資源簡介

(共26張PPT)
8.5 跨學科實踐：橋
教科版（2024）物理八年級下冊
第八章 運動和力
目錄
素養目標
01
課程導入
02
新課講解
03
總結歸納
04
課堂練習
05
正確教育
素養目標
1.了解橋梁的結構，通過實驗探究不同形狀的橋梁承重能力，并進行橋梁支撐結構受力分析
2.通過動手設計并制作橋梁的過程，體會三角形穩定性在橋梁中的實際應用
3.通過調查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
幾千年前，人們跨越小溪，將樹干跨放在小溪兩岸，發明了最早的橋。早期的橋梁通常由木材和石塊組成，現代橋梁通常由鋼、混凝土和其他高強度材料構建，形狀多種多樣。其中，材料與結構是橋梁設計的兩大關鍵。
橋梁的結構
橋梁可以根據其形狀和結構分類。
常見的橋梁包括梁橋、拱橋、懸索橋和斜拉橋
梁橋
拱橋
懸索橋
斜拉橋
以梁為主要承重結構的橋，是我國古代最早出現的橋型，梁橋是最常見的橋梁類型之一，適用于中小跨徑的橋梁工程
梁橋
以拱為主要承重結構的橋，拱橋跨越能力較大，適用于寬闊河流或深谷等跨度較大、地基較好、有景觀美感要求的橋梁工程
拱橋
以纜索為主要承重構件的橋梁，懸索橋特別適用于超大跨度橋梁建設，如跨越寬闊的海峽或大河等
懸索橋
以斜拉索為主要的承重構件的橋梁，斜拉橋適用于大跨度且有通航或城市美學景觀要求的橋梁建設。
斜拉橋
橋梁的力學分析
用兩個物體制成一塊表面畫有方格的海綿塊模擬橋面，用手施加大小不同的力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），觀察海綿塊的形變程度，并記錄。
實驗探究：橋面承重時的形變和受力
實驗設計
（1）控制兩個支撐物之間的距離不變，用較小的力按壓海綿塊，觀察海綿上面和下面方格的形變程度，上面的方格有輕微的擠壓稍微變窄，下面的方格有輕微的拉長稍微變寬。
（2）保持兩個支撐物體之間的距離不變，用較大的力按壓海綿塊，觀察海綿上面和下面方格的形變程度，上面的方格被擠壓變得更窄，下面方格被拉長變得更寬。
實驗過程
分析可知，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，如果彎曲形變超出了橋梁能承受的形變范圍，橋梁就有可能發生坍塌。
實驗結論
如果你是一名橋梁工程師，如何提高橋梁承重能力，避免橋梁發生大的彎曲形變而導致坍塌呢？
梁橋
以梁為主要承重結構的橋，在豎直荷載作用下結構無水平反力，只利用梁的抗彎能力來承受荷載的橋梁。
以拱為主要承重結構的橋，通過拱的彎曲形狀將荷載轉換為水平和豎向壓力，并傳遞到橋臺和支撐結構上的橋梁
拱橋
以纜索為主要承重構件的橋梁，通過將荷載從橋面傳遞到主纜，再由主纜傳遞到橋塔和錨錠的體系
懸索橋
以斜拉索為主要的承重構件的橋梁，通過斜拉索將橋面荷載傳遞到橋塔上，由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合起來的一種橋跨結構
斜拉橋
體驗拱橋的支撐作用
找一個硬直筒圈，中間套一根橡皮筋，如圖所示，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
研究幾何體的穩定性
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。如圖所示，通過懸掛重物，對以上結構施加向下的力。請比較三角形、句型結構的穩定性有什么不同
實驗發現，三角形具有很好的結構穩定性。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
設計并制作自己的一座橋
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10cm，最小承重為0.2 N
活動要求
一張紙的表明大，支撐力弱；紙被折疊后，形成多個像小山一樣的支撐點，物體的重量就被均勻的分散到各個支撐點上，三角形具有穩定性，紙橋就能支撐柱物體的重量
活動分析
1.準備材料：A4紙、雙面膠、剪刀、刻度尺、鉛筆、砝碼和硬幣等。
2.繪制設計圖：根據生活經驗和網上查閱資料繪制一座自己的橋的設計圖。
3.將一張A4紙用剪刀剪出一條寬2 cm的長條。
4.將剩下A4紙對折成扇子的形狀，
如圖所示，將紙連續進行對折，攤開紙
后，觀察到紙上有多處折痕
活動實施
5.將寬2 cm的紙條分成兩半，用膠水粘成圓環形，做承重橋墩。
6.將兩個橋墩放在適當的位置后，與橋體進行粘連，在橋體上放置重約0.2 N的物體，無明顯損壞，可以承重。
當紙張的形狀改變后，相同一張紙的承受力度也會發生改變。其中承重能力還與瓦楞紙的楞的多少、張開的角度等都有關系，也可以將橋墩折成瓦楞形，大大增加橋梁的穩定性。
活動交流
橋梁的結構
橋梁的力學分析
設計并制作自己的一座橋
梁橋
橋面承重時的形變和受力
支撐結構受力情況
體驗拱橋的支撐作用
活動準備與實施
跨學科實踐：橋
展示交流
拱橋
懸索橋
斜拉橋
探究幾何體的穩定性

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