用所发生的形状变化 应力应力 固体受外力作用发生形变时，固体横截面单位面积上内固体受外力作用发生形变时，固体横截面单位面积上内 力的改变量。或：力的改变量。或：固体在单位横截面上产生的弹性力。固体在单位横截面上产生的弹性力。应变应变 固体在外力作用下所发生的相对形变量。固体在外力作用下所发生的相对形变量。5-4 固体的形变和弹性固体的形变和弹性

2、 弹性形变弹性形变 外力撤去后，形变也随之消失，固体形状恢复外力撤去后，形变也随之消失，固体形状恢复原样原样塑性形变塑性形变 外力撤去后，固体形状不能完全恢复原样，产生外力撤去后，固体形状不能完全恢复原样，产生了永久形变了永久形变3FnFFABFFFFABFFSFnLL+LFnFnL+LFnFn应力应力应变应变形变的一种形变的一种4 EB E时，发生塑性形变，外时，发生塑性形变，外力撤去后，仍保留部分剩余形变。力撤去后，仍保留部分剩余形变。B点点 对应的应力对应的应力 B称强度极限称强度极限 =B时，时，固体断裂固体断裂BCEPPEBo o 固体受力作用而被拉伸的整个过程如图所示固体受力作用而

3、被拉伸的整个过程如图所示OP为直线，应力为直线，应力 与应变与应变 成正比，点成正比，点P的应力是满足比例的应力是满足比例关系的最大应力，关系的最大应力，P 称比例极限称比例极限PE P时，应力时，应力 与应变与应变 不满足不满足线性关系，只要线性关系，只要 E，外力撤去后，外力撤去后，形变完全消失形变完全消失.E E称弹性极限称弹性极限,是发生弹性形变的是发生弹性形变的最大应力最大应力5脆体脆体 有些固体的弹性极限与强度极限十分接近，因而塑有些固体的弹性极限与强度极限十分接近，因而塑性形变很小，称为脆体；性形变很小，称为脆体；可塑体可塑体 有些固体的弹性极限与强度极限相距较远，可以有些固体的

4、弹性极限与强度极限相距较远，可以产生很大的塑性形变，称为可塑体。产生很大的塑性形变，称为可塑体。加工硬化加工硬化 实验发现，固体发生塑性形变后的硬度增大了，实验发现，固体发生塑性形变后的硬度增大了，若再要使它发生塑性形变，需要的外力比先前要大。若再要使它发生塑性形变，需要的外力比先前要大。二、固体的弹性形变二、固体的弹性形变弹性形变有四种，分别是：弹性形变有四种，分别是：长变、剪切长变、剪切、扭转和弯曲、扭转和弯曲 长变长变 固体在外力作用下固体在外力作用下沿纵向拉伸或压缩。沿纵向拉伸或压缩。BCEPPEBo o6设有一均匀棒，如图所示。设有一均匀棒，如图所示。拉力规定为正力，形变拉力规定为正

5、力，形变 L也也是正的，固体被拉伸，如图是正的，固体被拉伸，如图(a)压力规定为负力，形变压力规定为负力，形变 L也也是负的，固体被压缩，如图是负的，固体被压缩，如图(b)在长变的情况下，固在长变的情况下，固体的拉伸应变体的拉伸应变 n为为固体受到力固体受到力Fn发生长变，在任一发生长变，在任一横截面上出现的应力横截面上出现的应力 n为为LL+LFnFn(a)L+LFnFn(b)根据胡克定律，在比例极限内，根据胡克定律，在比例极限内，n与与 n间存在线性关系间存在线性关系 n=Y n/长变弹性模量长变弹性模量 杨氏模量杨氏模量7杨氏模量杨氏模量决定于固体材料自身的性质。决定于固体材料自身的性质

6、。密质骨的杨氏模量（密质骨的杨氏模量（GPa）骨骨马马牛牛猪猪人人股骨股骨25.525.014.917.6胫骨胫骨23.824.517.218.4肱骨肱骨17.818.314.617.5桡骨桡骨22.825.915.818.98剪切剪切 当固体受到大小相等、当固体受到大小相等、方向相反、相距很近的两个平方向相反、相距很近的两个平行力作用时，在两力间的固体行力作用时，在两力间的固体各横截面将沿外力方向发生相各横截面将沿外力方向发生相对错动。物体错动的角度称为对错动。物体错动的角度称为剪切角剪切角 ，如图所示。，如图所示。FtFtABCD固体的固体的剪应变剪应变 t为为当当 很小时，近似有很小时，

7、近似有 t=外力外力 /作用面，故应力作用面，故应力/固体固体横截面横截面,因而称为因而称为剪应力剪应力根据胡克定律，应有根据胡克定律，应有 t=G t 剪切模量剪切模量）ttFtFtSA BS）=tg 例例：长为：长为l、质量为质量为M 的小车静止放置在水平光滑轨道上，的小车静止放置在水平光滑轨道上，车车 上有一质量为上有一质量为m的人的人,从静止开始由从静止开始由A端走到端走到B端，求小端，求小车和人各自的位移是多少车和人各自的位移是多少xAB解解：人和小车组成的系统沿水平方：人和小车组成的系统沿水平方向受到的合外力为零，根据质心运向受到的合外力为零，根据质心运动定理动定理质心加速度质心加

8、速度 质心速度质心速度 质心位置质心位置 设小车最终的位移为设小车最终的位移为 x,车的质心距车车的质心距车B端的距离为端的距离为0 x人在人在A端和端和B端时系统质心坐标分别是端时系统质心坐标分别是因质心位置不变，所以因质心位置不变，所以 xc0=xc解得解得 小车移动距离小车移动距离 人对地面位移为人对地面位移为xAB0 x l MmmMn 若质点系所受外力矢量和为零，则质心静止或若质点系所受外力矢量和为零，则质心静止或 质心运动定理有其局限性，仅给出质心加速质心运动定理有其局限性，仅给出质心加速度，未对质点系运动作全面描述，但它毕竟为我度，未对质点系运动作全面描述，但它毕竟为我们描述了质点系整体运动的重要特征们描述了质点系整体运动的重要特征 将实际物体抽象为质点，只考虑质心运动而将实际物体抽象为质点，只考虑质心运动而忽略了各质点相对质心的运动，这正是质点模型忽略了各质点相对质心的运动，这正是质点模型的实质的实质由此可见，内力不会影响质心的运动状态。由此可见，内力不会影响质心的运动状态。n 若外力矢量和不为零，则质心的加速度与把全若外力矢量和不为零，则质心的加速度与把全部质量集中在质心处的质点的加速度相同。部质量集中在质心处的质点的加速度相同。做匀速直线运动；做匀速直线运动；