資源簡(jiǎn)介

《結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性》教案
一、教材內(nèi)容分析：
　　本堂課內(nèi)容在《結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)》中起到舉足輕重的作用，不僅可使學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)有更深的認(rèn)識(shí)與了解，而且也為以后結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等教學(xué)打下基礎(chǔ)。在教學(xué)中要充分利用探究、實(shí)驗(yàn)、討論、小組合作的教學(xué)方法。
二、教學(xué)目標(biāo)：
　　知識(shí)與技能：了解影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要因素
　　過(guò)程與方法：通過(guò)討論、分析等方法使學(xué)生懂得應(yīng)用相關(guān)的理論知識(shí)
　　情感態(tài)度價(jià)值觀：通過(guò)分析討論等得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，體驗(yàn)學(xué)習(xí)樂(lè)趣，滲透安全教育、德育教育。
三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：
　　重點(diǎn)：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要因素
　　難點(diǎn)：利用所學(xué)知識(shí)解決有關(guān)現(xiàn)象
四、教學(xué)策略：
　　在教學(xué)中為了使學(xué)生更易學(xué)到相關(guān)知識(shí)，必須以“影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要因素”為主線展開教學(xué)，使學(xué)生達(dá)到應(yīng)用知識(shí)的目的。
五、教學(xué)資源：
　　生雞蛋和熟雞蛋、單腳撐自行車、照相機(jī)的三角架、陀螺、不倒翁、啤酒瓶、方木塊等
教學(xué)過(guò)程：
（一）、引入新課：
[探究]；創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)，老師拿一熟雞蛋，請(qǐng)學(xué)生讓它站起來(lái)。
方法一：當(dāng)從側(cè)面讓它旋轉(zhuǎn)起來(lái)時(shí)，它就會(huì)豎直地站立起來(lái)，生雞蛋是不成的，里面的蛋清、蛋黃等液態(tài)的東西由于慣性，不隨外殼一起轉(zhuǎn)，所以這就成為鑒別生雞蛋和熟雞蛋的方法。
鏈接：這里有三個(gè)問(wèn)題令人費(fèi)解：物體運(yùn)動(dòng)只能使它趨向于降低重心，而雞蛋一轉(zhuǎn)，由平放而立起重心反而提高了；另外，誰(shuí)都知道陀羅定向，雞蛋在桌面上繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)的方向不動(dòng)而雞蛋卻自己翻身而起；其三，任何物體底面越平越穩(wěn)定，雞蛋卻偏偏不安于現(xiàn)狀，偏要一尖兒著地立起來(lái)，本來(lái)是躺著時(shí)與桌面接觸面積更大的狀態(tài)更穩(wěn)。
這個(gè)謎，直到二十世紀(jì)八十年代初才解開。一位美國(guó)的物理系研究生，通過(guò)電腦進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，終于從理論上解決了。問(wèn)題就出在旋轉(zhuǎn)速度和摩擦上了。雞蛋在旋轉(zhuǎn)起來(lái)時(shí)，支持點(diǎn)周圍也不免與支持面（桌面）產(chǎn)生摩擦，而這種旋轉(zhuǎn)的物體總是使運(yùn)動(dòng)趨向于摩擦更小的狀態(tài)。當(dāng)雞蛋搖搖晃晃地立起來(lái)，終于使一個(gè)尖端著地時(shí)，就逐漸達(dá)到了支持點(diǎn)面積最小、穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，水平的能量轉(zhuǎn)化成為繞對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作。當(dāng)然，由于摩擦，它的轉(zhuǎn)速又會(huì)慢慢減小，然后開始搖晃，最后倒下來(lái)，因?yàn)檫@時(shí)它要趨向重心更低，更穩(wěn)定的狀態(tài)。

方法二：輕輕一敲，那稍微碎了一點(diǎn)殼的蛋就穩(wěn)穩(wěn)地立在桌上，講的是腦筋急轉(zhuǎn)彎，是個(gè)邏輯問(wèn)題，因?yàn)榇蠹蚁乱庾R(shí)的前提是雞蛋不能損壞，這也是創(chuàng)新意識(shí)，要打破傳統(tǒng)凝固思維。
鏈接：一四九二年哥倫布發(fā)現(xiàn)了新大陸之后，回到了西班牙。在一次歡迎宴會(huì)中，忽然有人高聲說(shuō)道：“我看這件事不值得這樣慶祝。哥倫布不過(guò)是坐著船往西走，再往西走，碰上了一塊大陸而已。任何一個(gè)人只要坐船一直向西行，都會(huì)有這個(gè)發(fā)現(xiàn)。”宴會(huì)席上頓時(shí)鴉雀無(wú)聲，面面相覷。哥倫布笑著站起來(lái)，順手抓起桌上放著的熟雞蛋，說(shuō)：“請(qǐng)各位試試看，誰(shuí)能使熟雞蛋的小頭朝下，在桌上站住 ”大家都拿起面前的熱雞蛋，試著、滾著、笑著，但誰(shuí)也沒(méi)能把它立起來(lái)，哥倫布微笑著，拿起熟蛋，把尖頭往桌上輕輕一敲，那稍微碎了一點(diǎn)殼的蛋就穩(wěn)穩(wěn)地立在桌上了。那人高叫道：“這不能算，他把蛋殼摔破，當(dāng)然可以站住了！” 這時(shí)，哥倫布正色說(shuō)道：“對(duì)!你和我的差別就在這里，你不敢摔，我敢摔。世界上的一切發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，在一些人看來(lái)都是簡(jiǎn)單不過(guò)的。然而他們總是在別人指出應(yīng)該怎樣做以后才說(shuō)出來(lái)。”
[引出問(wèn)題]：那到底什么樣的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，什么樣的結(jié)構(gòu)又是不穩(wěn)定的？
（二）、新課內(nèi)容：
　　結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下，維持原有平衡狀態(tài)的能力。
[探究]：不倒翁為什么不倒？
[分析]：研究不倒翁的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它的重心低。

　　結(jié)合生活現(xiàn)象：以前的農(nóng)作物個(gè)子高，遭遇暴風(fēng)驟雨容易傾覆，造成減產(chǎn)；現(xiàn)在的農(nóng)作物普遍個(gè)子矮。就是利用了重心低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的原理。
[引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論]：重心的高低影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。重心越低,穩(wěn)定性越好;重心越高,穩(wěn)定性越差。
[舉例]：落地電風(fēng)扇或者賓館里的落地?zé)簦鼈兌加幸粋€(gè)比較大的底座。
[引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論]：結(jié)構(gòu)的底座，結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小。支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。
[探究]：學(xué)生拿一本書，讓它直立在桌面上，它馬上傾倒了，顯然，其穩(wěn)定性不好。
同樣的一本書，把它的下端各書頁(yè)展開一定的角度，仍舊將它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。
[實(shí)例展示]：三角架
[分析]：照相機(jī)的三角架為什么能保持平衡？
[引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論]：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的形狀影響其穩(wěn)定性。
[教師總結(jié)]：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素：重心位置的高低、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小和結(jié)構(gòu)的形狀。
[案例分析]：靜止?fàn)顟B(tài)的單車如何保持穩(wěn)定
（1）雙腿支撐
（2）單腿支撐
[探究]：道具采用一輛自行車，調(diào)整單腳支撐位置，研究何時(shí)最易倒下，何時(shí)最平衡？

[試驗(yàn) ]：學(xué)生騎自行車、

[電腦展示]：電子圖片

（師生互動(dòng)進(jìn)行，教師提問(wèn)，學(xué)生作答）
[教師講述]：在靜止情況下，自行車本身不能自我平衡，需要加一支撐腳。當(dāng)由騎車人和自行車構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)起來(lái)之后，騎車人為系統(tǒng)注入動(dòng)力，從而在自行車前進(jìn)的時(shí)候，通過(guò)人的不斷調(diào)節(jié)，自行車和騎車人與地面垂直，使自行車的重心落在車輪與地面接觸的面積內(nèi)。因此，在沒(méi)有明顯的外力干涉時(shí)，這一動(dòng)態(tài)系統(tǒng)能夠表現(xiàn)出一種穩(wěn)定。
[教師總結(jié)]：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下與靜止?fàn)顟B(tài)下物體的穩(wěn)定條件有所不同。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，一方面人們利用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)抵抗外力、承受負(fù)載，另一方面又利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)某些功能。
１.倒置的啤酒瓶可以預(yù)報(bào)地震
２.在打水的桶口邊掛一重物，在水面時(shí)能自動(dòng)翻倒打水。

[學(xué)生快速閱讀案例]：（打印稿）

　　虎丘是蘇州兩千五百年風(fēng)雨倉(cāng)桑的見證。高高聳立在山頂?shù)幕⑶鹚呀?jīng)成了蘇州的標(biāo)志。
　　虎丘斜塔日益著名，并且因?yàn)樗蛥峭跄箵渌访噪x的關(guān)系令科學(xué)家和游客興致倍增。
　　到了公元1512年，唐伯虎、王鏊等人因池水干涸，發(fā)現(xiàn)墓門，留下石刻。1955年人民政府清理劍池時(shí)確實(shí)找到了一條長(zhǎng)約10米的石胡同，盡頭呈喇叭狀，容四人并立，并有一橫三豎四塊青石琢成的長(zhǎng)方形石板，顯然均為人工所為。根據(jù)墓門的形制和朝向，完全符合春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的墓制。因此推測(cè)可能為吳王墓。但因墓恰巧在塔底下，且規(guī)模宏大，一旦開挖，必影響塔，因而作罷，未打開墓門，留下千古之謎。現(xiàn)在的情況是虎丘后山為土堆砌，前山為巨石，因而推測(cè)后山為人工所堆。如果是這樣，就和虎丘塔的傾斜有關(guān)。因?yàn)榈鼗焕危?000噸的塔便傾向土堆的一邊。所以，我們不妨認(rèn)為，是吳王墓的建造引起了虎丘塔的傾斜，而虎丘塔的傾斜又保護(hù)了底下的吳王墓，使之不能開挖，成了一只真正保護(hù)吳王墓的白虎。這就是塔與墓兩個(gè)重要古跡之間的關(guān)系。
　　虎丘塔是全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。虎丘塔高47.7米，比意大利比薩斜塔矮6米；塔尖偏離中心2.34米，是比薩塔的一半；虎丘塔建于961年，比比薩塔早完工390年。請(qǐng)大家注意右側(cè)塔身呈弧型曲線。因此，由此推測(cè)，和意大利比薩塔一樣，虎丘塔在建塔時(shí)就開始傾斜。最后一層塔似乎偏向左邊，這是因?yàn)?638年遭雷擊失火燒毀，重建時(shí)為改變重心、糾正傾斜的結(jié)果。
　　我們知道，與虎丘塔同期的杭州雷峰塔在三十年代倒塌。到五十年代，虎丘塔岌岌可危，不僅傾斜嚴(yán)重，而且周身裂縫遍布，最寬處達(dá)80厘米。1956年采用鐵箍噴漿法，如箍桶一般，每層塔內(nèi)用鋼筋箍起來(lái)，地基灌澆水泥，有效地消除了裂縫。關(guān)于56年修塔，有一段有趣的歷史。當(dāng)年開會(huì)討論修塔方案時(shí)，有一老工人坐在墻角微微地笑，主持會(huì)議的人見他胸有成竹的樣子，便請(qǐng)他發(fā)言。老工人再三推辭后，終于提出了箍桶匠修桶的原理和方案，引起全場(chǎng)哄堂大笑。此事便擱淺。不久，來(lái)了一位蘇聯(lián)專家。看完虎丘塔，下山路上，陪同人員講了上面這段故事，蘇聯(lián)專家十分感興趣，重又上山，于是外國(guó)專家發(fā)的話，便開始具體制定修塔方案。
　　1981年開始，用五年時(shí)間加固地基。在塔基下人工打44個(gè)孔，灌鋼筋水泥，在44個(gè)樁下做水泥殼體，地下防水，更換部分磚體，制止了塔身的繼續(xù)傾斜。
[學(xué)生分組討論]：為什么傾斜而不倒塌？（其重心向地面引垂線仍舊落在底座范圍內(nèi)）
補(bǔ)充：


結(jié)構(gòu)重心的位置：結(jié)構(gòu)重心所在點(diǎn)的垂線是否落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)，落在就是穩(wěn)定的，沒(méi)有就是不穩(wěn)定的。 （右圖為比薩斜塔）
[小試驗(yàn)]：（1）請(qǐng)學(xué)生用桌上的空礦泉水瓶子做各種穩(wěn)定試驗(yàn)。
（2）用積木疊出不同的結(jié)構(gòu)，分析不同結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中得出結(jié)論：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還與結(jié)構(gòu)的形狀有關(guān)。
[練習(xí)]:在擁擠的公共汽車上已沒(méi)有座位，你必須站著，而扶手你讓給了旁邊的老人，你在公共汽車上如何才能使自己不摔倒？

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