資源簡介

2.6蛋殼與薄殼結構
【教學內容】
本課從關注蛋殼的結構特征到認識其抗壓能力，并以建筑上常用的拱結構為橋梁，發展到認識與蛋殼相似的薄殼結構。本課教學內容分三部分。第一部分，研究雞蛋殼的形狀特點。這里包括兩個活動：一是指導學生觀察并描述蛋殼的特點，激發他們的學習興趣；二是研究蛋殼的精妙之處，通過試著握碎雞蛋、戳破蛋殼、用蛋殼承載重物，發現蛋殼抗壓能力的優勢。第二部分，觀察比較蛋殼和拱的外形，認識拱形建筑和建筑上的拱結構，并通過測試拱的承重能力，發現拱也具有抗壓能力強的特點。第三部分，通過閱讀了解人們受蛋殼的啟示發明了薄殼結構，并在建筑等領域廣泛應用。
【教學目標】
嘗試用握、戳、承重等方式破壞蛋殼，直觀感受蛋殼的穩固。對比蛋殼和拱形，找出兩者之間的關聯。通過承重對比實驗，知道拱橋的承重能力大于平橋。了解拱結構、薄殼結構在建筑等領域的應用。
【重點與難點】
重點：研究蛋殼和拱的承重能力。難點：研究拱的承重能力。
【教學準備】
教師材料：拱形建筑、薄殼建筑的視頻或圖片等。
學生分組材料：完好的雞蛋、蛋殼、鉛筆、平板、塑料瓶蓋、A4卡紙等。
【教學時間】
1課時
【教學過程設計】
一、導入新課
1、猜一猜：
尖尖腦袋圓圓肚，
母雞身體藏著多。
咯嗒咯嗒屁股落，
孵出小雞真可愛。
2、觀察這些建筑的外形，它們和雞蛋有什么相似之處嗎？
二、新課講授
（一）雞蛋殼的形狀特點
材料準備：
雞蛋、蛋殼、鉛筆、平板、塑料瓶蓋等。
1.觀察并描述雞蛋殼的特點
（1）觀察方法
眼睛直接觀察 借助放大鏡觀察 用手摸
觀察順序：外→內
（2）觀察結果
雞蛋呈橢球形，外表光滑，表面有細微的氣孔，內部有一層薄膜。
（3）雞蛋殼的主要成分是碳酸鈣，并不堅硬致密。
用手掰一掰雞蛋殼，有什么發現？
明確：易碎。
（二）研究蛋殼的精妙之處
1、試試用手能把1 枚雞蛋握碎嗎？
注意：用力要均勻，不能掐、磕。
明確：不易握碎。
通常情況下，蛋殼厚度只有0.38毫米。
蛋殼這么薄，為什么禁得住這樣的擠壓？
明確：雞蛋是橢球形的，用手握雞蛋時，手部施加的壓力能被蛋殼外凸的曲面分散，所以雞蛋不易握碎。蛋殼內附著的一層富有彈性的薄膜所產生的預應力，能拉緊整個蛋殼，增加了蛋殼的抗壓能力。
2、哪種情況的蛋殼不容易被戳破？
①雞蛋殼放在塑料瓶蓋上，空殼朝上。捏住鉛筆，垂直向下，筆尖對準雞蛋殼，松手，觀察。
②雞蛋殼倒扣在桌面上。捏住鉛筆，垂直向下，筆尖對準雞蛋殼，松手，觀察。
注意：鉛筆要從同一高度下落，蛋殼無裂紋。
明確：凹形容易被戳破，凸形不容易被戳破。
解釋：為什么凹面朝上容易被戳破，凸面朝上不易戳破？
明確：凸面朝上，受力均勻，蛋殼沒破；凹面朝上，受力不均，蛋殼破裂。
3、 4 枚雞蛋能支撐多重的物體？
將 4 枚雞蛋立在桌面上（每枚雞蛋的上下兩端用塑料瓶蓋固定），在上面放一塊平板，再在平板上逐個加放重物。
注意：重物要輕放，逐步放，越往后重物越要小心輕放。
實驗現象：雞蛋能承受很多本書的重力。
實驗結論：從外部給蛋殼施壓，蛋殼具有較大的承重力。
解釋：蛋殼為什么能承受這么大的壓力？
明確：雞蛋表面的曲面結構能夠很好地分散所承受的壓力，因此雞蛋殼雖然很薄，但它承受外界沖擊的能力較強。
（二）觀察比較蛋殼和拱的外形
1、在蛋殼上畫一條線，這條線是什么形狀的？或者說像什么？
明確：這條線是拱形，蛋殼曲面可以看成由無數的拱形拼接而成。
2、外形為弧形的建筑結構被稱為拱。如，玉帶橋、無梁殿。無梁殿沒有木梁、木柱，全殿用磚石砌成大大小小的拱券結構。
3、你見過哪些拱形建筑或建筑上的拱結構？
預測：常見的拱形：拱門、牌坊、城堡、水渠、宮殿等。著名拱形建筑：法國的凱旋門、中國的趙州橋、古羅馬水渠等。
4、蛋殼抗壓力能強，拱結構也具有這樣的特點嗎？我們來測一測拱的承重能力吧。
（1）材料準備：A4紙、木塊、墊圈
（2）實驗步驟
①平行擺放兩塊小木塊，小木塊間距離小于A4紙的寬度。A4紙平放兩木塊之上，做成平橋。
②同樣的A4紙拱成拱形，兩底邊用木塊抵住，做成拱橋。
③分別在平橋和拱橋上逐個加放墊圈，直到橋面坍塌。
（3）注意：橋墩不可移動，橋墩距離一樣。
墊圈大小一樣，要輕放。
（4）實驗記錄
（5）實驗結論：拱形橋面的承重能力比平橋的橋面承重能力強。
5、拱為什么能承受巨大的壓力？
明確：拱能把受到的壓力向下和向外傳遞給相鄰的部分，如果能抵住外推力，拱就能承受巨大的壓力。
（三）認識薄殼結構
1、薄薄的雞蛋殼之所以能承受很大的壓力，是因為蛋殼曲面可以看成由無數的拱拼接而成的，能夠把受到的壓力分散到蛋殼的各個部分。人們從蛋殼中得到怎樣的啟示？
明確：人們從蛋殼中得到啟示，發明了薄殼結構。薄殼結構具有優越的受力性能，且輕便省料，因此在建筑中被廣泛使用。
2、科學閱讀：薄殼結構
在自然界中，一些植物的種子外殼、動物的蛋殼和各種貝殼，都是天然的薄殼結構。它們用很少的材料獲得無比堅硬的外殼，以抵御外界的侵襲。
以蛋殼為例，通常情況下，蛋殼厚度只有0.38毫米。這么薄的蛋殼，簡直不堪一擊。然而，蛋殼的形狀可以增大它的承受力，凸出向外的曲面能把壓力分散。特別是當它均勻受力時，抗壓性就更強了，遠不是看上去的那么脆弱。
人類從蛋殼這樣的天然殼體中受到啟發，利用混凝土以及其他合金材料的可塑性，將各種形式的薄殼結構運用到大跨度的建筑中。這些薄殼結構的建筑能夠達到力學設計的基本要求——用料少，抗壓能力強。
尋找生活中的薄殼結構建筑或物品，與大家分享吧。
預測：
薄殼結構建筑：國家大劇院、悉尼歌劇院
薄殼結構的物品：燈泡、安全帽、野外帳篷
三、課堂小結
本節課，通過研究雞蛋殼的形狀特點發現蛋殼抗壓能力的優勢，在和拱的外形比較與測試中發現拱也具有抗壓能力強的特點。通過閱讀了解人們受蛋殼的啟示發明了薄殼結構，并在建筑等領域廣泛應用。
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