資源簡介

(共35張PPT)
跨學科實踐：橋
——教科版八下第8章第5節
教學目標
【物理觀念】了解梁橋、拱橋、懸索橋、斜拉橋的結構及其受力特點，知道橋梁設計中運用的力學原理及用到的相關學科知識。利用所學知識探索橋梁中的工程技術問題，分析橋梁建造中的能源、環境等社會熱點問題。
【科學思維】設計并制作橋梁簡易模型；能通過測試的結果推理分析橋梁的承重問題，并得出結論，提升科學推理能力。能基于力的平衡及幾何結構的知識，結合現代橋梁的材料及結構設計，說明制作紙橋模型過程的合理性。能根據設計制作過程，分析存在的有關問題并提出自己的見解。
【科學探究】在設計與制作可承載重物的紙橋的實踐活動中，能初步設計簡單的實踐方案。知道橋梁模型制作過程中可以使用到的新技術，能對設計的模型進行負載測試，能對測試的數據進行比較分析，得出并解釋實踐結果。能與他人共同實施設計方案，合作交流存在的問題及改進建議，撰寫簡單的活動報告。
【科學態度與責任】經歷紙橋的設計與制作過程，培養認真嚴謹、勇于創新及團隊合作的科學態度。了解中國橋梁的發展史，知道物理學在橋梁建筑技術方面的應用案例，體會物理學對橋梁發展的促進作用。培養文化認同感和自豪感。
習近平總書記指出：“建設安全、便捷、高效、綠色、經濟、包容、韌性的可持續交通體系，是支撐服務經濟社會高質量發展、實現‘人享其行、物暢其流’美好愿景的重要舉措。”
黨的十八大以來，我國橋梁建設進入全面創新與超越的新發展時期，在數量規模、裝備材料、設計施工等方面均居全球前列。
中國橋梁飛架南北、連接東西，成為促進經濟社會發展、提升人民群眾生活水平的重要助力，不斷續寫交通強國建設的壯美篇章。
中國——橋梁建設強國
你想不想設計一座屬于自己的橋？
基礎知識儲備
中國橋梁建設歷史悠久，橋梁可以根據其形狀和結構分類，橋梁可基本分為梁橋、拱橋、懸索橋和斜拉橋四大類型。
梁 橋
通過梁來支撐橋面的橋梁
主要由橋墩和橋梁梁體組成，結構相對簡單
實腹梁橋多適用于跨度較小的場景，桁架梁橋多適用于跨度較大的場景
位于福建省三明市的沙溪大橋，2022年正式投用，采用主跨176米的鋼桁組合連續剛構，為世界上同類型橋梁最大跨徑，豐富了山區大跨徑梁橋橋型方案。
昭君黃河特大橋連通內蒙古自治區包頭市和鄂爾多斯市，是國內聯長最長波形鋼腹板梁橋，于2022年9月建成，對促進呼包鄂榆城市群協同發展具有重要意義。
“萬里長江第一橋”武漢長江大橋坐落于湖北省武漢市，是首座跨越長江的大橋，也是新中國成立后建成的首座公鐵兩用橋。
拱橋
通過拱形結構承受壓力，并將荷載分散到橋臺和橋墩上的橋梁
具有較好的穩定性和承載力，造型優美
多適用于地質穩定的山谷和河流地帶，以及城市景觀建設等場景
位于山西省太原市的晉陽橋，主跨204米，為下承式鋼桁架拱橋，于2019年6月建成通車，橫跨汾河。
付明麗賀子毅攝影報道
渝湘復線高速公路雙堡特大橋，位于重慶市武隆區大洞河、小河溝“雙溝谷”，采用兩個連拱的設計方式，橋長1620米，是世界在建最大跨徑雙跨連續拱橋。
2024年2月1日，世界最大跨徑拱橋天峨龍灘特大橋建成通車。該橋位于廣西壯族自治區天峨縣龍灘大壩上游，橫跨紅水河，全長約2488米，主跨超600米。
懸索橋
以須索作為上部結構主要承重構件，并通過吊索將橋面固定在主纜上的橋梁
具有較好的柔韌性，穩定性和抗風抗震性能
多適用于寬闊水域、峽谷等地質條件復雜的場景
2024年6月30日，粵港澳大灣區超級工程深中通道建成開通。深中通道是集橋、島、隧、水下互通于一體的跨海集群工程，關鍵控制性工程深中大橋全長2826米，主跨1666米，主塔高270米，是世界最大跨徑全離岸海中鋼箱梁懸索橋。
劉家峽大橋位于甘肅省臨夏回族自治州東鄉族自治縣，跨越劉家峽水庫黃河支溝，全長568米，是西北地區最大跨度的懸索橋。
云南省華坪至麗江高速公路全線控制性工程金安金沙江大橋，于2020年底建成通車，主跨1386米，是世界最大跨徑山區峽谷懸索橋。
斜拉橋
通過斜拉索將橋面與橋塔直接連接的橋梁
可以實現較大跨度，結構美觀，性能高效
多適用于大江大河、深谷、海峽等場景
2024年6月9日，連接江蘇省常州市和泰州市的世界最大跨度斜拉橋常泰長江大橋順利合龍。該橋全長超10公里，主跨1208米，是長江上首座集高速公路、城際鐵路、普通公路于一體的過江通道。
安家莊特大橋位于北京市門頭溝區安家莊村，全長2.2公里，為全球首例墩頂雙轉體曲線鋼桁梁斜拉橋，解決了鋼管混凝土橋墩兩端傳力構造等技術難題。
2024年5月1日，位于湖南省張家界市桑植縣的帥鄉特大橋順利合龍。該斜拉橋全長超1公里，主跨長305米，是張家界桑植至湘西龍山高速公路控制性工程。
從力學的角度，橋梁設計主要要考慮什么問題？
1.提高橋梁承重能力
2.橋梁結構穩定、不易彎曲
防止橋面彎曲
問題思考
如何提高橋梁承重能力
橋梁上表面受到壓力，下表面受到拉力。
當負載增加時，橋梁彎曲形變程度會隨之增加。
如果彎曲形變超過橋梁允許的形變范圍，橋梁就可能發生坍塌。
如何提高橋梁承重能力
支撐結構受力情況
支撐結構產生一個向上的合力與橋面及負載的合力平衡
所有支撐橋面給的向上的力，與橋面及負載的所有向下的力平衡
支撐結構受力情況
體會拱橋的支撐作用
找一個硬直筒圈，中間套一根橡皮筋，用手輕壓頂部，觀察橡皮筋的形變，思考拱橋形狀與橋面負載的關系
學生活動
橋梁結構保持穩定、不易彎曲
三角形具有很好的結構穩定性
（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結構
歸納小結
1.橋梁可以根據其形狀和結構分類，橋梁可基本分為梁橋、拱橋、懸索橋和斜拉橋四大類型。
2.無論采取何種結構和設計，其最終目的是防止橋面彎曲。
3.橋梁設計的首要問題是避免橋梁發生大的彎曲形變、提高橋梁承載能力。
4.橋梁的支撐結構是保障其穩定不易彎曲的關鍵。
5.三角形具有很好的結構穩定性。
實現夢想
設計并制作一座自己的橋
設計并制作一座可承載重物的紙橋，至少能跨越 25 cm 的 “峽谷”，寬度大于 10 cm，最小承重為 0.2 N。
測試要求
在橋中間放置重物，要求放上重物后至少保持 5 s，紙橋不塌落，記下紙橋承重；
每組可嘗試 3 次，取最高承重值。
材料與工具
選用參考
A4 紙、雙面膠、剪刀、刻度尺、鉛筆、砝碼和硬幣等。
下 課
Thanks!
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