資源簡介

結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性
第八周 第7次課 班級：高二（5-6）班 執(zhí)教日期：2012/03/27 累計教案：7個
一、教學(xué)內(nèi)容分析：
教材的地位和作用
本節(jié)內(nèi)容是在“常見結(jié)構(gòu)的認(rèn)識”學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，分析結(jié)構(gòu)的兩大重要性質(zhì)之一——穩(wěn)定性，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
二、學(xué)生對象分析：
學(xué)生在生活中已經(jīng)有了穩(wěn)定這類前概念，知道它是對某物體的某方面性能的一種形容、一種描述、一種評價，但未能將之上升到科學(xué)的程度：“穩(wěn)定性阻礙翻倒或移動”。因此，如何正確地理解穩(wěn)定性的概念成為本節(jié)課教學(xué)上的難點(diǎn)。
三、教學(xué)目標(biāo)：
1.知識與技能：了解影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要因素
2.過程與方法：通過探究、實(shí)驗(yàn)、討論、分析等方法使學(xué)生懂得應(yīng)用相關(guān)的理論知識
3.情感態(tài)度價值觀：通過分析討論等得到結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生的探究、實(shí)驗(yàn)、分析問題的能力，體驗(yàn)學(xué)習(xí)樂趣。滲透安全教育、德育教育。
四、教學(xué)重點(diǎn)、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)知識解決有關(guān)現(xiàn)象。
五、課時安排：
1課時
六、教學(xué)用具：
多媒體課件、紙張、礦泉水瓶、不倒翁
七、教學(xué)方法：
多媒體課件、案例交流、學(xué)生試驗(yàn)、
八、教學(xué)過程：
1、結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性
1、引入
播放視頻，學(xué)生扣籃時摔倒。
問：在這則視頻中，同學(xué)們看到什么？答：————
問：籃球架為什么會倒塌呢？（答案可能會五花八門）
倒塌就是結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性遭到破壞，或者說原來的平衡狀態(tài)遭到破壞。那么結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性指的是什么，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性到底都跟哪些因素有關(guān)呢？這就是我們今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。
學(xué)生活動：完成書上 P12 馬上行動
填表說明下表中的物體有可能因受到哪些力的作用而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，并根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)，簡要說明原因。
物體 受到的外力 不穩(wěn)定的主要原因
靜止放置的自行車 風(fēng)的推力 受力面積過大而支撐面積小
落地?zé)?其它物體與它碰撞時產(chǎn)生的外力 重心過高
底口小大的空竹簍 其它物體與它碰撞時產(chǎn)生的外力 與地面接觸面積較小
2、結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性
結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：是指結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下維持其平衡狀態(tài)的能力（即受外力后恢復(fù)原有平衡狀態(tài)的能力）。穩(wěn)定性是結(jié)構(gòu)的重要性質(zhì)之一。
那到底什么樣的結(jié)構(gòu)才具用穩(wěn)定性呢？
演示實(shí)驗(yàn)一
利用如圖所示的裝置做演示，不斷改變支架的傾斜角，觀察結(jié)構(gòu)在什么樣的情況下會發(fā)生翻到。
證明結(jié)構(gòu)的重心所在點(diǎn)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。
意大利比薩斜塔修建于1173年, 動工五六年后，塔身從三層開始傾斜，直到完工還在持續(xù)傾斜。當(dāng)?shù)厝硕枷Ｍ３謨A斜，但不倒塌，因?yàn)樗芪姸嘤慰汀１人_斜塔為什么斜而不倒？（從事觀測該塔的專家蓋里教授根據(jù)比薩斜塔近幾年來傾斜的速度推測出，斜塔將于250年后因塔身的重心超出塔基外緣而傾倒）思考：采取什么措施可以讓它保持斜而不倒？
案例分析：靜態(tài)自行車是如何保持穩(wěn)定的
探究：運(yùn)動中的自行車是如何保持穩(wěn)定的？
自行車只有2個輪子，卻為什么可以保持平衡呢？甚至，高手在騎車的時候，可以雙手離開車把，任由車子向前走而不擔(dān)心摔倒（但要擔(dān)心前面呼嘯而來的汽車）。物理學(xué)家拿出一個陀螺，放在地上轉(zhuǎn)一下，并開始用鞭子使勁抽打它，隨著陀螺越轉(zhuǎn)越快，陀螺也像不倒翁一樣，雖然只有一個尖著地，卻左右搖擺而不肯倒下。這就是陀螺效應(yīng)：旋轉(zhuǎn)的物體有保持其旋轉(zhuǎn)方向（旋轉(zhuǎn)軸的方向）的慣性。
陀螺只有一個旋轉(zhuǎn)方向，已經(jīng)很穩(wěn)定了。而自行車有2個輪子，顯然自行車輪子在高速旋轉(zhuǎn)的時候，會使自行車更穩(wěn)定。因此，騎車人撒開車把也不會倒下。
陀螺效應(yīng)在保持自行車穩(wěn)定中也許起到不可忽略的效果，但是，如果自行車單單憑借陀螺效應(yīng)保持穩(wěn)定，那么，初學(xué)者也應(yīng)該在高速騎車時不會倒下。但是，2個陀螺似乎并不足以支撐騎車人重達(dá)幾十公斤的身體的傾斜。剛學(xué)習(xí)騎車往往會摔得很慘。從另一個方面看，騎獨(dú)輪車的雜技演員由于車速很低，甚至車輪完全停止轉(zhuǎn)動，則基本無法依靠陀螺效應(yīng)保持平衡。
自行車的平衡首先來自于騎車人腰部的肌肉。熟練的騎車人，其身體形成自動的條件反射，當(dāng)自行車稍微傾斜倒下時，人的身體會感受到，腰部肌肉會自動動作，把身體拉向另一側(cè)，形成的反向力矩促使車身抬起。我們學(xué)習(xí)騎自行車，也就是訓(xùn)練身體的肌肉完成這種條件反射，而一旦學(xué)會，這個控制回路就保持在小腦中，隨時可以啟用，許多年也不會忘記。
指出：剛才我們所講的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的條件只適用于靜態(tài)的結(jié)構(gòu)
試驗(yàn)二：將一張紙不用任何工具使它立起來（對試驗(yàn)一結(jié)論的應(yīng)用）
拓展：屏風(fēng)的擺放
3、影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素
（1）結(jié)構(gòu)的形狀
利用剛才實(shí)驗(yàn)二的結(jié)果說明
問：紙張經(jīng)過折疊后就能夠立在桌子上，這前后改變的是什么呢？
答：結(jié)構(gòu)的形狀
演示幾何不變體系（受到外力，在不考慮材料變化的條件下，其幾何形狀與位置都能保持不變，這樣的的體系稱為幾何不變體系）與幾何可變體系（在不考慮材料變化的條件下，在外力作用下容易引起其幾何形狀與位置發(fā)生變化，這樣的的體系稱為幾何可變體系）
由于三角形構(gòu)成穩(wěn)定的幾何結(jié)構(gòu)，故工程結(jié)構(gòu)的桁架都是由三角形組成的。
（2）結(jié)構(gòu)與地面所形成支撐面的大小
試驗(yàn)四：兩個相同的礦泉水瓶子，一個正常擺放，另一個倒過來放置，對他們分別施以相同的力。觀察試驗(yàn)現(xiàn)象得出與地面所形成支撐面越大結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。
拓展：照相機(jī)的三腳架
問：生活中還有哪些是增大結(jié)構(gòu)與地面所形成支撐面而穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的例子？（桌子、椅子等）
重新演示自行車穩(wěn)定性與支撐面的形狀的關(guān)系
問：現(xiàn)讓輪胎的的位置不變?nèi)绾卧龃笏姆€(wěn)定性？（減少支撐腳與地面的角度）
？？
揭示：在一定范圍內(nèi)，支撐架與底面的夾角越?。ㄗ孕熊囋叫保?ABC的面積越大，自行車的重心容易落在三角形內(nèi)，穩(wěn)定性好。
（3）重心位置的高低
試驗(yàn)五：一個空礦泉水瓶子，小石頭若干。往空瓶子里逐漸地加石頭發(fā)現(xiàn)推倒它越來越困難，也就是結(jié)構(gòu)越來越穩(wěn)。觀察試驗(yàn)現(xiàn)象得出重心的位置越低結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。
問：生活中還有哪些結(jié)構(gòu)采用降低重心的方法提高其穩(wěn)定性。（落地扇、不倒翁等、塔）
4、知識應(yīng)用
探究：（1）自行車騎起來時，只有兩個支撐點(diǎn)，為什么不會倒下呢？
（2）為什么落地風(fēng)扇、電腦液晶顯示屏不易傾倒？
（3）攔河壩往往要砌成上窄下寬的形狀，為什么？
（4）在擁擠的公共汽車上已沒有座位，你必須站著，而扶手你讓給了旁邊的老人，你在公共汽車上要如何才能保持自己不摔倒？
（5）觀察學(xué)校的籃球架，并思考：籃球架要有較高的穩(wěn)定性，需要具備哪些條件？
（6）分析為什么增加拉桿以前，人字梯容易倒。增加拉桿以后，人字梯不會倒？
原因：（1）增加拉桿以后，人字梯的兩邊支腳分別與桌面支撐，中間由拉桿固定。施力
以后，梯子的重心落在兩邊的支腳與桌面行成的接觸面范圍內(nèi)，所以梯子不會倒。
如果沒有拉桿，人字梯的兩邊支腳與桌面的位置不能固定，梯腳間又是鉸連接不穩(wěn)固，施力以后，梯子的重心不固定，所以梯子不穩(wěn)定。
（2）另外，增加拉桿以后，兩個梯面的上半部分就與拉桿構(gòu)成穩(wěn)定的三角形。這也進(jìn)一步加強(qiáng)了梯子的穩(wěn)定性，保證梯子承受外界的壓力。
5、逆向思維
以上我們分析的都是結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在生活中的應(yīng)用，那么我們是不是也可以
利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)某些功能呢？
問：如何使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定？答：重心高、與地面所形成的支撐面小。
案例分析：候風(fēng)地動儀
候風(fēng)地動儀是我國漢代科學(xué)家張衡在公元132年利用減小穩(wěn)定程度原理制成了測定地震震源方向的靈敏儀器。
候風(fēng)地動儀是用青銅鑄成的，直徑八尺，外壁上均勻分布著八條龍，龍嘴里含著小銅球，龍頭各向一方。在龍頭下面的地上放著八個昂首張口的銅蛤蟆，當(dāng)籠嘴里含著的小銅球落下時，能正好落在蛤蟆嘴里。
候風(fēng)地動儀內(nèi)部的中央有一根豎立的銅柱叫做柱擺，又名都柱。都柱的重心高，支面小，因此穩(wěn)定性差，受到輕微的震動就容易傾斜。當(dāng)某地發(fā)生地震時，從震源區(qū)傳來的震動使都柱的下部發(fā)生微小的移動，都柱的上部就會倒向震源方向。都柱傾倒時，推動這個方向的杠桿，使相連的籠嘴張開，于是籠嘴里的小銅球就落到它下面的蛤蟆嘴里。所以，看到哪個籠嘴里的小銅球下落，就知道哪個方向發(fā)生了地震。
過去農(nóng)村地區(qū)，人們用木制水桶在深井打水，常常要在水桶邊緣綁上一個小重物，使水桶降到水面時能自動側(cè)翻，方便水桶進(jìn)水。請根據(jù)所學(xué)的知識，從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析這一做法。
讓學(xué)生舉出生活中利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一定功能的事例
利用倒置的啤酒瓶可以測地震等。
結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性只與上述因素相關(guān)嗎？請討論。
6、課堂小結(jié)
（1）結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：是指結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下維持其平衡狀態(tài)的能力。
（2）對于一個結(jié)構(gòu)而言，如果重心的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)，就是穩(wěn)定。否則將不穩(wěn)定。
（3）影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素主要有：重心位置的高低、結(jié)構(gòu)與地面所形成的支撐面的大小、結(jié)構(gòu)的形狀等。
九、教后感

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