資源簡(jiǎn)介

課時(shí)2　材料的性能與規(guī)劃
任務(wù)一　探究材料的性能與應(yīng)用
1.材料是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的物質(zhì)條件，材料以其自身的特性影響著產(chǎn)品設(shè)計(jì)，維持產(chǎn)品功能的形態(tài)，滿足產(chǎn)品功能的要求，它是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類社會(huì)現(xiàn)代文明的重要支柱。
2.在工程領(lǐng)域，一般將材料按化學(xué)成分分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料四大類。木材、金屬材料、塑料等都是常見的材料。
(1)木材是一種優(yōu)良的造型材料，具有較好的強(qiáng)度性能及優(yōu)良的加工性能?？煞譃閷?shí)木板材和人造板材。
實(shí)木板材是指采用完整的木材(原木)制成的木板材。實(shí)木材料具有各向異性的特點(diǎn)，在自然條件下具有吸濕而膨脹、解吸而收縮的特性。木材暴露在空氣中時(shí)，容易受溫度和濕度的影響，發(fā)生尺寸、形狀和強(qiáng)度的變化，導(dǎo)致變形、開裂、扭曲和翹曲等現(xiàn)象。
人造板材在幅面方向上的尺寸穩(wěn)定性好，較實(shí)木而言適用范圍廣。包括密度板、刨花板、膠合板、細(xì)木工板、三聚氰胺板等。
(2)金屬材料是指由純金屬或合金構(gòu)成的材料，具有金屬光澤，有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，以及優(yōu)良的力學(xué)性能和可加工性能。金屬材料的力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、剛度、硬度等，一般以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬強(qiáng)度的指標(biāo)。
①硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，它直接影響材料的耐磨性和切削加工性。一般情況下材料的硬度越高，其耐磨性越好。
②強(qiáng)度是指材料抵抗變形和斷裂的能力。強(qiáng)度是評(píng)定材料質(zhì)量的重要力學(xué)性能指標(biāo)，是設(shè)計(jì)中選用材料的主要依據(jù)之一。根據(jù)受力種類的不同，分為抗壓、抗拉、抗彎、抗剪等。
(3)塑料是一種具有多種特性的材料。它原料來源廣，性能優(yōu)良(質(zhì)輕、具有絕緣性、耐腐蝕性等)，加工成型方便，具有裝飾性，而且價(jià)格比較低廉，廣泛應(yīng)用于儀器、儀表、家用電器、包裝及日常生活用品等各領(lǐng)域。塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。
①熱塑性塑料受熱后可多次成型，廢料可回收再利用。
②熱固性塑料是指在初次成型后形狀固化下來，不能再次熱熔或軟化的塑料。
在隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等惡劣環(huán)境中使用的塑料，大部分是熱固性塑料。
(4)新材料是指新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能或特殊功能的材料，或傳統(tǒng)材料改進(jìn)后性能明顯提高或產(chǎn)生新功能的材料。
任務(wù)二　選擇和規(guī)劃材料
1.在產(chǎn)品設(shè)計(jì)選擇材料時(shí)，首先應(yīng)該考慮材料的性能是否能滿足產(chǎn)品的使用功能、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)要求等。還需要考慮材料應(yīng)具有良好的加工性能，符合造型設(shè)計(jì)中成型工藝、加工工藝和表面處理的要求，優(yōu)先選擇技術(shù)難度小、工藝簡(jiǎn)單、材料利用率高，并與加工設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)相適應(yīng)的材料。
材料的價(jià)格和加工成本直接影響著產(chǎn)品的性價(jià)比。應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合材料的成本，優(yōu)先選用資源豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)量上好的材料。選擇材料時(shí)，安全是最基本的因素，材料的選擇應(yīng)充分考慮可能遇見的各種危險(xiǎn)。
2.在規(guī)劃材料時(shí)，一要做到料盡其用、優(yōu)材不劣用、大材不小用、長材不短用。二要充分考慮材料的顏色、花紋和光澤，外用料要選擇材質(zhì)好、紋理美觀、涂飾性能好的材料。三要考慮材料的加工余量和損耗等因素，保證各部件的順利裝配和作品的尺寸精度。
3.木材在規(guī)劃配料時(shí)需要注意：①要預(yù)先在毛料上規(guī)劃畫線，根據(jù)產(chǎn)品所需部件的尺寸，在長、寬、厚等方面都放寬，留有鋸割、刨削操作的余量；②盡可能避開毛料上對(duì)質(zhì)量有影響的缺陷，做到因材使用；③注意木材的紋理趨向，順紋鋸割便于加工，并能提高木材的利用率；④將沒有疵點(diǎn)、紋理美觀的一面作為正面，把缺陷的部分放背面。
重難點(diǎn)1　探究材料的性能與應(yīng)用
常見材料 名稱 概念 特點(diǎn)
木材 實(shí)木板材 采用完整的木材(原木)制成的木板材 具有各向異性的特點(diǎn)，在自然條件下具有吸濕而膨脹、解吸而收縮的特性 木材質(zhì)輕，具有易于加工和涂飾，隔熱與絕緣的特點(diǎn)；有較好的強(qiáng)度性能以及優(yōu)良的加工性能
人造板材 利用木材在加工過程中產(chǎn)生的邊角廢料，添加化工膠粘劑制作成的板材 人造板材在幅面方向上的尺寸穩(wěn)定性好，較實(shí)木而言適用范圍更廣
金屬材料 由純金屬或合金構(gòu)成的材料 ①具有金屬光澤②有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能③優(yōu)良的力學(xué)性能和可加工性能④其力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、剛度、硬度等⑤一般以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬強(qiáng)度的指標(biāo)
塑料 熱塑性塑料 在一定的溫度范圍內(nèi)，能反復(fù)加熱軟化至熔融流動(dòng)，冷卻后能硬化成一定形狀的塑料 受熱后可多次成型，廢料可回收再利用 ①多種特性②原料來源廣③性能優(yōu)良(質(zhì)輕、具有絕緣性、耐腐蝕性等)④加工成型方便⑤具有裝飾性⑥價(jià)格比較低廉
熱固性塑料 在初次成型后形狀固化下來，不能再次熱熔或軟化的塑料 在隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等惡劣環(huán)境中使用的塑料，大部分是熱固性塑料
新材料 新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能或特殊功能的材料，或是傳統(tǒng)材料改進(jìn)后性能明顯提高或產(chǎn)生新功能的材料
例1 某服裝企業(yè)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)生產(chǎn)一款夏季戶外活動(dòng)服，選用服裝面料時(shí)不需要考慮面料的(　　)
A.絕緣性能 B.防曬性能
C.透氣性能 D.速干性能
答案　A
解析　由于是一款夏季戶外活動(dòng)服，所以防曬性能、透氣性能、速干性能這些都是非常重要的，所以答案選A。
變式訓(xùn)練1 電器產(chǎn)品的底座材料選取時(shí)，一般需要考慮(　　)
A.絕緣性能 B.防曬性能
C.透氣性能 D.速干性能
答案　A
重難點(diǎn)2　選擇和規(guī)劃材料
選擇材料 材料的性能 是否能滿足產(chǎn)品的使用功能、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)要求等
材料的工藝 ①材料應(yīng)具有良好的加工性能②符合造型設(shè)計(jì)中成型工藝、加工工藝和表面處理的要求③優(yōu)先選擇技術(shù)難度小、工藝簡(jiǎn)單、材料利用率高，并與加工設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)相適應(yīng)的材料
材料的成本 ①在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合材料的成本，優(yōu)先選用資源豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)量上好的材料②選擇材料時(shí)，安全是最基本的因素
規(guī)劃材料 ①要做到料盡其用，優(yōu)材不劣用，大材不小用，長材不短用②要充分考慮材料的顏色、花紋和光澤，外用料要選擇材質(zhì)好、紋理美觀、涂飾性能好的材料③要考慮材料的加工余量和損耗等因素，保證各部件的順利裝配和作品的尺寸精度
例2 小明設(shè)計(jì)的雨傘木質(zhì)掛架，安裝在教室后面。從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，其中最合理的是(　　)
答案　D
解析　A和B連接后受力側(cè)桿和橫桿容易脫落。C選項(xiàng)雨傘掛在橫桿上，橫桿容易受彎曲形變，由木紋來看D選項(xiàng)合適。
變式訓(xùn)練2 如圖所示是木箱的木板之間通過燕尾榫連接的結(jié)構(gòu)，用一塊實(shí)木板加工構(gòu)件1, 下列選項(xiàng)中劃線取料最合理的是(　　)
答案　 A
解析　 注意木材的紋理趨向，順紋鋸割便于加工，并能提高木材的利用率；將沒有疵點(diǎn)、紋理美觀的一面作為正面，把缺陷的部分放背面。
1.從性能、成本及加工難易程度綜合考慮，下列材料最適合制作臺(tái)燈燈罩的是(　　)
A.KT板 　　 B.亞克力板
C.鋼板 　　 D.密度板
答案　B
2.如圖所示是1拖5中央空調(diào)(1個(gè)外機(jī)、5個(gè)內(nèi)機(jī))，在安裝空調(diào)時(shí)，其內(nèi)機(jī)與外機(jī)之間需要用密閉管道連通，使氟利昂可以在內(nèi)、外機(jī)之間流動(dòng)，最適合做密閉管道的材料是(　　)
A.鋁合金 B.黃銅
C.鑄鐵 D.不銹鋼板
答案　B
3.下列材料中最適合制作花盆盆體的是(　　)
A.實(shí)木板 B.鑄鐵
C.亞克力板 D.形狀記憶合金
答案　C
解析　 選項(xiàng)C：性能優(yōu)良、加工成型方便，價(jià)格比較低廉，選項(xiàng)正確。
4.如圖所示是一筆記本電腦的散熱管，管道需要良好的氣密性，使冷卻液或蒸汽可以來回流動(dòng)。最適合做散熱管的材料的是(　　)
A.鋁合金 B.黃銅
C.不銹鋼板 D.鑄鐵
答案　B
5.小明準(zhǔn)備用木材制作一款托盆，該托盆由3類構(gòu)件組裝完成，以下關(guān)于3類構(gòu)件的木材規(guī)劃最合理的是(　　)
答案　A
解析　順紋的板材抗拉、抗壓、抗彎曲性能都較好，選擇板材時(shí)應(yīng)選擇順紋的；選擇A。另外開槽時(shí)應(yīng)盡可能少的切斷紋路，保證其強(qiáng)度。
6.小明要制作一個(gè)如圖所示的木質(zhì)抽屜，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)固程度考慮，下列有關(guān)側(cè)板A和前板B的設(shè)計(jì)方案中最佳的是(　　)
答案　B
解析　根據(jù)木紋方向排除CD項(xiàng)，否則榫頭處容易斷裂；燕尾榫的強(qiáng)度比直角榫更高，所以B項(xiàng)的強(qiáng)度更高。
一、基礎(chǔ)鞏固篇
1.下列有關(guān)材料硬度的說法錯(cuò)誤的是(　　)
A.硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)
B.硬度往往和材料的耐磨性和耐久性聯(lián)系在一起
C.一般情況下，材料的硬度越高，其耐磨性越好
D.硬度是指物體抵抗發(fā)生彈性形變的能力
答案　D
2.在一定的溫度范圍內(nèi)，能反復(fù)加熱軟化至熔融流動(dòng)，冷卻后能硬化成一定形狀的塑料是熱塑型塑料。在初次成型后形狀固化，不能再次熱熔或軟化的塑料是熱固型塑料。亞克力板需要折彎的部位放在塑料彎板機(jī)上，待亞克力板受熱變軟后將其折彎一定角度，所以亞克力板是(　　)
A.熱塑性塑料 B.熱固性塑料
答案　A
3.如圖所示是小明設(shè)計(jì)制作的“懸浮”椅子，它屬于一種張拉整體的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，由木材和剛性繩索構(gòu)成，利用繩索與支柱在椅子中導(dǎo)入張力以達(dá)到穩(wěn)固的形式。下列關(guān)于椅座2中4根相同椅腳的取料方案最合理的是(　　)
答案　C
解析　木料規(guī)劃時(shí)應(yīng)該避免木結(jié)疤，且要順著木紋開料。故選C。
4.下列屬于天然材料的是(　　)
A.鋁合金 B.玻璃
C.木材 D.高溫超導(dǎo)材料
答案　C
5.空調(diào)室外機(jī)支架如果強(qiáng)度不夠，會(huì)給樓宇周圍行人及設(shè)施帶來很大的安全隱患。下列不適合做空調(diào)支架的材料是(　　)
A.角鋼 B.鍍鋅鋼板
C.不銹鋼型材 D.PVC塑料
答案　D
6.如圖所示的裝置主要是測(cè)試木材的(　　)
A.抗壓強(qiáng)度 B.抗拉強(qiáng)度
C.抗剪強(qiáng)度 D.抗扭強(qiáng)度
答案　C
7.測(cè)試木棍的抗彎強(qiáng)度，下列試驗(yàn)步驟不必要的是(　　)
A.將木棍的兩端擱在兩張桌子上
B.在木棍中間掛上鉤碼
C.觀察并記錄木棍斷裂時(shí)鉤碼的重量
D.在木棍兩端施加大小相等方向相反的力
答案　D
8.小明準(zhǔn)備在木板上規(guī)劃出如圖中所示的兩塊支撐板，以下方案中最合理的是(　　)
答案　B
解析　木材具有各向異性，根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況，應(yīng)選擇順紋方向。
9.小明打算制作一款如圖a所示的木制收納盒，板1的結(jié)構(gòu)如圖b所示。下列板2設(shè)計(jì)方案中最合理的是(　　)
答案　A
解析　木材規(guī)劃處理時(shí)，為保證強(qiáng)度，應(yīng)該順紋截取，故B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；板1和板2配合，故板2“少”的部分就是板1“多”的部分，故根據(jù)梯形的形狀判斷，D選項(xiàng)錯(cuò)誤；最終可確定A選項(xiàng)正確。
10.小明用兩塊合適的杉木板進(jìn)行如圖所示的燕尾榫連接，由于杉木材質(zhì)較軟，且木材在不同方向上能承受的力相差較大，木材順紋方向的抗拉強(qiáng)度是其橫紋方向抗拉強(qiáng)度的10～20倍，下列方案最合理的是(　　)
答案　C
11.小明想在衛(wèi)生間里設(shè)計(jì)一個(gè)浴巾架，用以懸掛毛巾。如圖所示是小明從網(wǎng)上搜集的圖片信息。之后小明對(duì)浴巾架進(jìn)行了技術(shù)分析，下列分析合理的是(　　)
A.浴巾架可選用實(shí)木制作，不用涂漆
B.浴巾架各個(gè)構(gòu)件之間的連接可選用鉸連接
C.浴室濕度較大，可選用不銹鋼作為原材料
D.浴巾架可選用鈦合金，比較堅(jiān)固
答案　C
解析　應(yīng)注意產(chǎn)品使用環(huán)境以及產(chǎn)品需求。浴巾架應(yīng)用在浴室濕度大，實(shí)木受潮易扭曲變形，構(gòu)件用鉸接強(qiáng)度不夠容易散架，鈦合金成本較高。
12.小明想利用木料邊角制作木陀螺(一根轉(zhuǎn)軸加一個(gè)慣性輪)，根據(jù)木材的特性，下面關(guān)于陀螺的軸及慣性輪的取料方案合理的是(　　)
A.①③ B.①④
C.②③ D.②④
答案　A
解析　本題考查木材的特性。木材因?yàn)榫哂懈飨虍愋?，隨方向的不同表現(xiàn)的性能不同，一般來說，順紋方向強(qiáng)度最好。
13.如圖為小偉設(shè)計(jì)的一種木質(zhì)臺(tái)燈，其高度在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。則下列構(gòu)件1和構(gòu)件2之間的連接件(虛線表示木材紋理)設(shè)計(jì)方案中最合理的是(　　)
答案　A
二、素養(yǎng)提升篇
1.小明家的廚房因?yàn)檠b修，需要購買櫥柜內(nèi)層板，下列板材最合適的是(　　)
答案　D
解析　本題考查材料規(guī)劃。A.實(shí)木板不適合廚房間潮濕，易膨脹及變形后門會(huì)關(guān)不上；B.刨花板強(qiáng)度差，不適合做內(nèi)層板；C.細(xì)木工板怕潮濕，易變形，不適合做櫥柜內(nèi)層板；D.三聚氰胺板表面平滑，硬度大，易維護(hù)清理，適合做在櫥柜中。
2.從功能、強(qiáng)度、人機(jī)關(guān)系等角度分析，下列關(guān)于通用技術(shù)教室所使用的絲錐扳手及板牙扳手的設(shè)計(jì)方案最合適的是(　　)
答案　D
解析　本題考查結(jié)構(gòu)與功能、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、人機(jī)關(guān)系、材料的性能與規(guī)劃。攻絲和套絲需要絲錐扳手和板牙扳手具有足夠的強(qiáng)度，選項(xiàng)中的材料鋼材質(zhì)強(qiáng)度最高，所以選擇D。形狀記憶合金的特點(diǎn)是人們可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)需要改變合金的形狀，到了某一特定的溫度，它們又恢復(fù)到原來的形狀。這里不需要這種特性。另外，防滑紋路可以讓人使用時(shí)更舒適，兩個(gè)扳手都需要。而絲錐扳手攻絲時(shí)的阻力更大，所以更需要防滑紋路。
3.如圖所示是小明設(shè)計(jì)的乒乓球撿球器，撿球時(shí)推動(dòng)硬質(zhì)塑料滾輪滾動(dòng)，使乒乓球從橫條之間擠入內(nèi)部。若橫條采用同一種材料制作，下列材料中合適的是(　　)
A.彈力繩 B.鐵絲
C.銅絲 D.不銹鋼管
答案　A
解析　本題考查方案篩選。乒乓球要從橫條中間擠入，說明要能發(fā)生明顯形變，D不符合要求；為了避免乒乓球再掉出，需要一定回復(fù)力，BC不符合要求，故選A。
4.小明要制作一個(gè)木質(zhì)衣架，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)固程度考慮，下列方案中合理的是(　　)
答案　A
解析　從強(qiáng)度角度考慮，下面應(yīng)設(shè)置斜撐桿，從材料規(guī)劃角度考慮，應(yīng)采用順紋，所以選A。
5.下列圖中所指部分材料選擇不合理的是(　　)
答案　B
解析　插座在使用的時(shí)候，金屬片通電會(huì)發(fā)熱，此時(shí)插座外殼如用熱塑性塑料，會(huì)因?yàn)闊崃慷冃?，引起安全事故，B選項(xiàng)錯(cuò)誤。
6.桐木、杉木、楊木、松木的主要性能參數(shù)如下
木材名稱 桐木 杉木 楊木 松木
密度(g/cm3) 0.25 0.39 0.42 0.438
硬度/N 1 138 1 824 2 540 2 640
體積收縮 10.6% 12.6% 10.2% 10.5%
家用五層落地書架，考慮到能放置更多的書，選用________材料最合適。
A.桐木 B.杉木
C.楊木 D.松木
答案　D
解析　五層落地書架需承受較大重量，應(yīng)使用密度和硬度較大的松木，為減小相框?qū)γ鎾灬數(shù)淖饔昧?，相框?yīng)選用密度小的桐木。
7.新型材料“碳纖維”沒有金屬材料的疲勞問題，可作為航空材料。如表所示是碳纖維(后三行)與金屬材料的性能對(duì)比表，下列說法不正確的是(　　)
材料 密度(g/cm3) 拉伸強(qiáng)度(Mpa)
碳鋼 7.8 490
不銹鋼 7.9 820
鋁合金 2.8 420
CFRP 1.6 1 760
GFRP 2.0 1 245
AFRP 1.4 1 373
A.相較于金屬材料，碳纖維的優(yōu)點(diǎn)是輕，密度一般在1400～2000 kg/m3
B.碳纖維抗拉強(qiáng)度高于相同橫截面積的金屬材料，具有密度小、強(qiáng)度高、抗疲勞能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)
C.塑料、橡膠、木材、陶瓷屬于非金屬材料，碳纖維屬于金屬材料
D.碳纖維常用于制造飛機(jī)的外殼、火箭的燃料儲(chǔ)藏罐等，為設(shè)計(jì)提供了更廣泛的發(fā)展空間
答案　C
8.要制作六根孔明鎖玩具，需要在一塊厚度合適，大小足夠的木材上取下六根木條來制作，在不考慮加工誤差和損耗的情況下，下列四種規(guī)劃方案合理的是(　　)
答案　C
9.如圖是一款木質(zhì)支撐腳，由構(gòu)件1和構(gòu)件2兩個(gè)部分組成，關(guān)于構(gòu)件2的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)正確的選項(xiàng)是(　　)
答案　D
10.小明要制作一個(gè)木質(zhì)掛架，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)固程度考慮，下列方案中最合理的是(　　)
答案　B
解析　方案的設(shè)計(jì)要求是結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，木材順著紋路方向的承重能力較強(qiáng)，首先排除C、D；抗彎曲及抗壓能力B方案好。所以選B。
11.如圖所示是一款組合家具，可根據(jù)需要將床鋪、書架、沙發(fā)、升降桌等組合在一起。請(qǐng)根據(jù)圖片及其描述完成以下任務(wù)：
(1)下列分析中不正確的是________(A.護(hù)欄間距符合國際標(biāo)準(zhǔn)不卡手腳，體現(xiàn)了人機(jī)關(guān)系的安全目標(biāo)；B.電動(dòng)升降桌一鍵控制方便操作，體現(xiàn)了人機(jī)關(guān)系的高效目標(biāo)；C.實(shí)木框架紋路自然，直線和曲線巧妙組合，遵循了設(shè)計(jì)的美觀原則；D.可根據(jù)需要選擇不同的組合方式，遵循了設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)范原則)；
(2)構(gòu)思設(shè)計(jì)方案時(shí)，先將家具分成床鋪、書架、沙發(fā)、桌子等幾部分，每部分單獨(dú)構(gòu)思多種方案后，再將各部分的構(gòu)思方案重新組合成該組合家具的方案，該構(gòu)思方法屬于________(A.聯(lián)想法；B.設(shè)問法；C.形態(tài)分析法；D.仿生法)；
(3)構(gòu)思電動(dòng)升降桌的升降結(jié)構(gòu)時(shí)，機(jī)械部分選用________(A.原木材料；B.密度板材料；C.亞克力板材料；D.鋁合金材料)最合適；
(4)小明準(zhǔn)備在組合家具的左側(cè)添加一個(gè)木質(zhì)爬梯，爬梯通過角碼和床鋪連接。從安全和穩(wěn)固性角度分析，以下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料規(guī)劃最合理的是________。
答案　(1)D　(2)C　(3)D　(4)C
解析　(1)技術(shù)規(guī)范是有關(guān)使用設(shè)備工序，執(zhí)行工藝過程以及產(chǎn)品、勞動(dòng)、服務(wù)質(zhì)量要求等方面的準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)。該家具可采取不同組合方式，不能體現(xiàn)該原則。
(2)形態(tài)分析，是指從整體的思想出發(fā)來看待事物，把事物看成是幾個(gè)功能部分的集合，然后把整體拆成幾個(gè)功能部分，分別找出能夠?qū)崿F(xiàn)每一部分功能的所有方法，最后再將這些方法進(jìn)行重新組合，根據(jù)分析評(píng)價(jià)結(jié)果最終形成多種設(shè)計(jì)方案。所以該構(gòu)思方法屬于形態(tài)分析法。
(3)機(jī)械部分需要強(qiáng)度高，所以選鋁合金。
(4)木材的順紋抗壓和抗拉強(qiáng)度比橫紋好，梯子踏板整體受彎曲，但上部受壓，下部受拉，故排除AD；再從安全角度考慮，梯子傾斜放置更安全。所以選C。(共54張PPT)
課時(shí)2　材料的性能與規(guī)劃
第六章　模型或原型的制作
目 錄
CONTENTS
任務(wù)清單與知識(shí)構(gòu)建
01
案例導(dǎo)學(xué)厘清重難點(diǎn)
02
隨堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)
03
課時(shí)分層訓(xùn)練
04
任務(wù)清單與知識(shí)構(gòu)建
1
任務(wù)一　探究材料的性能與應(yīng)用
1.材料是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的物質(zhì)條件，材料以其自身的特性影響著產(chǎn)品設(shè)計(jì)，維持產(chǎn)品功能的形態(tài)，滿足產(chǎn)品功能的要求，它是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類社會(huì)現(xiàn)代文明的重要支柱。
2.在工程領(lǐng)域，一般將材料按化學(xué)成分分為__________、無機(jī)非金屬材料、________________和復(fù)合材料四大類。木材、金屬材料、塑料等都是常見的材料。
(1)木材是一種優(yōu)良的造型材料，具有較好的強(qiáng)度性能及優(yōu)良的加工性能?？煞譃開_________和__________。
實(shí)木板材是指采用完整的木材(原木)制成的木板材。實(shí)木材料具有__________的特點(diǎn)，在自然條件下具有吸濕而______、解吸而______的特性。木材暴露在空氣中時(shí)，容易受溫度和濕度的影響，發(fā)生尺寸、形狀和強(qiáng)度的變化，導(dǎo)致變形、______、扭曲和______等現(xiàn)象。
人造板材在幅面方向上的尺寸穩(wěn)定性好，較實(shí)木而言適用范圍廣。包括密度板、________、膠合板、__________、三聚氰胺板等。
金屬材料
有機(jī)高分子材料
實(shí)木板材
人造板材
各向異性
膨脹
收縮
開裂
翹曲
刨花板
細(xì)木工板
(2)金屬材料是指由純金屬或合金構(gòu)成的材料，具有金屬光澤，有良好的______和______性能，以及優(yōu)良的力學(xué)性能和可加工性能。金屬材料的力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、______、______等，一般以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬強(qiáng)度的指標(biāo)。
①硬度是衡量金屬材料__________的一種性能指標(biāo)，它直接影響材料的________和切削加工性。一般情況下材料的硬度越高，其耐磨性______。
②強(qiáng)度是指材料抵抗______和______的能力。強(qiáng)度是評(píng)定材料質(zhì)量的重要力學(xué)性能指標(biāo)，是設(shè)計(jì)中選用材料的主要依據(jù)之一。根據(jù)受力種類的不同，分為抗壓、抗拉、抗彎、抗剪等。
導(dǎo)熱
導(dǎo)電
剛度
硬度
軟硬程度
耐磨性
越好
變形
斷裂
(3)塑料是一種具有多種特性的材料。它原料來源廣，性能優(yōu)良(質(zhì)輕、具有絕緣性、耐腐蝕性等)，加工成型方便，具有裝飾性，而且價(jià)格比較低廉，廣泛應(yīng)用于儀器、儀表、家用電器、包裝及日常生活用品等各領(lǐng)域。塑料可分為____________和____________。
①熱塑性塑料受熱后可多次成型，廢料可回收再利用。
②熱固性塑料是指在初次成型后形狀固化下來，不能再次熱熔或軟化的塑料。
在隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等惡劣環(huán)境中使用的塑料，大部分是____________。
(4)新材料是指新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能或特殊功能的材料，或傳統(tǒng)材料改進(jìn)后性能明顯提高或產(chǎn)生新功能的材料。
熱塑性塑料
熱固性塑料
熱固性塑料
任務(wù)二　選擇和規(guī)劃材料
1.在產(chǎn)品設(shè)計(jì)選擇材料時(shí)，首先應(yīng)該考慮材料的性能是否能滿足產(chǎn)品的使用功能、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)要求等。還需要考慮材料應(yīng)具有良好的加工性能，符合造型設(shè)計(jì)中成型工藝、加工工藝和表面處理的要求，優(yōu)先選擇技術(shù)難度小、工藝簡(jiǎn)單、材料利用率高，并與加工設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)相適應(yīng)的材料。
材料的價(jià)格和加工成本直接影響著產(chǎn)品的性價(jià)比。應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合材料的成本，優(yōu)先選用資源豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)量上好的材料。選擇材料時(shí)，安全是最基本的因素，材料的選擇應(yīng)充分考慮可能遇見的各種危險(xiǎn)。
2.在規(guī)劃材料時(shí)，一要做到__________、____________、____________、長材不短用。二要充分考慮材料的______、花紋和光澤，外用料要選擇材質(zhì)好、紋理美觀、涂飾性能好的材料。三要考慮材料的__________和______等因素，保證各部件的順利裝配和作品的尺寸精度。
料盡其用
優(yōu)材不劣用
大材不小用
顏色
加工余量
損耗
3.木材在規(guī)劃配料時(shí)需要注意：①要預(yù)先在毛料上規(guī)劃畫線，根據(jù)產(chǎn)品所需部件的尺寸，在長、寬、厚等方面都放寬，留有鋸割、刨削操作的______；
②盡可能避開毛料上對(duì)質(zhì)量有影響的缺陷，做到因材使用；③注意木材的紋理趨向，______鋸割便于加工，并能提高木材的利用率；④將沒有疵點(diǎn)、紋理美觀的一面作為______，把缺陷的部分放背面。
余量
順紋
正面
案例導(dǎo)學(xué)厘清重難點(diǎn)
2
重難點(diǎn)1　探究材料的性能與應(yīng)用
常見材料 名稱 概念 特點(diǎn)
木材 實(shí)木板材 采用完整的木材(原木)制成的木板材 具有各向異性的特點(diǎn)，在自然條件下具有吸濕而膨脹、解吸而收縮的特性 木材質(zhì)輕，具有易于加工和涂飾，隔熱與絕緣的特點(diǎn)；有較好的強(qiáng)度性能以及優(yōu)良的加工性能
人造板材 利用木材在加工過程中產(chǎn)生的邊角廢料，添加化工膠粘劑制作成的板材 人造板材在幅面方向上的尺寸穩(wěn)定性好，較實(shí)木而言適用范圍更廣
常見 材料 金屬材料 由純金屬或合金構(gòu)成的材料 ①具有金屬光澤
②有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能
③優(yōu)良的力學(xué)性能和可加工性能
④其力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、剛度、硬度等
⑤一般以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬強(qiáng)度的指標(biāo)
常見材料 塑料 熱塑性塑料 在一定的溫度范圍內(nèi)，能反復(fù)加熱軟化至熔融流動(dòng)，冷卻后能硬化成一定形狀的塑料 受熱后可多次成型，廢料可回收再利用 ①多種特性
②原料來源廣
③性能優(yōu)良(質(zhì)輕、具有絕緣性、耐腐蝕性等)
④加工成型方便
⑤具有裝飾性
⑥價(jià)格比較低廉
熱固性塑料 在初次成型后形狀固化下來，不能再次熱熔或軟化的塑料 在隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等惡劣環(huán)境中使用的塑料，大部分是熱固性塑料
新材料 新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能或特殊功能的材料，或是傳統(tǒng)材料改進(jìn)后性能明顯提高或產(chǎn)生新功能的材料
解析　由于是一款夏季戶外活動(dòng)服，所以防曬性能、透氣性能、速干性能這些都是非常重要的，所以答案選A。
A
變式訓(xùn)練1 電器產(chǎn)品的底座材料選取時(shí)，一般需要考慮(　　)
A.絕緣性能 B.防曬性能
C.透氣性能 D.速干性能
A
重難點(diǎn)2　選擇和規(guī)劃材料
選擇材料 材料的性能 是否能滿足產(chǎn)品的使用功能、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)要求等
材料的工藝 ①材料應(yīng)具有良好的加工性能
②符合造型設(shè)計(jì)中成型工藝、加工工藝和表面處理的要求
③優(yōu)先選擇技術(shù)難度小、工藝簡(jiǎn)單、材料利用率高，并與加工設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)相適應(yīng)的材料
材料的成本 ①在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合材料的成本，優(yōu)先選用資源豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)量上好的材料
②選擇材料時(shí)，安全是最基本的因素
規(guī)劃材料 ①要做到料盡其用，優(yōu)材不劣用，大材不小用，長材不短用
②要充分考慮材料的顏色、花紋和光澤，外用料要選擇材質(zhì)好、紋理美觀、涂飾性能好的材料
③要考慮材料的加工余量和損耗等因素，保證各部件的順利裝配和作品的尺寸精度
例2 小明設(shè)計(jì)的雨傘木質(zhì)掛架，安裝在教室后面。從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，其中最合理的是(　　)
解析　A和B連接后受力側(cè)桿和橫桿容易脫落。C選項(xiàng)雨傘掛在橫桿上，橫桿容易受彎曲形變，由木紋來看D選項(xiàng)合適。
D
變式訓(xùn)練2 如圖所示是木箱的木板之間通過燕尾榫連接的結(jié)構(gòu)，用一塊實(shí)木板加工構(gòu)件1, 下列選項(xiàng)中劃線取料最合理的是(　　)
解析　 注意木材的紋理趨向，順紋鋸割便于加工，并能提高木材的利用率；將沒有疵點(diǎn)、紋理美觀的一面作為正面，把缺陷的部分放背面。
A
隨堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)
3
1.從性能、成本及加工難易程度綜合考慮，下列材料最適合制作臺(tái)燈燈罩的是(　　)
A.KT板 　　 B.亞克力板
C.鋼板 　　 D.密度板
B
2.如圖所示是1拖5中央空調(diào)(1個(gè)外機(jī)、5個(gè)內(nèi)機(jī))，在安裝空調(diào)時(shí)，其內(nèi)機(jī)與外機(jī)之間需要用密閉管道連通，使氟利昂可以在內(nèi)、外機(jī)之間流動(dòng)，最適合做密閉管道的材料是(　　)
A.鋁合金 B.黃銅
C.鑄鐵 D.不銹鋼板
B
3.下列材料中最適合制作花盆盆體的是(　　)
A.實(shí)木板 B.鑄鐵
C.亞克力板 D.形狀記憶合金
C
解析　 選項(xiàng)C：性能優(yōu)良、加工成型方便，價(jià)格比較低廉，選項(xiàng)正確。
4.如圖所示是一筆記本電腦的散熱管，管道需要良好的氣密性，使冷卻液或蒸汽可以來回流動(dòng)。最適合做散熱管的材料的是(　　)
A.鋁合金 B.黃銅
C.不銹鋼板 D.鑄鐵
B
5.小明準(zhǔn)備用木材制作一款托盆，該托盆由3類構(gòu)件組裝完成，以下關(guān)于3類構(gòu)件的木材規(guī)劃最合理的是(　　)
A
解析　順紋的板材抗拉、抗壓、抗彎曲性能都較好，選擇板材時(shí)應(yīng)選擇順紋的；選擇A。另外開槽時(shí)應(yīng)盡可能少的切斷紋路，保證其強(qiáng)度。
6.小明要制作一個(gè)如圖所示的木質(zhì)抽屜，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)固程度考慮，下列有關(guān)側(cè)板A和前板B的設(shè)計(jì)方案中最佳的是(　　)
B
解析　根據(jù)木紋方向排除CD項(xiàng)，否則榫頭處容易斷裂；燕尾榫的強(qiáng)度比直角榫更高，所以B項(xiàng)的強(qiáng)度更高。
4
課時(shí)分層訓(xùn)練
基礎(chǔ)鞏固篇
素養(yǎng)提升篇
D
2.在一定的溫度范圍內(nèi)，能反復(fù)加熱軟化至熔融流動(dòng)，冷卻后能硬化成一定形狀的塑料是熱塑型塑料。在初次成型后形狀固化，不能再次熱熔或軟化的塑料是熱固型塑料。亞克力板需要折彎的部位放在塑料彎板機(jī)上，待亞克力板受熱變軟后將其折彎一定角度，所以亞克力板是(　　)
A.熱塑性塑料
B.熱固性塑料
A
3.如圖所示是小明設(shè)計(jì)制作的“懸浮”椅子，它屬于一種張拉整體的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，由木材和剛性繩索構(gòu)成，利用繩索與支柱在椅子中導(dǎo)入張力以達(dá)到穩(wěn)固的形式。下列關(guān)于椅座2中4根相同椅腳的取料方案最合理的是(　　)
C
解析　木料規(guī)劃時(shí)應(yīng)該避免木結(jié)疤，且要順著木紋開料。故選C。
4.下列屬于天然材料的是(　　)
A.鋁合金 B.玻璃
C.木材 D.高溫超導(dǎo)材料
C
D
6.如圖所示的裝置主要是測(cè)試木材的(　　)
A.抗壓強(qiáng)度 B.抗拉強(qiáng)度
C.抗剪強(qiáng)度 D.抗扭強(qiáng)度
C
D
8.小明準(zhǔn)備在木板上規(guī)劃出如圖中所示的兩塊支撐板，以下方案中最合理的是(　　)
B
解析　木材具有各向異性，根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況，應(yīng)選擇順紋方向。
9.小明打算制作一款如圖a所示的木制收納盒，板1的結(jié)構(gòu)如圖b所示。下列板2設(shè)計(jì)方案中最合理的是(　　)
A
解析　木材規(guī)劃處理時(shí)，為保證強(qiáng)度，應(yīng)該順紋截取，故B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；板1和板2配合，故板2“少”的部分就是板1“多”的部分，故根據(jù)梯形的形狀判斷，D選項(xiàng)錯(cuò)誤；最終可確定A選項(xiàng)正確。
10.小明用兩塊合適的杉木板進(jìn)行如圖所示的燕尾榫連接，由于杉木材質(zhì)較軟，且木材在不同方向上能承受的力相差較大，木材順紋方向的抗拉強(qiáng)度是其橫紋方向抗拉強(qiáng)度的10～20倍，下列方案最合理的是(　　)
C
11.小明想在衛(wèi)生間里設(shè)計(jì)一個(gè)浴巾架，用以懸掛毛巾。如圖所示是小明從網(wǎng)上搜集的圖片信息。之后小明對(duì)浴巾架進(jìn)行了技術(shù)分析，下列分析合理的是(　　)
A.浴巾架可選用實(shí)木制作，不用涂漆
B.浴巾架各個(gè)構(gòu)件之間的連接可選用鉸連接
C.浴室濕度較大，可選用不銹鋼作為原材料
D.浴巾架可選用鈦合金，比較堅(jiān)固
C
解析　應(yīng)注意產(chǎn)品使用環(huán)境以及產(chǎn)品需求。浴巾架應(yīng)用在浴室濕度大，實(shí)木受潮易扭曲變形，構(gòu)件用鉸接強(qiáng)度不夠容易散架，鈦合金成本較高。
12.小明想利用木料邊角制作木陀螺(一根轉(zhuǎn)軸加一個(gè)慣性輪)，根據(jù)木材的特性，下面關(guān)于陀螺的軸及慣性輪的取料方案合理的是(　　)
A
解析　本題考查木材的特性。木材因?yàn)榫哂懈飨虍愋?，隨方向的不同表現(xiàn)的性能不同，一般來說，順紋方向強(qiáng)度最好。
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
A
13.如圖為小偉設(shè)計(jì)的一種木質(zhì)臺(tái)燈，其高度在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。則下列構(gòu)件1和構(gòu)件2之間的連接件(虛線表示木材紋理)設(shè)計(jì)方案中最合理的是(　　)
1.小明家的廚房因?yàn)檠b修，需要購買櫥柜內(nèi)層板，下列板材最合適的是(　　)
D
解析　本題考查材料規(guī)劃。A.實(shí)木板不適合廚房間潮濕，易膨脹及變形后門會(huì)關(guān)不上；B.刨花板強(qiáng)度差，不適合做內(nèi)層板；C.細(xì)木工板怕潮濕，易變形，不適合做櫥柜內(nèi)層板；D.三聚氰胺板表面平滑，硬度大，易維護(hù)清理，適合做在櫥柜中。
D
2.從功能、強(qiáng)度、人機(jī)關(guān)系等角度分析，下列關(guān)于通用技術(shù)教室所使用的絲錐扳手及板牙扳手的設(shè)計(jì)方案最合適的是(　　)
解析　本題考查結(jié)構(gòu)與功能、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、人機(jī)關(guān)系、材料的性能與規(guī)劃。攻絲和套絲需要絲錐扳手和板牙扳手具有足夠的強(qiáng)度，選項(xiàng)中的材料鋼材質(zhì)強(qiáng)度最高，所以選擇D。形狀記憶合金的特點(diǎn)是人們可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)需要改變合金的形狀，到了某一特定的溫度，它們又恢復(fù)到原來的形狀。這里不需要這種特性。另外，防滑紋路可以讓人使用時(shí)更舒適，兩個(gè)扳手都需要。而絲錐扳手攻絲時(shí)的阻力更大，所以更需要防滑紋路。
A
3.如圖所示是小明設(shè)計(jì)的乒乓球撿球器，撿球時(shí)推動(dòng)硬質(zhì)塑料滾輪滾動(dòng)，使乒乓球從橫條之間擠入內(nèi)部。若橫條采用同一種材料制作，下列材料中合適的是(　　)
A.彈力繩 B.鐵絲
C.銅絲 D.不銹鋼管
解析　本題考查方案篩選。乒乓球要從橫條中間擠入，說明要能發(fā)生明顯形變，D不符合要求；為了避免乒乓球再掉出，需要一定回復(fù)力，BC不符合要求，故選A。
A
4.小明要制作一個(gè)木質(zhì)衣架，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)固程度考慮，下列方案中合理的是(　　)
解析　從強(qiáng)度角度考慮，下面應(yīng)設(shè)置斜撐桿，從材料規(guī)劃角度考慮，應(yīng)采用順紋，所以選A。
B
解析　插座在使用的時(shí)候，金屬片通電會(huì)發(fā)熱，此時(shí)插座外殼如用熱塑性塑料，會(huì)因?yàn)闊崃慷冃危鸢踩鹿剩珺選項(xiàng)錯(cuò)誤。
D
6.桐木、杉木、楊木、松木的主要性能參數(shù)如下
解析　五層落地書架需承受較大重量，應(yīng)使用密度和硬度較大的松木，為減小相框?qū)γ鎾灬數(shù)淖饔昧?，相框?yīng)選用密度小的桐木。
木材名稱 桐木 杉木 楊木 松木
密度(g/cm3) 0.25 0.39 0.42 0.438
硬度/N 1 138 1 824 2 540 2 640
體積收縮 10.6% 12.6% 10.2% 10.5%
家用五層落地書架，考慮到能放置更多的書，選用________材料最合適。
A.桐木 B.杉木 C.楊木 D.松木
C
材料 密度(g/cm3) 拉伸強(qiáng)度(Mpa)
碳鋼 7.8 490
不銹鋼 7.9 820
鋁合金 2.8 420
CFRP 1.6 1 760
GFRP 2.0 1 245
AFRP 1.4 1 373
A.相較于金屬材料，碳纖維的優(yōu)點(diǎn)是輕，密度一般在1400～2000 kg/m3
B.碳纖維抗拉強(qiáng)度高于相同橫截面積的金屬材料，具有密度小、強(qiáng)度高、抗疲勞能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)
C.塑料、橡膠、木材、陶瓷屬于非金屬材料，碳纖維屬于金屬材料
D.碳纖維常用于制造飛機(jī)的外殼、火箭的燃料儲(chǔ)藏罐等，為設(shè)計(jì)提供了更廣泛的發(fā)展空間
C
8.要制作六根孔明鎖玩具，需要在一塊厚度合適，大小足夠的木材上取下六根木條來制作，在不考慮加工誤差和損耗的情況下，下列四種規(guī)劃方案合理的是(　　)
D
9.如圖是一款木質(zhì)支撐腳，由構(gòu)件1和構(gòu)件2兩個(gè)部分組成，關(guān)于構(gòu)件2的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)正確的選項(xiàng)是(　　)
B
10.小明要制作一個(gè)木質(zhì)掛架，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)固程度考慮，下列方案中最合理的是(　　)
解析　方案的設(shè)計(jì)要求是結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，木材順著紋路方向的承重能力較強(qiáng)，首先排除C、D；抗彎曲及抗壓能力B方案好。所以選B。
11.如圖所示是一款組合家具，可根據(jù)需要將床鋪、書架、沙發(fā)、升降桌等組合在一起。請(qǐng)根據(jù)圖片及其描述完成以下任務(wù)：
(2)構(gòu)思設(shè)計(jì)方案時(shí)，先將家具分成床鋪、書架、沙發(fā)、桌子等幾部分，每部分單獨(dú)構(gòu)思多種方案后，再將各部分的構(gòu)思方案重新組合成該組合家具的方案，該構(gòu)思方法屬于________(A.聯(lián)想法；B.設(shè)問法；C.形態(tài)分析法；D.仿生法)；
(3)構(gòu)思電動(dòng)升降桌的升降結(jié)構(gòu)時(shí)，機(jī)械部分選用________(A.原木材料；B.密度板材料；C.亞克力板材料；D.鋁合金材料)最合適；
(4)小明準(zhǔn)備在組合家具的左側(cè)添加一個(gè)木質(zhì)爬梯，爬梯通過角碼和床鋪連接。從安全和穩(wěn)固性角度分析，以下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料規(guī)劃最合理的是________。
答案　(1)D　(2)C　(3)D　(4)C
解析　(1)技術(shù)規(guī)范是有關(guān)使用設(shè)備工序，執(zhí)行工藝過程以及產(chǎn)品、勞動(dòng)、服務(wù)質(zhì)量要求等方面的準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)。該家具可采取不同組合方式，不能體現(xiàn)該原則。
(2)形態(tài)分析，是指從整體的思想出發(fā)來看待事物，把事物看成是幾個(gè)功能部分的集合，然后把整體拆成幾個(gè)功能部分，分別找出能夠?qū)崿F(xiàn)每一部分功能的所有方法，最后再將這些方法進(jìn)行重新組合，根據(jù)分析評(píng)價(jià)結(jié)果最終形成多種設(shè)計(jì)方案。所以該構(gòu)思方法屬于形態(tài)分析法。
(3)機(jī)械部分需要強(qiáng)度高，所以選鋁合金。
(4)木材的順紋抗壓和抗拉強(qiáng)度比橫紋好，梯子踏板整體受彎曲，但上部受壓，下部受拉，故排除AD；再從安全角度考慮，梯子傾斜放置更安全。所以選C。課時(shí)2　材料的性能與規(guī)劃
任務(wù)一　探究材料的性能與應(yīng)用
1.材料是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的物質(zhì)條件，材料以其自身的特性影響著產(chǎn)品設(shè)計(jì)，維持產(chǎn)品功能的形態(tài)，滿足產(chǎn)品功能的要求，它是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類社會(huì)現(xiàn)代文明的重要支柱。
2.在工程領(lǐng)域，一般將材料按化學(xué)成分分為________、無機(jī)非金屬材料、________________和復(fù)合材料四大類。木材、金屬材料、塑料等都是常見的材料。
(1)木材是一種優(yōu)良的造型材料，具有較好的強(qiáng)度性能及優(yōu)良的加工性能?？煞譃開_______和________。
實(shí)木板材是指采用完整的木材(原木)制成的木板材。實(shí)木材料具有________的特點(diǎn)，在自然條件下具有吸濕而________、解吸而________的特性。木材暴露在空氣中時(shí)，容易受溫度和濕度的影響，發(fā)生尺寸、形狀和強(qiáng)度的變化，導(dǎo)致變形、________、扭曲和________等現(xiàn)象。
人造板材在幅面方向上的尺寸穩(wěn)定性好，較實(shí)木而言適用范圍廣。包括密度板、________、膠合板、________、三聚氰胺板等。
(2)金屬材料是指由純金屬或合金構(gòu)成的材料，具有金屬光澤，有良好的________和__________性能，以及優(yōu)良的力學(xué)性能和可加工性能。金屬材料的力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、__________、__________等，一般以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬強(qiáng)度的指標(biāo)。
①硬度是衡量金屬材料____________的一種性能指標(biāo)，它直接影響材料的____________和切削加工性。一般情況下材料的硬度越高，其耐磨性________。
②強(qiáng)度是指材料抵抗________和________的能力。強(qiáng)度是評(píng)定材料質(zhì)量的重要力學(xué)性能指標(biāo)，是設(shè)計(jì)中選用材料的主要依據(jù)之一。根據(jù)受力種類的不同，分為抗壓、抗拉、抗彎、抗剪等。
(3)塑料是一種具有多種特性的材料。它原料來源廣，性能優(yōu)良(質(zhì)輕、具有絕緣性、耐腐蝕性等)，加工成型方便，具有裝飾性，而且價(jià)格比較低廉，廣泛應(yīng)用于儀器、儀表、家用電器、包裝及日常生活用品等各領(lǐng)域。塑料可分為________和____________。
①熱塑性塑料受熱后可多次成型，廢料可回收再利用。
②熱固性塑料是指在初次成型后形狀固化下來，不能再次熱熔或軟化的塑料。
在隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等惡劣環(huán)境中使用的塑料，大部分是____________。
(4)新材料是指新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能或特殊功能的材料，或傳統(tǒng)材料改進(jìn)后性能明顯提高或產(chǎn)生新功能的材料。
任務(wù)二　選擇和規(guī)劃材料
1.在產(chǎn)品設(shè)計(jì)選擇材料時(shí)，首先應(yīng)該考慮材料的性能是否能滿足產(chǎn)品的使用功能、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)要求等。還需要考慮材料應(yīng)具有良好的加工性能，符合造型設(shè)計(jì)中成型工藝、加工工藝和表面處理的要求，優(yōu)先選擇技術(shù)難度小、工藝簡(jiǎn)單、材料利用率高，并與加工設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)相適應(yīng)的材料。
材料的價(jià)格和加工成本直接影響著產(chǎn)品的性價(jià)比。應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合材料的成本，優(yōu)先選用資源豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)量上好的材料。選擇材料時(shí)，安全是最基本的因素，材料的選擇應(yīng)充分考慮可能遇見的各種危險(xiǎn)。
2.在規(guī)劃材料時(shí)，一要做到________、____________、____________、長材不短用。二要充分考慮材料的________、花紋和光澤，外用料要選擇材質(zhì)好、紋理美觀、涂飾性能好的材料。三要考慮材料的____________和________等因素，保證各部件的順利裝配和作品的尺寸精度。
3.木材在規(guī)劃配料時(shí)需要注意：①要預(yù)先在毛料上規(guī)劃畫線，根據(jù)產(chǎn)品所需部件的尺寸，在長、寬、厚等方面都放寬，留有鋸割、刨削操作的__________；②盡可能避開毛料上對(duì)質(zhì)量有影響的缺陷，做到因材使用；③注意木材的紋理趨向，________鋸割便于加工，并能提高木材的利用率；④將沒有疵點(diǎn)、紋理美觀的一面作為________，把缺陷的部分放背面。
重難點(diǎn)1　探究材料的性能與應(yīng)用
常見材料 名稱 概念 特點(diǎn)
木材 實(shí)木板材 采用完整的木材(原木)制成的木板材 具有各向異性的特點(diǎn)，在自然條件下具有吸濕而膨脹、解吸而收縮的特性 木材質(zhì)輕，具有易于加工和涂飾，隔熱與絕緣的特點(diǎn)；有較好的強(qiáng)度性能以及優(yōu)良的加工性能
人造板材 利用木材在加工過程中產(chǎn)生的邊角廢料，添加化工膠粘劑制作成的板材 人造板材在幅面方向上的尺寸穩(wěn)定性好，較實(shí)木而言適用范圍更廣
金屬材料 由純金屬或合金構(gòu)成的材料 ①具有金屬光澤②有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能③優(yōu)良的力學(xué)性能和可加工性能④其力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、剛度、硬度等⑤一般以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬強(qiáng)度的指標(biāo)
塑料 熱塑性塑料 在一定的溫度范圍內(nèi)，能反復(fù)加熱軟化至熔融流動(dòng)，冷卻后能硬化成一定形狀的塑料 受熱后可多次成型，廢料可回收再利用 ①多種特性②原料來源廣③性能優(yōu)良(質(zhì)輕、具有絕緣性、耐腐蝕性等)④加工成型方便⑤具有裝飾性⑥價(jià)格比較低廉
熱固性塑料 在初次成型后形狀固化下來，不能再次熱熔或軟化的塑料 在隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等惡劣環(huán)境中使用的塑料，大部分是熱固性塑料
新材料 新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能或特殊功能的材料，或是傳統(tǒng)材料改進(jìn)后性能明顯提高或產(chǎn)生新功能的材料
例1 某服裝企業(yè)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)生產(chǎn)一款夏季戶外活動(dòng)服，選用服裝面料時(shí)不需要考慮面料的(　　)
A.絕緣性能 B.防曬性能
C.透氣性能 D.速干性能
變式訓(xùn)練1 電器產(chǎn)品的底座材料選取時(shí)，一般需要考慮(　　)
A.絕緣性能 B.防曬性能
C.透氣性能 D.速干性能
重難點(diǎn)2　選擇和規(guī)劃材料
選擇材料 材料的性能 是否能滿足產(chǎn)品的使用功能、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)要求等
材料的工藝 ①材料應(yīng)具有良好的加工性能②符合造型設(shè)計(jì)中成型工藝、加工工藝和表面處理的要求③優(yōu)先選擇技術(shù)難度小、工藝簡(jiǎn)單、材料利用率高，并與加工設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)相適應(yīng)的材料
材料的成本 ①在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合材料的成本，優(yōu)先選用資源豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)量上好的材料②選擇材料時(shí)，安全是最基本的因素
規(guī)劃材料 ①要做到料盡其用，優(yōu)材不劣用，大材不小用，長材不短用②要充分考慮材料的顏色、花紋和光澤，外用料要選擇材質(zhì)好、紋理美觀、涂飾性能好的材料③要考慮材料的加工余量和損耗等因素，保證各部件的順利裝配和作品的尺寸精度
例2 小明設(shè)計(jì)的雨傘木質(zhì)掛架，安裝在教室后面。從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，其中最合理的是(　　)
變式訓(xùn)練2 如圖所示是木箱的木板之間通過燕尾榫連接的結(jié)構(gòu)，用一塊實(shí)木板加工構(gòu)件1, 下列選項(xiàng)中劃線取料最合理的是(　　)
1.從性能、成本及加工難易程度綜合考慮，下列材料最適合制作臺(tái)燈燈罩的是(　　)
A.KT板 B.亞克力板
C.鋼板 D.密度板
2.如圖所示是1拖5中央空調(diào)(1個(gè)外機(jī)、5個(gè)內(nèi)機(jī))，在安裝空調(diào)時(shí)，其內(nèi)機(jī)與外機(jī)之間需要用密閉管道連通，使氟利昂可以在內(nèi)、外機(jī)之間流動(dòng)，最適合做密閉管道的材料是(　　)
A.鋁合金 B.黃銅
C.鑄鐵 D.不銹鋼板
3.下列材料中最適合制作花盆盆體的是(　　)
A.實(shí)木板 B.鑄鐵
C.亞克力板 D.形狀記憶合金
4.如圖所示是一筆記本電腦的散熱管，管道需要良好的氣密性，使冷卻液或蒸汽可以來回流動(dòng)。最適合做散熱管的材料的是(　　)
A.鋁合金 B.黃銅
C.不銹鋼板 D.鑄鐵
5.小明準(zhǔn)備用木材制作一款托盆，該托盆由3類構(gòu)件組裝完成，以下關(guān)于3類構(gòu)件的木材規(guī)劃最合理的是(　　)
6.小明要制作一個(gè)如圖所示的木質(zhì)抽屜，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)固程度考慮，下列有關(guān)側(cè)板A和前板B的設(shè)計(jì)方案中最佳的是(　　)
：完成《課時(shí)精練》　第六章　課時(shí)2課時(shí)2　材料的性能與規(guī)劃
一、基礎(chǔ)鞏固篇
1.下列有關(guān)材料硬度的說法錯(cuò)誤的是(　　)
A.硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)
B.硬度往往和材料的耐磨性和耐久性聯(lián)系在一起
C.一般情況下，材料的硬度越高，其耐磨性越好
D.硬度是指物體抵抗發(fā)生彈性形變的能力
2.在一定的溫度范圍內(nèi)，能反復(fù)加熱軟化至熔融流動(dòng)，冷卻后能硬化成一定形狀的塑料是熱塑型塑料。在初次成型后形狀固化，不能再次熱熔或軟化的塑料是熱固型塑料。亞克力板需要折彎的部位放在塑料彎板機(jī)上，待亞克力板受熱變軟后將其折彎一定角度，所以亞克力板是(　　)
A.熱塑性塑料 B.熱固性塑料
3.如圖所示是小明設(shè)計(jì)制作的“懸浮”椅子，它屬于一種張拉整體的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，由木材和剛性繩索構(gòu)成，利用繩索與支柱在椅子中導(dǎo)入張力以達(dá)到穩(wěn)固的形式。下列關(guān)于椅座2中4根相同椅腳的取料方案最合理的是(　　)
4.下列屬于天然材料的是(　　)
A.鋁合金 B.玻璃
C.木材 D.高溫超導(dǎo)材料
5.空調(diào)室外機(jī)支架如果強(qiáng)度不夠，會(huì)給樓宇周圍行人及設(shè)施帶來很大的安全隱患。下列不適合做空調(diào)支架的材料是(　　)
A.角鋼 B.鍍鋅鋼板
C.不銹鋼型材 D.PVC塑料
6.如圖所示的裝置主要是測(cè)試木材的(　　)
A.抗壓強(qiáng)度 B.抗拉強(qiáng)度
C.抗剪強(qiáng)度 D.抗扭強(qiáng)度
7.測(cè)試木棍的抗彎強(qiáng)度，下列試驗(yàn)步驟不必要的是(　　)
A.將木棍的兩端擱在兩張桌子上
B.在木棍中間掛上鉤碼
C.觀察并記錄木棍斷裂時(shí)鉤碼的重量
D.在木棍兩端施加大小相等方向相反的力
8.小明準(zhǔn)備在木板上規(guī)劃出如圖中所示的兩塊支撐板，以下方案中最合理的是(　　)
9.小明打算制作一款如圖a所示的木制收納盒，板1的結(jié)構(gòu)如圖b所示。下列板2設(shè)計(jì)方案中最合理的是(　　)
10.小明用兩塊合適的杉木板進(jìn)行如圖所示的燕尾榫連接，由于杉木材質(zhì)較軟，且木材在不同方向上能承受的力相差較大，木材順紋方向的抗拉強(qiáng)度是其橫紋方向抗拉強(qiáng)度的10～20倍，下列方案最合理的是(　　)
11.小明想在衛(wèi)生間里設(shè)計(jì)一個(gè)浴巾架，用以懸掛毛巾。如圖所示是小明從網(wǎng)上搜集的圖片信息。之后小明對(duì)浴巾架進(jìn)行了技術(shù)分析，下列分析合理的是(　　)
A.浴巾架可選用實(shí)木制作，不用涂漆
B.浴巾架各個(gè)構(gòu)件之間的連接可選用鉸連接
C.浴室濕度較大，可選用不銹鋼作為原材料
D.浴巾架可選用鈦合金，比較堅(jiān)固
12.小明想利用木料邊角制作木陀螺(一根轉(zhuǎn)軸加一個(gè)慣性輪)，根據(jù)木材的特性，下面關(guān)于陀螺的軸及慣性輪的取料方案合理的是(　　)
A.①③ B.①④
C.②③ D.②④
13.如圖為小偉設(shè)計(jì)的一種木質(zhì)臺(tái)燈，其高度在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。則下列構(gòu)件1和構(gòu)件2之間的連接件(虛線表示木材紋理)設(shè)計(jì)方案中最合理的是(　　)
二、素養(yǎng)提升篇
1.小明家的廚房因?yàn)檠b修，需要購買櫥柜內(nèi)層板，下列板材最合適的是(　　)
2.從功能、強(qiáng)度、人機(jī)關(guān)系等角度分析，下列關(guān)于通用技術(shù)教室所使用的絲錐扳手及板牙扳手的設(shè)計(jì)方案最合適的是(　　)
3.如圖所示是小明設(shè)計(jì)的乒乓球撿球器，撿球時(shí)推動(dòng)硬質(zhì)塑料滾輪滾動(dòng)，使乒乓球從橫條之間擠入內(nèi)部。若橫條采用同一種材料制作，下列材料中合適的是(　　)
A.彈力繩 B.鐵絲
C.銅絲 D.不銹鋼管
4.小明要制作一個(gè)木質(zhì)衣架，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)固程度考慮，下列方案中合理的是(　　)
5.下列圖中所指部分材料選擇不合理的是(　　)
6.桐木、杉木、楊木、松木的主要性能參數(shù)如下
木材名稱 桐木 杉木 楊木 松木
密度(g/cm3) 0.25 0.39 0.42 0.438
硬度/N 1 138 1 824 2 540 2 640
體積收縮 10.6% 12.6% 10.2% 10.5%
家用五層落地書架，考慮到能放置更多的書，選用________材料最合適。
A.桐木 B.杉木 C.楊木 D.松木
7.新型材料“碳纖維”沒有金屬材料的疲勞問題，可作為航空材料。如表所示是碳纖維(后三行)與金屬材料的性能對(duì)比表，下列說法不正確的是(　　)
材料 密度(g/cm3) 拉伸強(qiáng)度(Mpa)
碳鋼 7.8 490
不銹鋼 7.9 820
鋁合金 2.8 420
CFRP 1.6 1 760
GFRP 2.0 1 245
AFRP 1.4 1 373
A.相較于金屬材料，碳纖維的優(yōu)點(diǎn)是輕，密度一般在1400～2000 kg/m3
B.碳纖維抗拉強(qiáng)度高于相同橫截面積的金屬材料，具有密度小、強(qiáng)度高、抗疲勞能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)
C.塑料、橡膠、木材、陶瓷屬于非金屬材料，碳纖維屬于金屬材料
D.碳纖維常用于制造飛機(jī)的外殼、火箭的燃料儲(chǔ)藏罐等，為設(shè)計(jì)提供了更廣泛的發(fā)展空間
8.要制作六根孔明鎖玩具，需要在一塊厚度合適，大小足夠的木材上取下六根木條來制作，在不考慮加工誤差和損耗的情況下，下列四種規(guī)劃方案合理的是(　　)
9.如圖是一款木質(zhì)支撐腳，由構(gòu)件1和構(gòu)件2兩個(gè)部分組成，關(guān)于構(gòu)件2的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)正確的選項(xiàng)是(　　)
10.小明要制作一個(gè)木質(zhì)掛架，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)固程度考慮，下列方案中最合理的是(　　)
11.如圖所示是一款組合家具，可根據(jù)需要將床鋪、書架、沙發(fā)、升降桌等組合在一起。請(qǐng)根據(jù)圖片及其描述完成以下任務(wù)：
(1)下列分析中不正確的是________(A.護(hù)欄間距符合國際標(biāo)準(zhǔn)不卡手腳，體現(xiàn)了人機(jī)關(guān)系的安全目標(biāo)；B.電動(dòng)升降桌一鍵控制方便操作，體現(xiàn)了人機(jī)關(guān)系的高效目標(biāo)；C.實(shí)木框架紋路自然，直線和曲線巧妙組合，遵循了設(shè)計(jì)的美觀原則；D.可根據(jù)需要選擇不同的組合方式，遵循了設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)范原則)；
(2)構(gòu)思設(shè)計(jì)方案時(shí)，先將家具分成床鋪、書架、沙發(fā)、桌子等幾部分，每部分單獨(dú)構(gòu)思多種方案后，再將各部分的構(gòu)思方案重新組合成該組合家具的方案，該構(gòu)思方法屬于________(A.聯(lián)想法；B.設(shè)問法；C.形態(tài)分析法；D.仿生法)；
(3)構(gòu)思電動(dòng)升降桌的升降結(jié)構(gòu)時(shí)，機(jī)械部分選用________(A.原木材料；B.密度板材料；C.亞克力板材料；D.鋁合金材料)最合適；
(4)小明準(zhǔn)備在組合家具的左側(cè)添加一個(gè)木質(zhì)爬梯，爬梯通過角碼和床鋪連接。從安全和穩(wěn)固性角度分析，以下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料規(guī)劃最合理的是________。
一、基礎(chǔ)鞏固篇
1．D　2.A
3．C　[木料規(guī)劃時(shí)應(yīng)該避免木結(jié)疤，且要順著木紋開料。故選C。]
4．C　5.D　6.C　7.D
8．B　[木材具有各向異性，根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況，應(yīng)選擇順紋方向。]
9．A　[木材規(guī)劃處理時(shí)，為保證強(qiáng)度，應(yīng)該順紋截取，故B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；板1和板2配合，故板2“少”的部分就是板1“多”的部分，故根據(jù)梯形的形狀判斷，D選項(xiàng)錯(cuò)誤；最終可確定A選項(xiàng)正確。]
10．C
11．C　[應(yīng)注意產(chǎn)品使用環(huán)境以及產(chǎn)品需求。浴巾架應(yīng)用在浴室濕度大，實(shí)木受潮易扭曲變形，構(gòu)件用鉸接強(qiáng)度不夠容易散架，鈦合金成本較高。]
12．A　[本題考查木材的特性。木材因?yàn)榫哂懈飨虍愋?，隨方向的不同表現(xiàn)的性能不同，一般來說，順紋方向強(qiáng)度最好。]
13．A
二、素養(yǎng)提升篇
1．D　[本題考查材料規(guī)劃。A.實(shí)木板不適合廚房間潮濕，易膨脹及變形后門會(huì)關(guān)不上；B.刨花板強(qiáng)度差，不適合做內(nèi)層板；C.細(xì)木工板怕潮濕，易變形，不適合做櫥柜內(nèi)層板；D.三聚氰胺板表面平滑，硬度大，易維護(hù)清理，適合做在櫥柜中。]
2．D　[本題考查結(jié)構(gòu)與功能、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、人機(jī)關(guān)系、材料的性能與規(guī)劃。攻絲和套絲需要絲錐扳手和板牙扳手具有足夠的強(qiáng)度，選項(xiàng)中的材料鋼材質(zhì)強(qiáng)度最高，所以選擇D。形狀記憶合金的特點(diǎn)是人們可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)需要改變合金的形狀，到了某一特定的溫度，它們又恢復(fù)到原來的形狀。這里不需要這種特性。另外，防滑紋路可以讓人使用時(shí)更舒適，兩個(gè)扳手都需要。而絲錐扳手攻絲時(shí)的阻力更大，所以更需要防滑紋路。]
3．A　[本題考查方案篩選。乒乓球要從橫條中間擠入，說明要能發(fā)生明顯形變，D不符合要求；為了避免乒乓球再掉出，需要一定回復(fù)力，BC不符合要求，故選A。]
4．A　[從強(qiáng)度角度考慮，下面應(yīng)設(shè)置斜撐桿，從材料規(guī)劃角度考慮，應(yīng)采用順紋，所以選A。]
5．B　[插座在使用的時(shí)候，金屬片通電會(huì)發(fā)熱，此時(shí)插座外殼如用熱塑性塑料，會(huì)因?yàn)闊崃慷冃?，引起安全事故，B選項(xiàng)錯(cuò)誤。]
6．D　[五層落地書架需承受較大重量，應(yīng)使用密度和硬度較大的松木，為減小相框?qū)γ鎾灬數(shù)淖饔昧?，相框?yīng)選用密度小的桐木。]
7．C　8.C　9.D
10．B　[方案的設(shè)計(jì)要求是結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，木材順著紋路方向的承重能力較強(qiáng)，首先排除C、D；抗彎曲及抗壓能力B方案好。所以選B。]
11．(1)D　(2)C　(3)D　(4)C
解析　(1)技術(shù)規(guī)范是有關(guān)使用設(shè)備工序，執(zhí)行工藝過程以及產(chǎn)品、勞動(dòng)、服務(wù)質(zhì)量要求等方面的準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)。該家具可采取不同組合方式，不能體現(xiàn)該原則。
(2)形態(tài)分析，是指從整體的思想出發(fā)來看待事物，把事物看成是幾個(gè)功能部分的集合，然后把整體拆成幾個(gè)功能部分，分別找出能夠?qū)崿F(xiàn)每一部分功能的所有方法，最后再將這些方法進(jìn)行重新組合，根據(jù)分析評(píng)價(jià)結(jié)果最終形成多種設(shè)計(jì)方案。所以該構(gòu)思方法屬于形態(tài)分析法。
(3)機(jī)械部分需要強(qiáng)度高，所以選鋁合金。
(4)木材的順紋抗壓和抗拉強(qiáng)度比橫紋好，梯子踏板整體受彎曲，但上部受壓，下部受拉，故排除AD；再從安全角度考慮，梯子傾斜放置更安全。所以選C。

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