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(共60張PPT)
第一單元　結(jié)構(gòu)與設(shè)計
第二節(jié) 穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探究
【觀看體會】臺風(fēng)強(qiáng)大的強(qiáng)大的摧毀力——記者勇闖臺風(fēng)中心，圖片給了我們很大的震撼。
一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
二、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的因素有哪些？
一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下維持其原有的平衡狀態(tài)的能力。
結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？
想一想
【支撐面積實驗探究】
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素
1、將A、B兩瓶礦泉水瓶（少量水）一正一倒放置課桌臺上，打開風(fēng)扇。
學(xué)生觀察哪個先倒，為什么？B瓶倒（直覺經(jīng)驗）
2、為什么大壩的橫截面總是建成梯形的？
想一想
【試驗結(jié)論總結(jié)】結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。
【鏈接生活】請同學(xué)們想一想生活中有哪些事例是運用增大支撐面積來增加穩(wěn)定性的？
為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？
想一想
因素三：結(jié)構(gòu)的形狀
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素
怎樣讓一本書更好地直立在桌面上？
A字形梯為什么載人時能夠保持穩(wěn)定？
如果沒有梯子中間的拉桿將會怎么樣？
想一想
【結(jié)論總結(jié)】結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的形狀影響其穩(wěn)定性。
【鏈接生活】（三角形穩(wěn)定性的應(yīng)用）：建筑中廣泛運用了三角形的穩(wěn)定性。房子、橋梁的桁架大多都是由多個三角形構(gòu)成的；鋼架結(jié)構(gòu)的十字梁同樣是運用這一原理，在四邊形的框架中用兩條桿件作對角線，形成多個三角形，既節(jié)省了材料，減輕了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，又有效地加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。十字鋼梁也是建筑中常用的構(gòu)件，如在高壓輸電的鐵塔、懸索橋的塔架，以及摩天大樓鋼架結(jié)構(gòu)中都被普遍地采用。
想一想
照相機(jī)的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形狀？
影響因素之間的關(guān)系探求
【重心與支撐面積之間的關(guān)系】
【得出結(jié)論】對于一個結(jié)構(gòu)體而言，如果重心所在點的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)，就是穩(wěn)定的，不會出現(xiàn)傾倒。
遼寧瑞州古塔，現(xiàn)存塔身高10米，塔身向東北方向傾斜12度，塔尖水平位移1.7米。該塔建成之后雖幾經(jīng)地震與洪水破壞，卻始終斜而不倒，堪稱奇跡。
小資料：中國的斜塔
單腳支撐的自行車放穩(wěn)的原因分析？
想一想
自行車單腳支撐示意圖
【動態(tài)平衡 】
現(xiàn)象一：雞蛋的當(dāng)從側(cè)面讓它旋轉(zhuǎn)起來時，它就會豎直地站立起來
現(xiàn)象二：硬幣的旋轉(zhuǎn)
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素：
重心位置的高低 支撐面積 結(jié)構(gòu)的形狀
結(jié)論
【思考】利用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析：在開始上課的小活動中如何取勝？
降低重心，兩腳分開
【知識拓展】結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，在很多時候我們利用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)抵抗外力、承受負(fù)載，另一方面也利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)來為我們生活提供便利。
小結(jié)
一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三個因素：重心位置、支撐面積的大小和結(jié)構(gòu)的形狀。
結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是指結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。
二、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度
【鏈接生活】你能不能舉出遇到的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度被破壞的的示例呢？
【區(qū)別】結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性是不是相同呢
內(nèi)力——結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是通過構(gòu)件和材料來體現(xiàn)的。構(gòu)件在外力的作用下會變形。同時構(gòu)件內(nèi)部各質(zhì)點之間的作用力發(fā)生了改變，這種作用力的改變稱作內(nèi)力。
應(yīng)力——構(gòu)件單位截面面積所受的內(nèi)力稱為構(gòu)件的應(yīng)力。
公式表示：應(yīng)力、內(nèi)力和橫截面積之間的定量關(guān)系。
公式： σ = N/A
σ——應(yīng)力 兆帕 (MPa)
N——內(nèi)力 牛 N
A——橫截面積 米 m
當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一極限時，結(jié)構(gòu)就會遭到破壞。
讓我們來做一個小游戲：
你能否不用任何工具，僅憑你的兩只手將一雙筷子折斷？然而你能用同樣的力把十雙筷子折斷嗎？
【結(jié)論】這就是由于在相同的作用下，由于十雙筷子的受力面積較大，根據(jù)公式可知，其應(yīng)力較小，因此不容易斷。
我們知道強(qiáng)度是研究不被外力破壞的能力。一般說來，外力越大，則構(gòu)件的內(nèi)力越大。內(nèi)力達(dá)到一定程度時，構(gòu)件就會被破壞。在工程設(shè)計中，不允許任何構(gòu)件在正常工作情況下被破壞。
【例如】我們剛才舉的椅子的例子，椅子能夠承受人的重力這是一個強(qiáng)度問題，那么椅子會不會左右晃動，搖擺，那就是一個穩(wěn)定性問題了。
2.2 強(qiáng)度與材料
結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與材料有關(guān)
VS
紙杯
鋼杯
不同的材料，構(gòu)成的結(jié)構(gòu)其強(qiáng)度各不相同。結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與材料有關(guān)；從強(qiáng)度角度看，外力越大，構(gòu)件內(nèi)力隨之越大，構(gòu)件危險就越大。
公式：σ = N/A
σ——應(yīng)力 兆帕 (MPa)
N——內(nèi)力 牛 N
A——橫截面積 米 m
公式表示：應(yīng)力、內(nèi)力和橫截面積之間的定量關(guān)系。由公式可知，在內(nèi)力不變的情況下，構(gòu)件和材料的橫截面積越大，應(yīng)力越小，危險性就越小。
同截面垂直的應(yīng)力稱為正應(yīng)力或反應(yīng)力。如，柱體垂直受壓時，其橫截面上的應(yīng)力就是正應(yīng)力。
同截面相切的力稱為剪應(yīng)力或切應(yīng)力，如剪切物體時，剪切面上就有剪應(yīng)力。而梁彎曲時，其橫截面上除了具有正應(yīng)力外，還有剪應(yīng)力。
使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的好處是什么？
拓展
混凝土擅長抗壓力，而鋼筋擅長抗拉力
測試用不同截面形狀的構(gòu)件做成的懸梁的強(qiáng)度
小試驗
注意
同一桿件做懸臂，截面朝向不同，所承受的拉力也是不同的。
結(jié)構(gòu)的形狀
◆ 外部形狀：三角形、拱形等。
◆ 截面形狀：工字形、十字形、長方形、L形、圓形、U形。
各種形狀的橫截面構(gòu)件，所承受力的程度是不一樣的。
三角形是框架結(jié)構(gòu)最基本的形狀之一，結(jié)實、穩(wěn)定、材料最少。在四邊形、六邊形構(gòu)件中，加上三角形支撐件，就可大大增加構(gòu)件的牢固程度。
結(jié)構(gòu)的連接是指通過一定的連接物將構(gòu)件組成整體結(jié)構(gòu)。
2.3 結(jié)構(gòu)的連接
【技術(shù)試驗3】
分別用A4白紙，圍成兩個四棱柱體桿件，其中一個，接口處用透明膠帶粘連，分別作承重試驗。觀察現(xiàn)象并分析。
結(jié)論：結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)的連接方式有關(guān)。不同的連接方式，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也不同。
結(jié)構(gòu)構(gòu)建的連接通常有以下兩類：
◆ 鉸連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對移動，但可以相對轉(zhuǎn)動，具體有松螺栓、松鉚等。
膠接
焊接
榫接
◆ 剛連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對移動，也不能相對轉(zhuǎn)動，具體有榫接、膠接、焊接等。
結(jié)點是從連接的效果來劃分。一個結(jié)點可以有多種連接方式。不同的材料有不同的連接方式；構(gòu)件的連接方式不同，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也不同。
在自行車的個部件之間的連接中
三腳架屬于 連接
剎車連桿之間屬于 連接
輻條和鋼圈之間屬于 連接
剛
鉸
鉸
【案例分析】從吊蘭支架的結(jié)構(gòu)試分析吊蘭支架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度
小結(jié)
結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度
1.結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是指結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。2.影響因素
（1）結(jié)構(gòu)形狀：構(gòu)成的形狀略有改變，強(qiáng)度就會改變。
（2）結(jié)構(gòu)材料：不同材料有不同承受應(yīng)力極限的能力。形狀相同，材料不同，強(qiáng)度就不同。
（3） 材料的連接方式：不同的連接方式，受力傳遞方式和效果不一樣。
金剛石及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)
【提問】是什么導(dǎo)致了石墨和金剛石的這些差異呢？
在探求物質(zhì)的微觀世界中我們發(fā)現(xiàn)是碳原子排列的不同，就是結(jié)構(gòu)的差異。
三、結(jié)構(gòu)與功能
結(jié)構(gòu)對事物的功能和作用產(chǎn)生著直接的影響，結(jié)構(gòu)的改變可能導(dǎo)致功能的改變。
多功能起子
【馬上行動]】列舉生產(chǎn)生活中結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致功能改變的事例，并加以說明
功能拓展
寶馬自行車
寶馬自行車
寶馬自行車
寶馬自行車
寶馬自行車
撲克牌建筑模型之最
據(jù)報道，現(xiàn)年33歲的布賴恩·伯格是美國新墨西哥州圣達(dá)菲市的一名建筑師。然而，布賴恩卻并非用磚頭石塊來造房子，他的“建筑材料”是一張張削薄的撲克牌。布賴恩用撲克牌搭建出來的“房子”有的高達(dá)六七米，它們有的是“摩天大樓”的模型，有的是“圓形穹頂”模型，有的是“大教堂”或“大型體育場”的模型。令人驚訝的是，布賴恩搭建的“撲克牌房子”雖然高達(dá)數(shù)米，但布賴恩卻完全是一張張壘疊上去的，他在搭建“撲克牌房子”的過程中從來不使用任何膠水、膠帶或其他粘合劑。
任務(wù)布置：以一副撲克牌為材料，設(shè)計并搭建一個建筑模型。
要求：建筑模型的類型不限，高度10cm以上結(jié)構(gòu)穩(wěn)定豈能承受一定的重量，自重小。
材料：紙牌一副，膠水
活動提示1：的填寫可以先請同學(xué)回答前面課程中所講的有關(guān)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的知識，然后填寫。
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素——
影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素——
活動提示2：同學(xué)分組討論撲克牌這種材料在制作建筑模型時的特點和如何進(jìn)行連接和固定？
紙牌這種材料用在制作建筑模型結(jié)構(gòu)時的特點：表面光滑、便于裁剪；硬度較大，能夠承受比較大的拉力，但是受壓力非常小。
膠水直接粘連；用剪刀剪開口子后，兩張牌插接；隨著連接部位和材料多少的不同，強(qiáng)度和穩(wěn)固性各有不同的變化。
活動提示3：可以進(jìn)行幾個關(guān)于結(jié)構(gòu)受力的小測試：
（1）可以折疊、可以卷曲，折疊成三棱柱或者卷曲成圓柱體后可以承受比較大的壓力，但是卷曲時表面很難光滑；
（2）多張撲克牌疊加后，能夠承受更大的力。

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