形变与弹力

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手压气球，气球会变形(图1)；手拉弹簧，弹簧会伸长(图2)；人坐木板，木板弯曲(图3)，物体的这种形状或体积的改变，叫做形变，形变有两个方面：①形状的改变：指物体的外观发生变化，如橡皮条拉紧时，由短变长，弹簧的拉伸或压缩等；②体积的改变：指物体的体积发生变化，如用力压排球，排球的体积减小；压海绵，海绵的体积也变小等，我们的身边存在着各种各样的形变，下面让我们一起来认识这些形变。

物体发生形变的原因是受到了外力的作用，任何物体在外力作用下都能发生形变，只是形变的明显程度不同，明显的形变很容易观察。如弹簧被拉伸，但有些微小的形变不易直接观察到，如手推墙壁，墙壁发生的形变，这种形变称之为微小形变，微小形变可采用特殊的方法观察，如利用激光反射法，观察桌面的微小形变，如图4，S是激光小电筒并固定，A和B是平面镜，平行摆放在水平桌面上，首先桌面上不放钩码，激光小电筒发出的光经过两个平面镜的反射在远处光屏上显示一个光点，此时在桌面上放上一个钩码，桌面在钩码作用下发生微小形变，肉眼无法观察到明显现象，但激光电筒发出的光经反射后的光点发生明显的移动，以此证明桌面发生了形变，验证微小形变还可以利用其他方法，如图5，利用细管中的液面的升降观察硬玻璃瓶的形变。

1，形变的分类

形变按照形变后的效果不同可分成弹性形变和塑性形变，任何物体在外力作用下都会发生形变。当形变不超过某一限度时，撤走外力之后，形变能随之消失。这种形变称为弹性形变，如弹簧在一定限度内被拉伸和压缩后还能恢复原状，如果外力较大，当它的作用停止时，所引起的形变并不完全消失，而有剩余形变，称为塑性形变，如橡皮泥被挤压后不能回复原状。

2，形变和弹力的关系

发生弹性形变的物体要恢复原状，会对和它接触的物体产生力的作用，这个力我们把它称为弹力，所以弹力产生的条件是：①物体发生弹性形变；②两个物体接触，通常所说的拉力、压力都属于弹力，接触是产生弹力的前提条件，若无接触，也就无弹力可言，如图6,A和B之间有弹力作用，桌面和B之间有弹力作用，而桌面和A之间没有弹力。因为桌面和A没有直接接触，发生弹性形变是产生弹力的必要条件，相互接触的物体之间并不一定能产生弹力，例如(图7)将两个直径均为d的小球1和2，放入一个内径为2d的容器中，此时球1与球2虽然接触，但它们之间无挤压，没有发生形变，也不会产生相互作用的弹力。

3，形变大小和弹力大小关系

如图8，在一个后面附有长度刻度的弹簧上面挂钩码，当钩码的数量增加时，弹簧中的弹力加大，弹簧的伸长增大，把读出的数据记录在表中。

通过上面实验表格的分析我们可以得出结论：在一定限度内，弹簧的伸长量越长，产生的弹力就越大，并且成一定的比例，而一旦超出了弹簧的承受范围，弹簧的伸长与弹力大小就不成比例了，此时弹簧被损坏了，所以弹簧的使用必须在它的承受范围以内，在弹性限度内，弹簧的伸长与弹力成正比，叫胡克定律，用公式表示就是F=kx，其中k叫劲度系数，x是弹簧长度的变化量，这个公式将在高中物理中学习，初中我们只要了解就行了。

4，典型例题解析

例某实验小组探究橡皮筋所受拉力与伸长量的关系，实验测得一根橡皮筋的有关数据如下表，并发现再次重复实验数据基本相同，

(1)请你根据他们的实验数据，在图9上描点，再把这些点连起来，作出橡皮筋所受拉力与伸长量关系的图像。

(2)我们可以利用这根橡皮筋制作简易测力计，你觉得应用的原理是_____

(3)使用这根橡皮筋制作的测力计的量程为______

(4)请画图并说明怎样确定该测力计的刻度线，要求分度值为0.2N。

解析本题主要考查：①描点法作图的技能，根据表格数据在图表中标出相对应的点，并利用平滑的线将这些点连接起来，②形变和产生弹力大小的关系，在一定限度内。弹簧产生的弹力与形变量成正比，对照表格数据，发现在拉力达到2，4N的时候正比关系被破坏，③仪器分度值的确定方法。

解答　(1)如图10。

(2)原理是在一定限度内，弹簧的形变量与产生弹力大小成正比。

(3)量程为Q～2N。

(4)在不挂钩码的时候，标出指针所指位置，即为0点，在橡皮筋下挂2N钩码，标出指针所指位置。即为2N，在0-2N间用刻度尺分成10等份，每一等份即为0.2N，图略。