影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素

1、【想一想】我們經(jīng)常會(huì)幾個(gè)人一起坐在長(zhǎng)凳子上，當(dāng) 其他人站起來離開凳子時(shí)，坐在最邊上的人一不小 心就會(huì)摔倒。 【試一試】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。 【觀看體會(huì)】臺(tái)風(fēng)強(qiáng)大的強(qiáng)大的摧毀力記者勇闖臺(tái)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？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)？結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？ 【重心實(shí)驗(yàn)探究重心實(shí)驗(yàn)探究】 影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素? ? 不倒翁試驗(yàn) 第一步：在不倒

2、翁脖子上逐個(gè)放置鐵環(huán)， 并記錄每個(gè)鐵環(huán)放置后不倒翁的穩(wěn)定狀 況。 第二步：直到不到翁不能恢復(fù)原有的平 衡位置，記錄此時(shí)鐵環(huán)個(gè)數(shù)。 第三步：比較在增加鐵環(huán)前和增加后不 倒翁各方面的參數(shù) 增加鐵環(huán)前 增加鐵環(huán)后 外觀形態(tài) 質(zhì)量 重心 是否穩(wěn)定 討論穩(wěn)定性影響的因素： 質(zhì)量？還是重心？ 【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明】 引導(dǎo)：實(shí)驗(yàn)材料，鐵環(huán)， 不倒翁，橡皮泥 【結(jié)論總結(jié)】 。 【鏈接生活】 思考：落地扇為什么不易傾倒？ 分析：落地扇的底座采用較重的材料，風(fēng)扇 比底座輕很多，使落地扇的重心降低。 增加鐵環(huán)前 增加鐵環(huán)后 外觀形態(tài)沒變沒有改變 質(zhì)量小大 重心低高 是否穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)定 討論穩(wěn)定性影響的因素： 質(zhì)量？還是重

3、心？ 【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明】 引導(dǎo)：實(shí)驗(yàn)材料，鐵環(huán)，不倒 翁，橡皮泥 【結(jié)論總結(jié)】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。 【支撐面積實(shí)驗(yàn)探究支撐面積實(shí)驗(yàn)探究】 影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素影響結(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(tái)上，打開風(fēng)扇。 學(xué)生觀察哪個(gè)先倒，為什么？B瓶倒（直覺經(jīng)驗(yàn)） 2、為什么大 壩的橫截面 總是建成梯 形的？ 想一想想一想 【試驗(yàn)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(qǐng)同學(xué)們想一想生活中有哪些事例是運(yùn)用增大支撐 面積來增加穩(wěn)定性的？

4、 為什么許多 課桌椅的支 撐腳要做成 往外傾斜？ 因素三：結(jié)構(gòu)的形狀因素三：結(jié)構(gòu)的形狀 影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素影響結(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(shí)能夠保持穩(wěn)定？ 如果沒有梯子中 間的拉桿將會(huì)怎么 樣？ 【結(jié)論總結(jié)】結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的形狀影響其穩(wěn)定性。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(yùn)用了三角 形的穩(wěn)定性。房子、橋梁的桁架大多都是由多個(gè)三角形構(gòu)成的； 鋼架結(jié)構(gòu)的十字梁同樣是運(yùn)用這一原理，在四邊形的框架中用 兩條桿件作對(duì)角線，形成多個(gè)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

5、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。 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】 比薩斜塔為什么不倒塌？ 【得出結(jié)論】對(duì)于一個(gè)結(jié)構(gòu)體而言，如果重心所在點(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(huì)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：中國的斜塔小資料：中國的斜塔 單腳支撐的自 行車放穩(wěn)的原 因分析？ 自行車單腳支撐示意圖 【動(dòng)態(tài)

6、平衡 】 現(xiàn)象一：雞蛋的當(dāng)從側(cè)面讓它旋轉(zhuǎn) 起來時(shí)，它就會(huì)豎直地站立起來 現(xiàn)象二：硬幣的旋轉(zhuǎn) 現(xiàn)象三：陀螺 現(xiàn)象四：行駛中的自行車 影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素：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 【思考】利用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析：在開始上課的小活動(dòng)中如何取勝？ 降低重心，兩腳分開 【知識(shí)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(shí)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。 拓展：不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)應(yīng)用拓展：不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)應(yīng)用 一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三個(gè)因素：重心位置、支撐 面積的大小和結(jié)構(gòu)的形狀。 【拓

7、展實(shí)踐】 請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合本節(jié)課內(nèi)容從結(jié)構(gòu)的角度為某公 司設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定的巨幅街頭廣告。 探索視頻 【案例分析】生活中有這樣的情況，人坐在一只小板凳上， 用力搖幾下，板凳就壞了，人也摔倒在地上。人踩在窗戶 的防盜網(wǎng)上擦玻璃，防盜網(wǎng)合金條的焊接處斷裂，險(xiǎn)些釀 成大禍。 【問題】 根據(jù)你的理解，結(jié)合教材，上述情況是什么原因 造成的？ 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(huì)變形。同時(shí)構(gòu)件內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的作用

8、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： = N/A 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(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一極限時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞。 讓我們來做一個(gè)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

9、。內(nèi)力達(dá)到一定程度時(shí)，構(gòu)件就會(huì) 被破壞。在工程設(shè)計(jì)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(gè)強(qiáng)度問題，那么椅子會(huì)不會(huì)左右晃動(dòng)，搖擺，那就是一個(gè) 穩(wěn)定性問題了。 使用的材料 結(jié)構(gòu)的形狀 構(gòu)件之間的連接方式 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與什么因素有關(guān)？結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與什么因素有關(guān)？ 2.2 2.2 強(qiáng)度與材料強(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(xiǎn)就越大。 公式： = N/A 應(yīng)力 兆帕 (MPa) N內(nèi)力 牛 N A橫截面積 米 m

10、 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(xiǎn)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(shí)，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(shí)，剪切面上就有剪應(yīng) 力。而梁彎曲時(shí)，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？ 混凝土擅長(zhǎng)抗壓力，而鋼筋擅長(zhǎng)抗拉力 測(cè)試用不同截面形狀的構(gòu)件做成的懸梁的強(qiáng)度 注意注意 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

11、、長(zhǎng)方形、L形、 圓形、U形。 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。 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(shí)、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 2.3 結(jié)構(gòu)的連接結(jié)構(gòu)的連接 【技術(shù)試驗(yàn)技術(shù)試驗(yàn)3 3】 分別用A4白紙，圍成兩個(gè)四棱柱體桿件，其中一個(gè)， 接口處用透明膠帶粘連，分別作承重試驗(yàn)。觀察現(xiàn)象并分 析。 結(jié)論：結(jié)論：結(jié)構(gòu)的

12、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：結(jié)構(gòu)構(gòu)建的連接通常有以下兩類： 鉸連接鉸連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對(duì)移動(dòng)，但可以 相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(duì)移動(dòng)，也不能 相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，具體有榫接、膠接、焊接等。 結(jié)點(diǎn)是從連接的效果來劃分。一個(gè)結(jié)點(diǎn)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(gè)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)

13、構(gòu)強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度結(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(huì)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。 收集橋梁結(jié)構(gòu)的材料、圖片 等相關(guān)信息，制定橋梁結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)方案。 【鞏固練習(xí)】 根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)填寫下表： 事件結(jié)果原因 分別在一根竹 竿和一根同樣 尺寸的脆性塑 料桿上不斷加 掛相同質(zhì)量的 重物 竹竿 比脆性 塑料桿 能掛更 多的重 物而不 會(huì)斷裂 沿著垂直于重 心線的方向撞 擊一根完整的 鋼管

14、與用同樣 的方法撞擊一 根中間有焊接 縫的鋼管 中間有 焊接縫 的鋼管 受到撞 擊時(shí)容 易損壞 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)與功能三、結(jié)構(gòu)與功能 結(jié)構(gòu)對(duì)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(dòng)】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 撲克牌建筑模型之最 據(jù)報(bào)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

15、 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(chǎng)”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。 布賴恩稱，他并非隨意地將撲克牌堆疊起來，而是使用了 一種系統(tǒng)的“建筑方法”，他的“撲克牌大廈”的幾何學(xué)結(jié)構(gòu)， 有點(diǎn)類似蜜蜂搭建的蜂房。布賴恩稱，每7副撲克牌重達(dá)0.45公 斤，他每天大約會(huì)使用11.3公斤的撲克牌搭建“撲克牌房子”， 布賴恩稱，正是撲克牌的重量和特殊的格子狀結(jié)構(gòu)共同產(chǎn)生作 用，才能使這些

16、“撲克牌摩天大樓”屹立不倒。布賴恩搭建的 “撲克牌建筑”總是能“藐視重力”地穩(wěn)穩(wěn)豎立著，直到布賴 恩認(rèn)為可以讓它們坍塌時(shí)，才弄出一陣輕風(fēng)將它們刮倒。不過， 參觀“撲克牌建筑”的人絕對(duì)不能打噴嚏，因?yàn)檎f不定一個(gè)噴 嚏就能毀掉布賴恩花幾周時(shí)間造出來的“撲克牌房子”。 布賴恩的“撲克牌建筑”已經(jīng)屢屢創(chuàng)下了吉尼斯世界紀(jì)錄。 最近，布賴恩在達(dá)拉斯市的得克薩斯州展覽會(huì)上再次搭出了一 座驚人的“撲克牌摩天樓”，從而再次刷新了世界紀(jì)錄。布賴 恩搭建這座“撲克牌摩天樓”時(shí)，使用了頂?shù)教旎ò宓哪_手架， 這座“撲克牌摩天樓”之所以無法再建得更高，純粹是因?yàn)槭?到了天花板的限制。據(jù)悉，這座“撲克牌摩天樓”是布賴恩花

17、了一個(gè)月時(shí)間搭建出來的，它使用了1800副撲克牌，高達(dá)7.86 米，一舉打破了他以前創(chuàng)下的7.7米的“最高撲克牌建筑”世界 紀(jì)錄。 任務(wù)布置：以一副撲克牌為材料，設(shè)計(jì)并搭建一個(gè)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(dòng)提示1：的填寫可以先請(qǐng)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(shí)，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(dòng)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(shí)的特點(diǎn)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(shí)的特點(diǎn)：表面光滑、便于裁剪； 硬度較大，能夠承受比較大

18、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(dòng)提示3：可以進(jìn)行幾個(gè)關(guān)于結(jié)構(gòu)受力的小測(cè)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(shí)表面很難光滑； （2）多張撲克牌疊加后，能夠承受更大的力。 模型制作完成后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性試驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)后完成活動(dòng)技術(shù)試驗(yàn) 報(bào)告。 提示4： （1）進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，如果砝碼不夠的情況下，可以讓學(xué)生自己攜帶足夠的 1元面值的硬幣進(jìn)行試驗(yàn)。 （2）進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)時(shí)，可以先讓學(xué)生用力吹一下結(jié)構(gòu)，如果已經(jīng)失穩(wěn)，就 沒有必要上講臺(tái)進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)了。如果條件允許的情況下，每小組自行 攜帶一個(gè)電吹風(fēng)，那樣就可以自己完成穩(wěn)定性測(cè)試了。 所有小組都完成測(cè)試后，教師選擇合適的模型引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)影響結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定性和強(qiáng)度的因素對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)分析。 提示5： 讓學(xué)生分析的結(jié)構(gòu)可以是技術(shù)試驗(yàn)效果比較好的結(jié)構(gòu)，也可以是同學(xué)們制 作最多的結(jié)構(gòu)，還可以是那些典型的符合受力的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。 一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三個(gè)因素：重心位置、支撐 面積的大小和結(jié)構(gòu)的形狀。 二、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度二、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度 影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的三個(gè)因素：結(jié)