資源簡介

結構與設計
【使用說明】
1、課前完成B案：閱讀教材并填寫學案，記住基礎知識，標記疑難問題。
2、課堂完成C案：課堂探究解決疑難問題；當堂檢測鞏固所學知識。
3、課后完成A案：拓展深化知識。
B案（課前預習）
要求：（1）利用課前20分鐘，完成下列學案內容。
（2）熟記，理解課本重點知識，找出自己不明白的問題。
【學習目標】
1、了解結構的含義，從力學角度理解結構的概念和一般分類，會分析相關案例。
2、能通過技術試驗分析影響結構的穩定性和強度的因素，并寫出試驗報告
3、能從技術和文化的角度欣賞并評價典型結構設計的案例
【重點難點】
結構與力；結構的類型；影響結構穩定性和強度的因素。
【知識要點】
1、結合課本舉例得出結構的含義：
（1）結構：事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列，確定的搭配和排列決定了物體的性質和形態。結構的各組成部分，通常稱為構件。
（2）結構與力：從力學角度來說，結構是指可承受一定力的架構形態，它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。簡單的說，結構的本質就是為了承受力和抵抗變形。
一般結構會受到以下五種力：拉力、壓力、剪切力、彎曲力和扭轉力。
構件的基本受力形式：拉力、壓力、剪切力、扭轉力和彎曲力。
拉 力 物體所承受的拉拽力
壓 力 擠壓物體的力
剪切力 兩個距離很近 ,大小相等,方向相反,且作用于同一物體上的平行力
扭轉力 反方向向物體兩端均勻施力 ,使物體發生扭轉形變的力
彎曲力 作用于物體 ,使它產生彎曲的力
2、結構的類型： 實體結構、框架結構、殼體結構
（1） 實體結構：結構體本身是實心的結構。受力特點：外力分布在整個體積中。如：鉛球、實心墻、大壩、鐵錘、冰山、泰山等。
（2） 框架結構：結構體由細長的構件組成的結構。受力特點：支撐空間而不充滿空間。如：柵欄、鐵塔、腳手架、板凳、鳥巢、樓房、課桌、餐桌、床等。
（3） 殼體結構：層狀的結構。受力特點：外力作用在結構體的表面上。如：貝殼、飛機汽車的外殼、安全帽、貝殼。
3、結構與穩定性
（1）結構的穩定性：是指結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。
例如：臺風過后，東倒西歪的廣告牌或標牌；因貨物堆得過高而彎道處返倒的三輪車；路邊倒地的自行車等。（因為當物體受到外力作用時，原有的平衡狀態被打破而出現的不穩定現象。）
（2）影響結構穩定性的主要因素
主要有：重心位置的高低、結構與地面接觸所形成的支撐面的大小和結構的形狀等。
①重心位置的高低：重心越低,穩定性越好；重心越高,穩定性越差。
結構重心所在點的垂線是否落在結構底面的范圍內，落在底面就是穩定的，沒有就是不穩定的。
②結構的底座，結構與地面接觸所形成的支撐面的大小。
支撐面越大越穩定，越小越不穩定。如：高塔的共同特點都是上端小而下端大。
③結構的形狀
結構的形狀不同，其穩定性也不同，如板凳只有兩條腿就不穩定，而有不在同一條直線上的三條腿就有比較好的穩定性。
影響結構穩定性的因素是相互關聯的，需要綜合考慮各種因素來討論結構的穩定性。
4、結構與強度
（1）結構的強度：是指結構具有的抵抗被外力破壞的能力。
如：在拔河比賽中，繩子被拉斷了，說明繩子不具有抵抗兩隊拉力的能力；6級地震中一幢小樓倒塌了，說明這座小樓不具有抵抗6級地震的能力。
（2）影響結構強度的主要因素：
結構的強度與結構的形狀、使用的材料、構件之間的連接方式等因素有密切的關系。
不同形狀的結構有著不同的強度。例如：吊蘭支撐架使用三角支架結構，而不使用由一根直桿挑起的結構；在建筑物兩根平行支撐柱之間增加一根斜柱；A字形梯子不采用鋁合金薄片，而采用長方形截面的構件。這些都是為了增加結構的強度。
材料方面：吊蘭的三角形支架使用的是鋼管而不是木條或塑料，是因為鋼管抗拉力性能好。
連接方式：吊蘭的三角形支架的構件是焊接的而不是捆綁的，是因為這種連接方式更牢固。
①結構的形狀: 三角形是框架結構中最基本的形狀之一,它結實、穩定，所用材料最少。
②結構的材料與連接：不同材料構成的結構，其強度各不相同。
一個堅固的梁的材料必須具有好的抗拉力、壓力、剪切力和扭曲力的性能，所以，梁通常由不止一種材料制成。如一根混凝土梁含有加固鋼筋，混凝土擅長抗壓力，而鋼筋擅長抗拉力，它們共同形成了非常牢固的結構。
結構構件的連接通常有兩種：
1）鉸連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，但可相對轉動，具體有松螺栓、松鉚等。如：折疊傘傘骨間的連接、門與門框的連接等。
2）剛連接：被連接的構件在連接處既不能相對移動，也不能相對轉動，具體有榫接、膠接、焊接等，如：固定鐵床架的連接、不可移動的桌腿與桌面的連接等。
自主學習：
1、指出下列物體的結構類型，并寫出受力特點。
物體結構 實體結構① 框架結構② 殼體結構③ 受力特點
柵欄
圓形陶瓷裝飾品
冰山
高層建筑的穹頂
鋼化玻璃鍋蓋
竹排
汽車外殼
2、好多藥瓶的瓶蓋側面都設計有密集的豎條紋，其目的是 ，有的礦泉水瓶子有若干凸起的橫向紋路，它的作用是 ， 。
3、不同的材料一般采用不同的連接方式，金屬一般采用 方式，木材一般采用 方式，塑料一般采用 方式，玻璃一般采用 方式。
4、我國的硬木家具之所以受到世界矚目的主要原因是 。
5、趙州橋最大的科學貢獻在于它的“ ”的創造。
C案（課堂探究）
一、合作探究
要求：自主思考，小組討論，成果展示，教師點撥。
1、當出現交通事故時，摩托車手的頭盔是如何避免外力對頭骨的撞擊的？請回答頭盔屬于什么結構類型？分析頭灰的受力情況，并舉出類似的物品或產品二到三件。
2、人們最早利用混凝土的時候，只是把它當作人造石材。作為人造石材的混凝土與一般石材一樣，雖然有較好的耐壓性能，但是經不起拉力。當人們把混凝土跟鋼材結合起來做梁后發現：這樣的梁既能受壓，也能受拉（因為鋼材結合起來做梁后發現：這樣的梁既能受壓，也能受拉（因為鋼材善于受拉，混凝土善于受壓），其強度比用混凝土做成的梁的強度大得多。
（1）鋼筋混凝土梁中混凝土主要是起著抗壓的作用，而鋼筋主要是起抗拉的作用，如下圖，樓板和陽臺的加固鋼筋位置都安裝正確的是（ ）
（2）、任何構件在設計和使用過程中都要考試構成材料的各種屬性，下圖中上部鋼筋混凝土構件使用最優的是
（3）、鋼筋混凝土梁中比無鋼筋的水泥梁的 強度更強
A、抗彎 B、抗壓 C、抗拉 D、抗剪
思路：
3、小明制作了一個卡通造型的花盆架（如圖所示，腳掌由鐵板制成，其余部分為鋼筋材料）。
（1）制作中，小明使用了手鋸，請將鋸條上橢圓內區域的放大圖繪在答題紙指定位置。
（2）花盆架腳掌與鋼筋的連接方式最優的是（ ）
A捆綁 B黏結 C焊接 D鉚接
（3）在花盆架中，兩個腳掌之間連接有鋼筋，其作用主要是
（4）小明設計了一個簡易的試驗方案，他用花盆作為試驗器材，來檢驗該花盆架在平地上站立時左右翻倒的穩定性。請在下列橫線上補全試驗方案的內容。
試驗名稱：
試驗目的：
試驗準備：帶有不同重量標記的花盆若干，待測試花盆架
試驗過程：將花盆架在平地上站立放穩：
（5）若花盆架左右穩定性不夠，為了提高其穩定性，請提出一條具體的改進措施：
4、案例分析：
探究：中國古代建筑的結構多以木材為材料。請你從材料與構件的連接方式等角度, 分析中國古代建筑穩固的原因。
中國古建筑以木材、磚塊為主要建筑材料，以木構架結構為主要結構方式，此結構式由立柱、橫梁、順模等主要構件建造而成，各個構件之間的連接點以榫卯相吻合,構成富有彈性的框架。
木構架結構有很多優點。首先，承重與圍護結構分工明確，屋頂重力由木構架來承擔，外墻起遮擋陽光、隔熱防寒的作用，內墻起分割室內空間的作用。由于墻壁不承重，這種結構賦予建筑物以極大的靈活性。其次, 有利于防震、抗震。木構架結構很類似今天的框架結構，由于術材具有的特性，且構架的結構所用斗拱和榫卯又都有若干伸縮余地，因此在一定限度內可減少由地震對這種構架所引起的危害。“墻倒屋不塌”形象地表達了這種結構的特點。
斗拱也是中國木構架建筑特有的結構構件，由方形的斗、升和矩形的拱、斜的昂組成。在結構上挑出承重，并將屋頂的大面積荷載經斗拱傳遞到柱上。它有一定的裝飾作用，又是屋頂和屋身上的過渡。此外，它還是封建社會中森嚴的等級制度的象征和重要的建筑尺度衡量標準。
斗拱一般使用在高級的官式建筑中，稱為大式建筑。大體可分為外檐斗拱和內檐斗拱，外檐斗拱中“斗”是最下面的構件，斗口的大小決定著整個建筑的尺寸，“拱”指木，“昂”是斗，拱中斜置的構件室外為下昂，室內為上昂。
因為斗拱的重要性，歷代建筑對它十分重視，使它成為判斷建筑時代的重要標志之一。
技術角度：結構使用功能的實現、結構的穩固耐用、結構造型設計的創意和表現力、材料使用的合理性、工藝制造的精美程度。
文化角度：結構的文化寓意與傳達、公眾認可的美學原則、反映的時代，民族，習俗方面的特征、結構的個性特征等。
二、當堂訓練
鞏固練習
1、趙州橋是隋朝著名匠師李春修建的，是當今世界上年代最久跨度最大的敞肩型石拱橋。所謂敞肩型就是大拱兩肩砌了4個并列的小孔，這四個小孔的作用是
①增大流水通道 ②減少沖力，加速泄洪 ③減少橋身重力 ④節省石料
A、①②③ B、②③④ C、①②③④ D、①②④
2、《建筑抗震設計規范》中明確規定：在地震多發區建造多層磚混結構建筑物，尤其是大空間大跨度的建筑物，禁止使用水泥預制構件（尤其是水泥預制圓孔樓板）。這考慮到了影響結構穩定性因素中的
A、形狀 B、材料 C、重心位置 D、連接方式
3、鉆石有令人難以置信的強度，就是因為它的分子結構為四面體，每個四面體都有四個角、四個面和六條邊，每一個面都是一個三角形，說明鉆石的強度與 有關。
A、結構的形狀 B、使用的材料 C、構件之間的連接方式 D、穩定性
4、在這次冰雪災害中，南方部分輸電電塔倒塌，其主要原因是承載力不夠，結構穩固性低。若要提高電塔穩固性，下列說法不正確的是
A、增加豎向支撐構件的數量 B、加粗豎向支撐構件的尺度
C、增大電塔底部支撐面積 D、增大上部水平連接構件的數量
5、我們常用的A形梯不直接采用鋁合金片，而用長方形截面的鋁合金構件，這說明了 影響著結構強度
A、材料 B、構件的形狀 C、重心的高低 D、連接方式
6、小明的鋁合金書架斷裂了，他最好采用哪種連接方式進行修補
A、焊接 B、榫接 C、膠接 D、鉚接
7、汽車的傳動軸主要受力的作用是
A、拉力 B、壓力 C、彎曲力 D、扭轉力
8、自行車的輻條，一頭穿在軸盤上，另一頭擰在穿過輪圈的空心螺紋上，輻條在工作中的承受力是
A、拉力 B、壓力 C、彎曲力 D、扭轉力
9、黎明同學為了裝飾開國大典縮微圖，用木條、乳膠等制做長方形像框，共有四種設計方案。你認為不合適的方案是
10、小蘭家的茶幾的一個鐵質腳斷裂了，她最好采用那種連接方式進行修補
A、焊接 B、榫接 C、膠接 D、鉚接
11、以下哪種結構是受自然界對結構設計形狀的啟發而產生的
A、電燈泡 B、乒乓球 C、飛機的機翼 D、籃球架
12、分別在一根竹桿和一根同樣尺寸的脆性塑料桿上不斷加掛相同質量的重物，竹桿比脆性塑料桿能掛列多重物而不會斷裂，說明了 影響結構的強度
A、材料 B、結構的形狀
C、構析橫截面形狀 D、構件的連接方式
13、在日常生活中，你所見到的以下哪一個結構是不屬于利用不穩定的結構實現某些功能的
A、游樂設施的蹺蹺板功能結構 B、房間門口的活頁功能結構
C、學校運動場的籃球架結構 D、圓珠筆的筆嘴結構
14、家用落地風扇的底座一般做得比較重，這是為了
A、增加風扇的強度 B、增加電風扇的穩定性 C、安裝電線的需要 D、更加美觀
A案（課后拓展）
課后拓展一
1、走剛絲的人手上拿著一條長棒的目的是（　）
A、美觀 B、降低重心 C、調節重心 D、支撐
2.下列結構是受自然界事物結構啟發而產生的（　）
　　A、口杯 B、衣服 C、飛機 D、手表
3、設計一個方便人戶外活動攜帶，保護衛生、環境污染的水壺，則該產品的結構應是（）。
A 、折疊式不銹鋼杯 B、塑料壺 C、一次性杯D、鐵水壺
4、可以用受力結構的穩定性來解釋的事實是( )
A 拔河的繩子斷裂 B 廣告牌被臺風吹倒
C 雞蛋在某種情況下可以承受很大的外力 D 耳機與電腦主機的插口接觸不良，聽不到音樂
5、 分析下列物體的結構類型，判斷哪個不屬于殼體結構。（ ）
　　　　A、摩托車頭盔 B、圓形陶瓷飾品 C、貝類 D、金字塔　
6、現實生活中的藝術品可以說是數不勝數。比如，不倒翁，它在某些藝術家的眼中被稱為是“幽默的線條”。原因總是“不倒”，那么我們看其“不倒”的原因是
A、構成其材料的強度大 B、其形狀美觀性較好
C、其重心低 D、其重心低，并且底部是光滑的弧面
課后拓展二：2008年9月25日，我國“神舟”七號載人飛船在酒泉衛生發射基地成功發射，標志著中國已跨入了載人航天工程的第三步，同時開展了相關的空間科學與應用實驗。
1、觀察“神舟”七號發射圖，下列對運載火箭主體和發射塔主體部分的設計結構，判斷正確的一組是 ①實體 ②殼體 ③框架
A、①② B、①③ C、②③ D、②①
2、“神舟”七號是利用液氫和液氧做助推劑的，對這種助推劑的優點判斷正確的一項是
①不會對環境造成污染 ②熱值高 ③爆炸極限寬 ④沸點低
A、②③ B、①③ C、①② D、②④
3、酒泉衛星發射基地在我國的
A、四川 B、新疆 C、甘肅 D、內蒙古
4、“神舟”七號飛船在酒泉衛星發射場成功發射。對選擇酒泉作為衛星發射基地的主要區位因素，判斷正確的一組是
①緯度高，有利于衛星發射 ②地處內陸，降水稀少，有利于衛星發射
③農業發達，可為航天基地提供豐富的農產品 ④人口稀少，對其他經濟活動和人們生活的干擾較少
A、①② B、②③ C、②④ D、①④
5、“太空育種”是將蔬菜等農作物的種子搭載飛船上天，利用空間環境培育出高產、優質、早熟、抗病的良種。“神舟”七號飛船也進行了同類實驗。進行“太空育種”的原理是
A、基因重組 B、轉基因 C、細胞分裂 D、基因突變
6、“神舟”七號載人飛船在太空屬于 的衛星。
A、太陽 B、地球 C、月亮 D、銀河系
7、上刀梯是湘西苗族的傳統活動，表演者為保證腳不受割傷，必須力求腳面垂直落在刀刃上，絕不滑動。此時腳面承受
A、拉力 B、壓力 C、剪切力 D、彎曲力
8、材質相同，截面粗細不同的兩個桿件，在相同的拉力作用下，遭受破壞的程度不一樣，細截面的桿件先被破壞，原因是
A、截面越大，桿件的內力越大
B、截面越小，桿件的內力越小
C、截面越大，桿件單位面積承受的應力越大
D、截面越小，桿件單位面積承受的應力越大
9、2007年8月3日下午五點左右，一場13級的大風暴雨“突襲”上海國際賽車場。導致臨時看臺的座椅被整體掀翻，吹倒在F1賽道上，但整體結構基本未被破壞。從結構與力角度分析，這主要座椅結構的什么問題
A、結構強度不高 B、安放位置不合適
C、結構穩定性不高 D、不屬于以上問題
10、用木條制作簡易相框，從牢固的角度考慮，相框四個邊框的連接宜采用
A、榫接 B、膠接 C、榫接加上膠接 D、焊接
部分答案
2、增大手與藥瓶之間的摩擦力，便于旋開和旋緊。增加瓶子的強度，不易變形；增大手與藥瓶之間的摩擦力，不易滑落（每點必須包括原理和作用）
3、焊接、鉚接；榫接、膠接；膠接、鉚接； 膠接
4、采取了榫卯的連接方式，比較結實耐用
5、敞肩拱
合作探究一
頭盔屬于結構當中的殼體結構；
頭盔屬于殼體結構，殼體結構的受力特點是把力均勻的分解開，所以戴頭盔，當發生車禍的時候沖擊力可以均勻分解，使人頭部受力均勻，而不是某一點受很大的力。
類似的物品：龜的堅硬外殼、汽車的外殼，天文臺的球形外殼。
合作探究二
1）A（2）B (3)C
鞏固練習：CBADB DDACA CACB
課后拓展一 CCABDD
課后拓展二 CCCCD BCDCC
PAGE
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