資源簡(jiǎn)介

(共23張PPT)
第七章 力與運(yùn)動(dòng)
實(shí)踐 調(diào)研橋梁建筑中的力平衡
1.學(xué)會(huì)制定調(diào)研方案，通過查閱資料、實(shí)地考察等方式收集證據(jù)。
2.理解力平衡在橋梁建筑中的重要性和應(yīng)用方式。
3.知道我國(guó)一些著名橋梁的歷史、人文背景及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
4.能夠從跨學(xué)科視角分析橋梁建筑中的受力及力平衡情況，撰寫調(diào)查報(bào)告。
5.通過調(diào)研活動(dòng)，體會(huì)物理學(xué)在建筑中的重要作用，培養(yǎng)對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。
請(qǐng)欣賞：橋梁建筑的宏偉壯觀
看到這些宏偉的橋梁，你們有沒有想過，它們是如何穩(wěn)穩(wěn)地矗立在江河湖海上的呢？
在這些橋梁建筑中，力與平衡知識(shí)是如何應(yīng)用的？
廣濟(jì)橋
洛陽橋
趙州橋
盧溝橋
錢塘江大橋
港珠澳大橋
1.了解我國(guó)著名橋梁的歷史、人文背景及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
2.了解我國(guó)不同地區(qū)橋梁建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及它們和力平衡的關(guān)聯(lián)。
任務(wù)一：查閱并整理資源
古代四大古橋
趙州橋
洛陽橋
廣濟(jì)橋
盧溝橋
趙州橋
建造年代
公元595年-公元605年之間，距今約有1400多年的歷史
歷史背景
趙州地處交通要道，洨河的存在阻礙了南北通行，于是便有了建造趙州橋的契機(jī)。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
敞肩拱設(shè)計(jì)、 單孔坦弧、 縱向并列砌筑法、
當(dāng)時(shí)作用
改善交通，為商業(yè)貿(mào)易發(fā)展提供有力支持，為軍隊(duì)的調(diào)動(dòng)和物資運(yùn)輸提供了便攜通道。
在設(shè)計(jì)建造時(shí)可能蘊(yùn)含的力平衡智慧
趙州橋建造時(shí)雖無現(xiàn)代力平衡理論，但古代工匠巧妙運(yùn)用了相關(guān)原理。比如敞肩拱設(shè)計(jì)，橋身受荷載時(shí)，力經(jīng)橋身傳至主拱券再向拱腳傳遞，敞肩小拱改變力的傳遞路徑與分布，分擔(dān)部分壓力，分散了主拱券承受的壓力，達(dá)力平衡狀態(tài)，確保橋身穩(wěn)定。洪水沖擊時(shí)，小拱作泄洪通道，沖擊力也能在橋身整體作用下合理疏導(dǎo)、平衡，趙州橋因此歷經(jīng)千年不倒，體現(xiàn)了工匠們的實(shí)踐智慧與對(duì)力平衡的樸素理解應(yīng)用。
建造年代
公元1053年-公元1059年，歷經(jīng)六年零八個(gè)月建筑完成。
歷史背景
北宋時(shí)期，洛陽江如?？谔幩魍募?，船只眾多，原有的渡江方式簡(jiǎn)陋危險(xiǎn)，急需建造大橋改善交通。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
筏形基礎(chǔ)、牡蠣固基、船型橋墩
當(dāng)時(shí)作用
交通便利化，經(jīng)濟(jì)推動(dòng)作用，文化交流促進(jìn)，讓泉州地區(qū)吸收其他地區(qū)先進(jìn)文化。
洛陽橋
在設(shè)計(jì)建造時(shí)可能蘊(yùn)含的力平衡智慧
洛陽橋建造時(shí)雖無現(xiàn)代明確的力平衡理論，但在設(shè)計(jì)上充分體現(xiàn)了對(duì)力平衡的樸素理解與應(yīng)用。筏形基礎(chǔ)通過拋填大量石塊增大與江底泥沙接觸面積，使橋身重量均勻分布，實(shí)現(xiàn)橋身重力與江底支撐力平衡，穩(wěn)固基礎(chǔ)；牡蠣固基利用牡蠣粘連石塊、橋墩成緊密整體，橋身受外力時(shí)，其粘連力可緩沖、分散外力，達(dá)力平衡以增強(qiáng)穩(wěn)定性；船型橋墩的尖形迎水面設(shè)計(jì)能改變水流沖擊力方向與分布，將沖擊力向兩側(cè)分流，實(shí)現(xiàn)水流沖擊力與橋墩自身抵抗能力的平衡，確保橋梁整體穩(wěn)定。
建造年代
開始于公元1171年，歷經(jīng)多個(gè)朝代，前后歷時(shí)數(shù)百年，至公元1530年相對(duì)完整
歷史背景
隨著南宋時(shí)期，潮洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)逐漸繁榮，對(duì)于交通去求迫切，于是有了建造廣濟(jì)橋的計(jì)劃。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
梁橋與浮橋相結(jié)合、獨(dú)特的橋墩設(shè)計(jì)、橋上建筑豐富
當(dāng)時(shí)作用
交通便利化，進(jìn)一步繁榮了潮州商業(yè)市場(chǎng)，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
廣濟(jì)橋
在設(shè)計(jì)建造時(shí)可能蘊(yùn)含的力平衡智慧
廣濟(jì)橋建造時(shí)雖無現(xiàn)代力平衡理論，但古代工匠巧妙應(yīng)用相關(guān)原理。梁橋與浮橋結(jié)合，梁橋部分傳荷載至地基，浮橋梭船受行人、車輛重量會(huì)下沉使浮力相應(yīng)增大形成動(dòng)態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)荷載合理分配穩(wěn)橋身；獨(dú)特橋墩設(shè)計(jì)，船型等迎水面分流水流沖擊力，矩形部分傳垂直荷載，達(dá)水流沖擊力與垂直荷載平衡保橋墩及橋身穩(wěn)定；橋上建筑經(jīng)合理布局設(shè)計(jì)，重量均勻分布各部位，重建筑放橋墩附近可直傳地基，輕建筑由橋身傳相應(yīng)部位，實(shí)現(xiàn)建筑重量與承載能力平衡，豐富功能且不影響橋身穩(wěn)定。
建造年代
公元1189年-公元1192年，歷經(jīng)三年多。
歷史背景
永定河的存在阻礙了南北交通，為了改善交通需求，并且金朝時(shí)期，北京作為都城政治地位需要加強(qiáng)對(duì)周邊地區(qū)的聯(lián)系和控制。。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
聯(lián)拱石橋結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的拱券砌筑方式、堅(jiān)固的橋墩設(shè)計(jì)
當(dāng)時(shí)作用
交通便利化，經(jīng)濟(jì)推動(dòng)作用，為軍隊(duì)的調(diào)動(dòng)和物資運(yùn)輸提供了便捷通道。
盧溝橋
在設(shè)計(jì)建造時(shí)可能蘊(yùn)含的力平衡智慧
盧溝橋建造時(shí)雖無現(xiàn)代明確的力平衡理論，但古代工匠巧妙應(yīng)用相關(guān)原理。聯(lián)拱石橋結(jié)構(gòu)中，11個(gè)石拱承荷時(shí)相互支撐分散壓力達(dá)力平衡保橋身穩(wěn)定；縱聯(lián)式砌筑法靠榫卯讓石塊緊密咬合，承荷時(shí)均勻分擔(dān)壓力實(shí)現(xiàn)力平衡穩(wěn)拱券；船型橋墩尖形迎水面可分流水流沖擊力，分散所受沖擊實(shí)現(xiàn)與自身抵抗能力平衡，保橋墩及橋梁整體穩(wěn)定。
近現(xiàn)代橋梁
錢塘江大橋
港珠澳大橋
錢塘江大橋
建造背景
重要意義
創(chuàng)新設(shè)計(jì)
力平衡應(yīng)用
20世紀(jì)30年代，為改善錢塘江兩岸交通、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及滿足軍事需求，決定建橋
中國(guó)自行設(shè)計(jì)、建造的首座雙層鐵路、公路兩用橋，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在軍事運(yùn)輸?shù)确矫姘l(fā)揮重要作用
采用雙層桁架梁結(jié)構(gòu)，上層公路、下層鐵路，主橋多跨鋼桁架梁，合理利用空間且能有效分布荷載
通過力學(xué)計(jì)算確定構(gòu)件尺寸與材料強(qiáng)度，桁架梁桿件受力時(shí)拉力與壓力相互作用達(dá)力平衡；橋基精心設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)橋身重力與地基支撐力平衡，確保大橋穩(wěn)定。
建造背景
重要意義
創(chuàng)新設(shè)計(jì)
力平衡應(yīng)用
因粵港澳大灣區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，為加強(qiáng)三地互聯(lián)互通、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化，需建跨海通道。
世界最長(zhǎng)跨海大橋，縮短三地交通時(shí)間，推動(dòng)大灣區(qū)經(jīng)濟(jì)一體化，彰顯中國(guó)綜合國(guó)力與工程技術(shù)水平。
世界最長(zhǎng)、最深海底沉管隧道，由33節(jié)巨型沉管組成?？绾４髽?。
設(shè)計(jì)多層防護(hù)結(jié)構(gòu)使內(nèi)部應(yīng)力均勻，實(shí)現(xiàn)壓力與沉管抵抗能力平衡。橋身受載時(shí)斜拉索拉力與鋼箱梁壓力相互作用，實(shí)現(xiàn)荷載與構(gòu)件抵抗能力平衡，保證橋身穩(wěn)定。
港珠澳大橋
任務(wù)二：實(shí)地調(diào)研案例分析
如果條件允許（比如學(xué)校周邊有合適的橋梁可供調(diào)研），在前往實(shí)地調(diào)研之前要做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，如帶上記錄工具（筆記本、筆、相機(jī)等），注意安全事項(xiàng)（如過馬路要小心、在橋上要注意行走安全等）。如果不具備實(shí)地調(diào)研條件，可通過網(wǎng)絡(luò)圖片、視頻等方式對(duì)所在地區(qū)的橋梁進(jìn)行“虛擬調(diào)研”。
具體案例展示
2.介紹該橋梁的基本信息，如名稱、建造年代、所在位置等。
1.展示圖片（多角度）
3.詳細(xì)分析該橋梁的受力情況，結(jié)合之前所學(xué)的力平衡原理，畫出受力分析圖，闡述其如何實(shí)現(xiàn)力平衡。
調(diào)查報(bào)告的范例格式
一、收集整理相關(guān)信息
二、實(shí)地調(diào)研案例分析
1.案例展示
2.調(diào)查報(bào)告
查閱資料，了解世界知名橋梁建筑的歷史、人文內(nèi)涵以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解物理學(xué)在建筑中的重要作用。

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