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第二节 探究结构
【教材分析】
本节根据学习目标的要求设置了4目。具体为：1、结构的稳定性：以人字梯、落地扇、液晶显示屏等一组配文图引入，从而让学生了解影响结构稳定的因素。2、结构的强度：从结构与应力以及结构与材料两方面介绍影响结构强度的主要因素。3、结构的连接：连接处的强度影响整个结构强度和稳定性。4、结构的强度和稳定性试验：用试验来加深学生对影响结构强度和稳定的因素的认识。
【学情分析】
学生在生活中对影响结构稳定的因素有一定的了解，也知道如何增加结构的强度。但是由于条件所限，多数学生还是没有形成系统的认识，没有和相关的理论知识结合起来。
【教学目标】
1）.知识与技能
1、了解影响结构稳定的主要因素；
2、理解内力、强度、应力的概念；能进行简单的应力计算；会用应力和强度的关系来解释一些日常现象
3、了解技术试验的意义，知道技术试验的一般方法。能够完成简单的技术试验，写出规范的试验报告；
2）.过程与方法
1、通过讨论、分析等方法使学生懂得应用相关的理论知识；
2、通过简单的实验，使学生加深强度与材料、强度与材料的形状有密切关系的了解；
3、在技术试验的过程中，培养学生认真观察和规范操作；
3）.情感、态度与价值观
1、培养学生的观察能力，激发学习兴趣；
2、从日常生活中经常碰到的物品以及工程中常见的结构连接，使学生了解结构连接的各种方培养学生对身边事物的观察能力；
3、培养学生对技术的兴趣；
【教学重点、难点】
1）教学重点
影响结构稳定的主要因素；理解强度的概念，强度与应力、强度与材料及材料的形状、强度与结构的连接的关系；技术试验的重要性；能进行简单的技术试验并写出试验报告；
2）教学难点
利用所学知识解决有关现象；利用所学知识解释生活中相关的现象；设计技术试验方案并写出试验报告；
【教学方法】
讲授法
【课时】
2课时
【教学过程】
引入复习上节课的要点，实体结构、框架结构、壳形结构的受力特点。提出不同的结构所能承受的力不同，它的稳固性也不一样。
【新课讲授】
一、通过播放一系列的建筑事故图片，分析这些事故发生的原因，让学生了解结构稳固的重要性，然后思考：影响结构稳固的因素有哪些？
影响结构稳固的因素有很多，我们通过学习结构的稳定性、结构的强度、结构的连接来共同探讨，这节课我们主要学习结构的稳定性。那么，什么是结构的稳定性呢？
屏幕显示：结构的稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有的平衡形式的能力。结构的稳定性是讨论结构整体的问题

二、影响结构稳定性的主要因素
首先提出问题：影响结构稳定性的主要因素有哪些？让学生带着问题思考学习下面的内容。
1、结构的稳定性与它的几何形状有关。
（A字形梯的图片）A字形梯为什么载人时能够保持稳定？如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？
分析：一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形，梯子本身就能站得稳。当连接两个梯面的横杆拉直时，两个梯面的上半部分就与横杆构成了稳定的三角形，这就进一步加强了梯子的稳定性，保证梯子能承受人体的压力。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。
（照相机三脚架的图片）照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状？
分析：因为三角支架与地面有三个接触点，形成的三角形结构使照相机的支撑架更容易稳定。通过上面的分析，我们知道，结构的稳定性与它的几何形状有关。
补充（三角形稳定性的应用）：建筑中广泛运用了三角形的稳定性。房子、桥梁的桁架大多都是由多个三角形构成的；钢架结构的十字梁同样是运用这一原理，在四边形的框架中用两条杆件作对角线，形成多个三角形，既节省了材料，减轻了结构的质量，又有效地加强了结构的强度和稳定性。十字钢梁也是建筑中常用的构件，如在高压输电的铁塔、悬索桥的塔架，以及摩天大楼钢架结构中都被普遍地采用。
2、结构的稳定性与支撑面积的大小
（大坝的图片）为什么大坝的横截面总是建成梯形？

大坝需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的冲击力、压力等等，要起到防洪的作用，大坝必须要求非常稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。
（观察课桌）为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？
分析：这是为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳定性。从而引导学生得出结论：结构的稳定性与支撑面积大小有关。
注意：支撑面≠接触面。
3、结构的稳定性与重心位置
（落地扇的图片）落地扇为什么不易倾倒？
分析：落地扇的底座采用较重的材料，风扇比底座轻很多，使落地扇的重心降低。
（比萨斜塔的图片），比萨斜塔为什么不倒塌？（简单介绍比萨斜塔。比萨斜塔从地基到塔顶高58.36米，从地面到塔顶高55米，钟楼墙体在地面上的宽度是5.09米，在塔顶宽2.48米，总重约14453吨，重心在地基上方22.6米处。圆形地基面积为285平方米，对地面的平均压强为497千帕。目前的倾斜约10%，即5.5度，偏离地基外沿2.3米，顶层突出4.5米。）
通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图，使学生容易理解，比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂线落在塔的底面的范围内。当塔倾斜到一定程度，重心的垂线不再落在塔的底面时，塔就会倾倒。
引导学生得出结论：结构的稳定性与重心位置有关。
小资料（中国的斜塔）：辽宁瑞州古塔，现存塔身高10米，塔身向东北方向倾斜12度，塔尖水平位移1.7米。该塔建成之后虽几经地震与洪水破坏，却始终斜而不倒，堪称奇迹。
4、归纳得出结论：影响结构稳定性的主要因素有：结构的形状、结构与地面接触所形成的支撑面积的大小和重心的位置。
补充：
1、影响结构稳定性的因素是相互关联的，需要综合考虑各种因素来讨论结构的稳定性。例如自行车的单脚支撑方式。
静态的自行车是如何保持稳定的？单脚支撑架的倾斜度如何影响自行车的稳定性？

单脚支撑：显示支撑示意图，支撑脚和地面的接触点与前后轮和地面之间的接触点共同构成三点支撑，在地面形成三角形。
它的稳定程度取决于单脚支撑架的倾斜度，在一定范围内，支撑架与地面的夹角越小（自行车的车身越斜），三角形的支撑面积越大，自行车的重心容易落在三角形内，稳定性越好。
当倾斜度超过一定范围，自行车的重心落到三角形的外面，自行车就无法保持平衡了。
2、物体在静止状态与运动状态下的稳定性的条件也是不同的。
拓展：分析跨栏从稳定平衡到倾覆的改变。
想一想，跨栏是如何倾覆的？为什么不能从相反的方向跨越栏杆？
分析跨栏的受力，得出当倾覆力矩大于抗倾覆力矩时，跨栏倾覆。（力矩在学物理时已经学过，在这里可根据实际情况，略提一提。）
三、结构的强度
1、结构的强度是指结构具有的抵抗破坏的能力。（可与稳定性作比较）
指出：结构的强度是通过构件和材料来体现的。
2、强度与应力
设问：想一想，在材料相同的情况下，构件被破坏的危险程度与什么有关？
A、分析：
⑴内力。构件在外力的作用下会变形，同时其内部各质点之间的相互作用力发生了改变，产生一种抵抗外力的力，称为内力。
一般来说，外力越大，构件的内力随之越大，构件被破坏的危险就越大。
⑵横截面积。
演示实验：在相同外力及材料的条件下，粗细不同的两根泡沫塑料杆（或纸条）的承重试验。引导学生得出结论：构件被破坏的危险程度还与它的截面积有关，横截面积越大，被破坏的危险性越小。
⑶在材料相同的情况下，构件被破坏的危险程度与它的内力以及横截面积有关，我们把这两者的比值称为应力。用公式表示：δ＝N/A。
应力：构件单位截面面积所受的内力称为构件的应力。应力的单位是帕（Pa），与压强相同。
应力又分为正应力和剪（切）应力。同截面垂直的的应力称为正应力或反向应力；同截面相切的应力称为剪应力或切应力。
B、深入：
（1）建筑物的支柱是怎样承受压力的？假设支柱的横截面为边长L的正方形，支柱顶受轴向压力P，支柱重力G，求支柱的底截面l-l上的应力。
（分析解答）做截面，将柱子上半部分隔离，则其受到的力为P+G。
根据平衡条件可知，内力N＝P+G。
所以应力δ＝N/S＝(P+G)/S。
（2）扭绞的绳子为什么不容易拉断？拔河用的绳子为什么要做成这个样子？
分析解答：拔河的时候，绳受到两边拉力的作用，内部就产生了抵抗拉力的张力。当张力超过一定值时，绳子就会在应力最大的地方被拉断。若把多股细绳绞合在一起，既可以防止它们之间的相对移动，保证各股细绳同时受力，实际上也就是有效地增大了绳子的横截面积，减少了绳子的应力。
3、强度与材料
⑴强度与材料
我们都会有这样的经验，用手挤压纸杯，纸杯就会变形；而用同样的力挤压不锈钢杯，不锈钢杯的外形则无明显改变。这说明了结构强度与材料有关。
当应力达到某一极限值时，构件便会被破坏，因而设计中必须使构件的强度留有必要的余量，作为设计时应力的最高限度，这个最高限度值称为许用应力。许用应力分许用抗压应力和许用抗拉应力。如表1-3。
⑵强度与材料的形状
通过两种纸桥的承载测试，说明结构的强度不仅跟材料有关，而且与材料本身的形状有关。
具有相同截面积，但不同截面形状的同种材料的坚固性就不同。利用图片介绍同种材料、相同横截面积、不同截面形状的构件的强度排列顺序。
四、结构的连接
从彩虹桥坍塌的原因我们可以知道（彩虹桥的主要受力拱架钢管焊接不合格），结构的稳固性跟结构的连接有关。那么，什么是结构的连接呢？
结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。科学合理的连接，不仅可保证结构或构件的形状稳定，还能提高结构的强度。
构件连接处的强度是影响整个结构强度和稳定性的重要因素，构件连接处的强度取决于它的连接方式、连接技术和连接处的牢固程度等。（扑克牌搭建的结构的图片。）
1、连接方式
利用图片介绍各种连接方式。
连接的方式是多种多样的，不同的材料适合不同的连接方式。而同一构件的连接方式不同，结构的强度也不同。
2、连接的区域——结点
⑴铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动。（图片举例）
⑵刚连接：被连接的构件在连接处既不能相对移动，也不能相对转动。（图片举例）
提出：结点是从连接的效果来划分。一个结点可以有多种连接方式。
五、 结构的强度和稳定性试验
1、什么是技术试验？技术活动中为了某种目的所进行的尝试、检验、优化等探索性实践活动称为技术试验。技术试验是解决技术问题的重要方法。
2、 技术试验的方式：撞击试验、承载试验、模拟试验。
壳形结构的受力情况技术试验
学生自行设计试验方案，进进壳形结构承重试验，写出试验报告。

小结

第二节 探究结构
一、结构的稳定性
二、结构的强度
三、结构的连接
四、结构的强度和稳定性试验

【教学反思】

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