《結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性》教學(xué)設(shè)計(jì)

一、引入：首先我們回顧一下我們前面所學(xué)的知識(shí)：我們一起學(xué)習(xí)了結(jié)構(gòu)的定義，認(rèn)識(shí)了常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)以及我們探究自然界結(jié)構(gòu)的目的。學(xué)習(xí)了結(jié)構(gòu)與力以及常結(jié)構(gòu)的三種類型。我們還通過(guò)技術(shù)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了理論到實(shí)踐的遷移。同學(xué)們，大家還記得2022年10月10日江蘇無(wú)錫高架橋垮塌的事嗎？下面我們一起看看當(dāng)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面。視頻據(jù)查明事故原因；是因只能荷載60幾噸的貨車嚴(yán)重超載至180多噸，并且是一前一后同側(cè)行駛，以致破壞了高架橋結(jié)構(gòu)的原有平衡，導(dǎo)致高架橋整體垮塌，遭到破壞。今天，我就想和大家一起探究一下如何讓一個(gè)結(jié)構(gòu)維持其原有平衡狀態(tài)保持穩(wěn)定的問(wèn)題。PPT板書(shū)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性其實(shí)我們?cè)诩夹g(shù)與設(shè)計(jì)1里曾經(jīng)探討過(guò)穩(wěn)定性的問(wèn)題，當(dāng)初我們對(duì)這個(gè)（展示實(shí)物）便攜式小凳進(jìn)行測(cè)試評(píng)估時(shí)，我們就測(cè)試過(guò)穩(wěn)定性的問(wèn)題，小凳的穩(wěn)定性就是指在荷載下它會(huì)不會(huì)左右晃動(dòng)。那到底什么是結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性？下面我們一起看看結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的定義：PPT結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就是指。。。。(板書(shū))（大屏幕展示）在我們的生活，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，在臺(tái)風(fēng)的作用下，廣告牌變得不穩(wěn)定，大樹(shù)被連根拔起。我們也不難忘記汶川大地震，在這次地震中北川縣城幾乎被夷為平地，但是離北川縣城不到8公里的劉漢希望小學(xué)卻是全縣唯一一所沒(méi)有倒塌的希望小學(xué)，這讓全校511名師生逃過(guò)了這場(chǎng)生死劫難，而這所小學(xué)也被網(wǎng)民譽(yù)為“史上最牛的希望小學(xué)”。這個(gè)事例告訴我們：在我們生活中，在外力的作用下，有的物體是能保持穩(wěn)定的，而有的物體是不能保持穩(wěn)定的。那么到底影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素有哪些呢？（大屏幕展示）我們將通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)來(lái)探究一下。（板書(shū)）主要因素一：結(jié)構(gòu)的重心位置。（大屏幕展示探究實(shí)驗(yàn)一）我手上有這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)是用兩個(gè)易拉罐拼接而成的。不同的是：綠色這頭的易拉罐是空的，而紅色這頭的易拉罐是未開(kāi)啟的。這個(gè)組合結(jié)構(gòu)在不同的擺放方式下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是不是一樣呢？我這里有一個(gè)活動(dòng)斜面，我們用它來(lái)測(cè)量結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。我請(qǐng)一位同學(xué)親自來(lái)試一下，看看在不同的擺放方式下它們的穩(wěn)定性有什么不一樣。好，剛才這位同學(xué)試驗(yàn)了兩種不同的擺放方式。一種是比較重的可樂(lè)瓶子在上面，一種是可樂(lè)瓶子在下面。那我要問(wèn)你，這兩種擺放方式下，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有什么不一樣呢？那你覺(jué)得這是為什么呢？大家覺(jué)得呢？看來(lái)大家觀察得都很仔細(xì)，的確，這兩種擺放方式的唯一區(qū)別就是結(jié)構(gòu)重心位置的不一樣。實(shí)驗(yàn)又證明在重心低的時(shí)候，結(jié)構(gòu)是更穩(wěn)定的，由此。。。。。。。。。。日常生活中，因?yàn)橹匦奈恢枚菇Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定的例子很多，看看下面幾個(gè)：不倒翁：獨(dú)腳茶幾2、主要因素二：支撐面的大小除了重心位置以外，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素還有沒(méi)有呢？這是我剛剛買的一瓶水。我把這瓶水正立和倒立對(duì)瓶子的重心位置改變不大，但是對(duì)瓶子的穩(wěn)定性卻改變很大。這就說(shuō)明影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素除了重心位置以外還有其他的因素。我們看，礦泉水瓶正立和倒立的區(qū)別在于瓶子與桌面的接觸面不一樣，那是否就說(shuō)明接觸面的大小就是影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素呢？下面我們來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。（展示探究實(shí)驗(yàn)二）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)匚蚁胝?qǐng)同學(xué)們自己做一做，自己找找影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。各小組的同學(xué)用給定的材料，動(dòng)手搭建四種桌子，測(cè)量每種桌子的穩(wěn)定性并做一個(gè)比較?？纯茨姆N桌子穩(wěn)定性最強(qiáng)。（學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)）請(qǐng)一個(gè)小組的同學(xué)匯報(bào)一下你們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。eq\o\ac(○,1)A和B比較，哪種桌子穩(wěn)定性強(qiáng)？C和D比較呢？eq\o\ac(○,2)四種桌子中哪一個(gè)穩(wěn)定性最強(qiáng)？那么同學(xué)們從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中找到影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素了嗎？我們剛才通過(guò)A和B的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，我們似乎可以得到這樣一個(gè)結(jié)論：桌子腿的數(shù)量越多，桌子與地面接觸的面積越大，桌子越穩(wěn)定。真是這樣嗎？很顯然，C和D桌子的桌腿數(shù)量是一樣的，也就是說(shuō)，C和D桌子與地面接觸的面積是一樣的。而我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)D桌子的穩(wěn)定性要強(qiáng)于C桌子，這說(shuō)明在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中桌腿的數(shù)量或者說(shuō)桌子與地面接觸的面積的大小并不是影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。C桌子和D桌子的區(qū)別在于桌腿的分布，C桌子的桌腿分布集中，而D桌子的桌腿分布在四個(gè)角。我們把桌腿在地面圍成的面積稱作結(jié)構(gòu)的支撐面，把四個(gè)桌腿與地面接觸的面積之和稱作結(jié)構(gòu)的接觸面。很顯然，結(jié)構(gòu)的支撐面積是不同于結(jié)構(gòu)的接觸面積的。C和D桌子的接觸面積是一樣，而支撐面積是不一樣的，D桌子的支撐面積要大，剛才的實(shí)驗(yàn)又證明D桌子是最穩(wěn)定的，由此我們可以得到這樣的結(jié)論：（略）（展示）（板書(shū)）我們?nèi)粘Ｉ钪幸灿性S多這樣的例子：（展示例子圖片）3、主要因素三：結(jié)構(gòu)的形狀好，我們剛才提到了A字形梯，這里有一個(gè)A字型梯的模型（實(shí)物展示），A字形梯是一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。我們思考一下：如果去掉中間的連桿，A字型梯就變成了一個(gè)人字梯，那結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會(huì)怎么樣？這說(shuō)明結(jié)構(gòu)形狀的改變會(huì)影響它的穩(wěn)定性。再比如：這是一個(gè)屏風(fēng)的模型，如果把它一字型排開(kāi)，顯然它的穩(wěn)定性是不夠好的，我們改變它的形狀再試試。這兩個(gè)實(shí)例說(shuō)明：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)的形狀有關(guān)。（大屏幕出示）好，剛剛我們通過(guò)一系列的試驗(yàn)，我們得到了影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三個(gè)主要的因素，當(dāng)然還有其他因素，比如材料，同樣形狀的木結(jié)構(gòu)房子當(dāng)然沒(méi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的房子穩(wěn)定，4、我們已經(jīng)找到了三個(gè)影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素，可是我想很多同學(xué)對(duì)這款平衡酒架的疑問(wèn)始終沒(méi)有解開(kāi)，那么現(xiàn)在到了揭開(kāi)秘密的時(shí)候了。我們來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。這是一個(gè)長(zhǎng)方體框架的模型，它的重心位置應(yīng)該在長(zhǎng)方體的中央，我用細(xì)繩標(biāo)識(shí)出它的重垂線，我把它放在活動(dòng)斜面上，現(xiàn)在它是穩(wěn)定的、重垂線落在結(jié)構(gòu)底面的中央位置。大家注意觀察在傾斜的過(guò)程中，重垂線落在結(jié)構(gòu)底面的位置的變化以及整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的變化。隨著斜面的傾斜，重垂線落在底面的位置也在移動(dòng)，在慢慢的往外移動(dòng)，這時(shí)結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。再增加傾斜的，注意！現(xiàn)在重垂線已基本上落在底面邊緣了，結(jié)構(gòu)始終保持穩(wěn)定的。如果我再增加傾斜度，重垂線勢(shì)必將落到底面范圍之外，我們看看會(huì)有怎樣的狀況發(fā)生？這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明一個(gè)什么問(wèn)題呢，說(shuō)明一個(gè)結(jié)構(gòu)要保持穩(wěn)定就必須要滿足一個(gè)什么條件呢？這是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基本條件。一個(gè)結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定就必須要滿足這個(gè)基本條件。這也是平衡酒架為什么能斜而不倒的秘密所在。這種斜而不倒的例子在我們生活中也是有的，比如（比薩斜塔）它的斜而不倒使它成為了世界建筑史的奇觀。5、綜合實(shí)踐我們剛才通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)、通過(guò)分析，找出了影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素，接下來(lái)我們?cè)囍鴮⑺鶎W(xué)的知識(shí)做一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用，請(qǐng)看大屏幕：好，停下來(lái)，我剛才看了一下，每個(gè)小組都基本上設(shè)計(jì)并制作完成了自己的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，我也發(fā)現(xiàn)各小組在設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中都或多或少的考慮到了我們今天所學(xué)的影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。我們都把自己的作品擺放在桌子邊上，大家互相欣賞一下，好不好？通過(guò)這個(gè)和活動(dòng)我們不僅把今天學(xué)習(xí)的內(nèi)容做了一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用，還讓我們認(rèn)識(shí)到：在一個(gè)結(jié)構(gòu)身上，影響它穩(wěn)定性的主要因素往往不是孤立的，是多個(gè)因素共同影響的結(jié)果。比如，同一個(gè)物體擺放在這個(gè)斜面上，不同的擺放方式、方向下，所體現(xiàn)出的穩(wěn)定性也不一樣。因此，我們?cè)诜治鼋Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的時(shí)候要全面的、綜合的、系統(tǒng)的去分析。四、知識(shí)拓展好，我們剛才都制做了一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。那么在我們現(xiàn)實(shí)生活中，不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是不是就不好呢？（板書(shū)）其實(shí)，在我們生活中，不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)也有很多的應(yīng)用。不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的應(yīng)用五、課堂小結(jié)影