資源簡介

(共21張PPT)
第八章 運動和力
第5節 跨學科實踐：橋
1.知道橋梁的結構
2.理解橋梁的力學分析
3.能設計并制作一座自己的橋
重點：橋面承重時的形變和受力、支撐結構受力情況
難點：探究幾何體的穩定性
學習目標
新聞：港珠澳大橋主體工程通過國家竣工驗收
新知引入
（1）分類：根據形狀和結構，可將常見的橋梁分為梁橋、拱橋、懸索橋和斜拉橋。
梁橋
拱橋
懸索橋
斜拉橋
新知學習
知識點一：橋梁的結構
（2）結構：橋梁由橋面和承重結構組成。承重結構具有不同的設計和樣式，但總體設計原理都是防止橋面彎曲。
演示實驗：橋面承重時的形變和受力
用一塊表面畫有方格的海綿塊模擬橋面，用手按壓海綿塊來模擬負載(橋梁承載的車輛、行人等對橋面的壓力)。
實驗步驟：
新知學習
知識點二：橋梁的力學分析
海綿塊在負載作用下發生了彎曲形變
橋梁上表面受到壓力，下表面受到拉力。
現象分析：
下層方格被拉伸變寬
上層方格被擠壓變窄
受到壓力
受到拉力
實驗結論：
當負載增加時，橋梁彎曲形變程度會隨之增加，如果彎曲形變超出橋梁允許的形變范圍，橋梁就可能發生坍塌。
如何避免橋梁發生大的彎曲形變，提高橋梁的承重能力，避免橋梁坍塌呢？
理論探究：支撐結構受力情況
梁橋
拱橋
橋墩及兩端地面對橋面提供的支撐力的合力
橋面及負載的合力
地基對橋面提供向上的支撐力的合力
兩側地基對橋面提供的水平方向的力的合力為零
橋面及負載的合力
兩個合力平衡
兩個合力平衡
懸索橋
斜拉橋
吊索對橋面提供向上的拉力和兩端地面的對橋面提供向上的支撐力的合力
橋面及負載的合力
拉索對橋面提供斜向上的拉力和兩端地面的對橋面提供向上的支撐力的合力
橋面及負載的合力
兩個合力平衡
兩個合力平衡
總結：所有橋梁的支撐結構都會產生一個向上的合力，與橋面及負載的合力平衡
活動：體驗拱橋的支撐作用
找一個硬直簡圈，中間套一根橡皮筋, 用手輕壓頂部，觀察皮筋的形變，思考拱橋形狀與橋面負載的關系。
如何在橋梁負載增加時保持橋梁結構穩定、不易彎曲，這也是設計橋梁應考慮的問題。哪種幾何元素構成的物體穩定性好呢？
實驗探究：探究幾何體的穩定性
將幾根橡皮筋連接起來后，穿過吸管再首尾連接，分別搭成三角形和矩形結構。懸掛重物，對以上結構施加向下的力，比較三角形、矩形結構的穩定性。
（a）三角形結構的物體受力時形狀保持不變
（b）矩形結構的物體受力時水平部分彎曲
（c）矩形結構的物體受力時還可能變形為平行四邊形
三角形具有很好的結構穩定性。
分析：
結論：
三角形是現代橋梁的基本結構元素，它有相對較輕的自重且能承受更大的壓力和拉力。因此，在設計上常常利用三角形結構來加固橋梁。
設計并制作一座可承載重物的紙橋，至少能跨越25cm的峽谷，寬度大于10cm，最小承重為0.2N。
測試要求：
1.在橋中間放置重物，要求放上后至少保持5s，紙橋不塌落，記下紙橋承重；
2.每組可嘗試3次，取最高成績。
新知學習
知識點三：設計并制作一座自己的橋
視頻演示：制作紙橋
中國橋梁之父
茅以升（1896 — 1989）土木工程學家，橋梁專家，主持修建了我國自己設計并建造的第一座現代化大型橋梁——錢塘江大橋。
中國十大橋梁
梁橋
拱橋
懸索橋
斜拉橋
橋梁的結構
橋
橋梁的力學分析
設計并制作一座自己的橋
橋面承重時的形變和受力
支撐結構受力情況
探究幾何體的穩定性
課堂小結

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