資源簡介

§1—2 探究結構
本節課主要在認識上節課認識結構的內容基礎上，進一步對結構強度和穩定性進行探究，并認識結構的兩種連接方式。
教學目的：
1、理解內力、強度、應力的概念；能進行簡單的應力計算；會用應力和強度的關系來解釋一些日常現象。
2、通過簡單的實驗，使學生加深強度與材料、強度與材料的形狀有密切關系的了解。
3、從日常生活中經常碰到的物品以及工程中常見的結構連接，使學生了解結構連接的各種方培養學生對身邊事物的觀察能力。
教 學 重 難 點
重點：理解強度的概念，強度與應力、強度與材料及材料的形狀、強度與結構的連接的關系。
難點：利用所學知識解釋生活中相關的現象。
教學過程和內容：
復習引入新課
復習結構的概念、種類。利用習題引入新課
物體結構、實心結構、框架結構、殼體結構、組合結構
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、人的頭蓋骨、古羅馬斗獸場
進行新課
觀看幻燈片，一兩個不穩定的結構案例引入穩定性的定義。
一、結構的穩定性(stability)：是指結構在負載的作用下維持其原有的平衡狀態的能力。它是結構的重要性質之一
1、結構的穩定性與它的幾何形狀、支撐面積的大小和重心位置密切相關。
2、結構要達到穩定：①它的整體幾何結構必須科學合理；②一個物體支撐面積越大，重心越低，其穩度越大。
3、在進行結構設計時，要盡可能使其重力集中在底部，降低重心，并使重心垂線落在底面積內，就可提高結構的穩定性。
利用不倒翁和比薩斜塔的例子：結構的穩定性與重心的高低有關
利用空調架和晾衣架的例子：結構的穩定性與結構的形狀有關
利用小桌子的實驗：結構的穩定性與結構和地面接觸所形成的支撐面的大小有關
對比三個結論得出，結構穩定的基本條件：
重心所在點的垂線落在結構底面的范圍內
拓展：結構不穩定性的利用：地雷、地動儀。
影響結構穩固的一個主要因素：結構的穩定性。影響結構穩固的另外兩個因素：結構的強度和結構的連接。
二、結構的強度
利用海嘯的例子，引入結構的強度。
利用三根木棍的實驗：不同材料構成的結構，其強度各不相同。有抗拉力、壓力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同結構不同要求中，選擇不同特性的材料。
利用幻燈片：各種形狀的橫截面構件，所承受力的程度是不一樣的。
㈠強度與應力
1、結構的強度是指結構具有的抵抗破壞的能力。（可與穩定性作比較）
指出：結構的強度是通過構件和材料來體現的。
設問：想一想，在材料相同的情況下，構件被破壞的危險程度與什么有關？
2、強度：在工程技術中，不允許任何構件在正常工作情況下被破壞，這就要求構件和材料必須具有抵抗破壞的能力，這種能力稱作強度(strength)。
A、分析：
⑴內力(internal force):構件在外力的作用下會變形，同時其內部各質點之間的相互作用力發生了改變，產生一種抵抗外力的力，稱為內力。
一般來說，外力越大，構件的內力隨之越大，構件被破壞的危險就越大。
⑵橫截面積。
演示實驗：在相同外力及材料的條件下，粗細不同的兩根泡沫塑料桿的承重試驗。引導學生得出結論：構件被破壞的危險程度還與它的截面積有關，橫截面積越大，被破壞的危險性越小。
⑶在材料相同的情況下，構件被破壞的危險程度與它的內力以及橫截面積有關，我們把這兩者的比值稱為應力。用公式表示：δ＝N/A。
應力：構件單位截面面積所受的內力稱為構件的應力。應力的單位是帕（Pa），與壓強相同。
應力又分為正應力和剪（切）應力。同截面垂直的的應力稱為正應力或反向應力；同截面相切的應力稱為剪應力或切應力。
B、深入：
（1）建筑物的支柱是怎樣承受壓力的？假設支柱的橫截面為邊長L的正方形，支柱頂受軸向壓力P，支柱重力G，求支柱的底截面l-l上的應力。
生：討論回答
師：（分析解答）做截面，將柱子上半部分隔離，則其受到的力為P+G。
根據平衡條件可知，內力N＝P+G。
所以應力δ＝N/S＝(P+G)/S。
（2）扭絞的繩子為什么不容易拉斷？拔河用的繩子為什么要做成這個樣子？
生：討論回答
師：分析解答：拔河的時候，繩受到兩邊拉力的作用，內部就產生了抵抗拉力的張力。當張力超過一定值時，繩子就會在應力最大的地方被拉斷。若把多股細繩絞合在一起，既可以防止它們之間的相對移動，保證各股細繩同時受力，實際上也就是有效地增大了繩子的橫截面積，減少了繩子的應力。
㈡、強度與材料
1、強度與材料
我們都會有這樣的經驗，用手擠壓紙杯，紙杯就會變形；而用同樣的力擠壓不銹鋼杯，不銹鋼杯的外形則無明顯改變。這說明了結構強度與材料有關。
當應力達到某一極限值時，構件便會被破壞，因而設計中必須使構件的強度留有必要的余量，作為設計時應力的最高限度，這個最高限度值稱為許用應力。許用應力分許用抗壓應力和許用抗拉應力。如表1-3。
2、強度與材料的形狀
如工字鋼、薄板折疊設計等
材料的橫截面積的形狀極大地影響它的強度。
三、結構的鏈接
1、連接：通過一定的方式把兩個以上的物體連在一起。結構的連接是通過一定的連接物將構件組成整體結構。
2、科學合理的連接，不僅可保證結構或構件的形狀穩定，還能提高結構的強度使它足以支持自身質量及荷載。（構件連接處的強度是影響整個結構強度和穩定性的重要因素，而構件連接處的強度取決于它的連接方式、連接技術和連接處的牢固程度等）
3、常用的連接方式：榫接、螺栓連接、膠粘、繩系、焊接、鉚接等。
4、構件的兩種結點：
鉸連接——被連接的構件在連接處不能相對移動，但能相對轉動。
剛連接——既不能相對移動，也不能相對轉動。
四、結構的強度和穩定性試驗
技術試驗的方式：撞擊試驗、承載試驗和模擬試驗
課后作業：設計一各穩定結構的利用和收集一些材料的結構強度。

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