資源簡介

(共88張PPT)
技術與設計1
技術與設計2
技術與設計1、2的聯系和區別
“技術與設計1”是通用技術課程的導入模塊，也是技術與設計的基礎學習內容，模塊中的設計以產品設計為依托，從問題的發現開始，經過設計方案的制定、原型與模型的制作、方案的優化，直到最終方案的確定，形成了一個完整的設計過程。它強調的是對技術的理解和對設計過程的把握。
“技術與設計2”則是在“技術與設計1”基礎上的深化學習內容，它以“結構與設計”“流程與設計”“系統與設計”“控制與設計”這4個具有典型意義的、與技術發展密切相聯系的主題為內容展開。強調的是學生技術思想和方法的形成，創新意識和能力的培養。
“結構與設計”強調從力學的角度理解結構、結構的強度和穩定性等問題，關注簡單的結構設計；
“流程與設計”強調對流程和流程優化的理解，以及簡單流程和流程改進的設計；
“系統與設計”則重在對系統的理解，以及運用系統的思想解決一些生活中問題的設計；
“控制與設計”應注重理解控制的涵義和控制的應用，以及生活生產中的簡單控制系統的設計。
結構與設計
常見結構的認識
悉尼歌劇院與悉尼大橋
埃及金字塔
比薩斜塔
中國長城
趙州橋
蜂巢
結構多種多樣且決定著事物存在的性質
如何理解“結構決定事物存在的性質？”
是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列。
結構：
構件：結構的各組成部分
自然界中物體的結構：鳥巢、蜂巢、蜘蛛網、大樹、動物的身體與器官等；
技術領域中的結構
案例分析
蒼耳子與尼龍搭扣
鳥與飛機
鷹眼與導彈跟蹤系統
社會領域中的結構：人員結構、一篇文章的結構、一堂課、一首歌等……
無處不在的結構
蜂巢
蜂巢的結構用材最少，容積最大
蜂房是六角形的，0.073毫米的巢壁，蜂房微微向內傾斜，排列成行，但彼此嵌合得天衣無縫，構成一個整體，牢固無比。重40克的蜂房，卻能容納2000克蜜蜂。
蜂巢的結構精巧又美觀
尼龍搭扣與 蒼耳子
鷹眼與導彈跟蹤系統
鷹眼與導彈跟蹤系統
鷹可以在幾千米的高空準確無誤地辨別地面上的動物，這是因為它的眼部結構比較特殊。人類每只眼睛的視網膜上都有一個凹 槽，叫做中央凹。而老鷹眼中的中央凹卻有兩個，這兩個中央凹的作用不同，其中一個專門用于接收來自鷹頭側面物體的像，另一個用于接收來自鷹頭前方物體的像。這樣，老鷹的視覺范圍就寬多了，能兼顧前方和側面。根據鷹眼的結構，人們正在研制“鷹眼”導彈系統。這種導彈系統能自動尋找、識別目標并跟蹤攻擊。
閱讀案例：魁北克大橋的坍塌。
這座大橋本該是美國著名設計師特奧多羅·庫帕的一個真正有價值的不朽杰作。庫帕曾稱他的設計是“最佳、最省的，自我陶醉于他的設計，在沒有對橋梁的關鍵部位做相應加固的情況下，擅自將原來的500m的橋長延長到了600m，以成為當時世界上最長的橋。橋的建設速度很快，施工組織也很完善。正當投資修建這座大橋的人士開始考慮如何為大橋剪彩時，人們忽然聽到一陣震耳欲聾的巨響——大橋的整個金屬結構垮了：19000噸鋼材和86名建橋工人落入水中，只有11人生還。
閱讀案例：魁北克大橋的坍塌。
分析大橋坍塌的原因是什么？
設計師擅自改變橋的結構。
為什么改變橋的結構會造成塌陷呢？
因為，不合理的結構會使結構或材料所受到的外力超過其承受的極限。
結構與力
從力學角度來說，結構是指可承受一定力的架構形態，它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。
結構的功能本質：為了承受力，抵抗變形。
物理學與通用技術研究力的角度不同,物理學往往研究外力,把物體當質點,哪怕是地球,在研究它繞太陽轉動時,仍把它當作質點。
而技術學則關注一個物體內部受力情況。
內力和應力
當一個結構受到外力作用時,內部各質點之間的相互作用會發生改變, 產生一種抵抗的力 , 稱為內力。
應力是構件的單位橫截面上所產生的內力。
用公式表示應力為：σ =F/s, （σ讀音Sigma ）其中 ,F 是內力 ,S 是受力面積 , σ是應力。
內力如何抵抗外力圖示1
壓力
內力抵抗壓力
左拉力
右拉力
右內力抵抗左拉力
左內力抵抗右拉力
內力如何抵抗外力圖示2
內力如何抵抗外力圖示3
右壓力
左壓力
右內力抵抗右壓力
左內力抵抗左壓力
P5馬上行動：
指出下列結構可以抵抗來自外界哪些方面
的作用力：
建筑物的窗戶：
課桌：
硬紙包裝箱：
抵抗來自建筑物墻體的正向和側向的壓力、風的作用力，及其自身的重力
承受來自桌面物體的壓力和它自身的重力等
承受箱內物體的重力、箱內物體向外的擠壓力以及自身的重力等
一根筷子和一把筷子的故事
古代有幾兄弟經常打架，父親就給他們現身說法：一根筷子容易被人折斷，兩根筷子還是容易折斷，三根筷子有點難……十根筷子就折不斷了。從此，幾兄弟便團結起來。
試解釋，為何一根筷子容易斷，多根筷子不易斷？
一根筷子的截面積小，所受應力就大；多根筷子一起，截面積變大了，所受應力就小了
物理學的拉力
摩擦力
物體在運動之前，摩擦力隨著拉力增大而增大，但達到最大靜摩擦力時，就不會再增大了，如果拉力再增大，物體就會運動。
摩擦力與拉力關系示意圖
外力相當于拉力，內力相當于摩擦力
不發生變形時，內力隨外力增大而增大，但達到一個最大值后，就不會再增大了。內力有一個最大值。此時，如果外力再增大，就會破壞結構。
當外力大于內力的最大值，或者結構受到的應力大于容許應力時，結構就會被破壞。
外力
內力
當結構中任一部分的應力達到材料的某種極限值時, 結構就會遭到破壞。
練習：
已知結構的容許應力為50 N/cm2，截面積為4 cm2，外力沖擊產生的內力為180N，請問結構會被破壞嗎？
（解法1） 180/4＝45 N/cm2，小于容許應力，所以不會被破壞
（解法2）4*50N/cm2＝200N，外力小于內力的最大值，所以不會被破壞。
結構受力分析
分解成結構構件 基本上，要分析一個結構體，必須先將復雜的結構體，分為許多小的結構構件, 再一一地將它分析出來。
構件的基本受力形式：受拉、受壓、受剪切、受扭轉和受彎曲。
構件受到拉力和壓力的作用
構件受到彎曲力的作用
若一個物體承受與之垂直的負荷時，一般稱其為梁。受此一負荷后梁必會產生彎曲現象。
構件受到扭轉力的作用
當構件承受外力作用時，其一部分發生滑動或剪斷之傾向時，即會產生剪切力。
兩個距離很近、大小相等、
方向相反、
作用于同一物體上的平行力
1.受拉
2.受壓
3.受剪切
4.受扭轉
5.受彎曲
請連線，把左右對應的項目連接起來：
A.構件承受使之產生彎曲的力
B.構件承受兩個矩離很近，大小相等，方向相反的平行力
C.構件承受使之被擠壓的力
D.構件承受拉拽力
E.構件兩端承受方向相反的均勻的力，使它發生扭轉形變
P6 馬上行動
主要受力分析
秋千的吊索，主要承受
橋梁的橋墩，主要承受
汽車方向盤的軸，主要承受
單杠的杠體（上面的橫杠）主要受
吊扇旋轉，吊桿主要受
拉力
壓力
扭轉力
扭轉力和拉力
彎曲力
知識回顧
結構的定義：事物的各個組成部分之間的有序搭配和排 列。
結構的本質：承受力，抵抗變形
應力是構件的單位橫截面上所產生的內力。σ =F/s
結構所受力的類型：拉力、壓力、彎曲力、剪切力、扭轉力 。
提問:梁只是由混凝土材料構成的嗎
一般的構件都受到多種力的同時作用。
壓力
拉力
根據物體結構形態在受力時承受和傳遞力的方式差別
實體結構
框架結構
殼體結構
結構
結構的分類
實體結構
通常是指結構體本身是實心的結構。
如墻壁、柱子、實心球、橡皮等等。
長
城
錘
子
砧
板
實體結構的受力特點如何？
外力分布在整個體積中，利用自身來承受荷載，主要承受壓力。
框架結構
通常是指結構體本身由細長的構件組成，支撐空間卻不充滿空間。
如窗戶、畫框、房子的框架等等。
建筑框架
框架結構
埃
菲
爾
鐵
塔
框架結構的受力特點如何？
既能承受豎向重力的荷載，也能承受水平方向的荷載
殼體結構
殼體結構通常是指層狀的結構。
如貝殼、頭盔、汽車飛機的外殼等等。
殼體結構
中國國家大劇院
帳篷
殼體結構的受力特點如何？
外力作用在結構體的表面，通過殼體來傳遞力和承受荷載，特別是當頂部受到壓力時，它能將力均勻擴散。
組合結構
物體結構 實體結構 框架結構 殼體結構 組合結構 受力特點
柵欄
圓形陶瓷裝飾品
冰山
高層建筑的穹頂
鋼化玻璃鍋蓋
竹排
汽車外殼
人的頭蓋骨
古羅馬斗獸場
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殼體結構的受力特點如何？
外力作用在結構體的表面，通過殼體來傳遞力和承受荷載，特別是當頂部受到壓力時，它能將力均勻擴散。
練習：當出現交通事故時，摩托車手的頭盔是如何避免外力對頭骨的撞擊的？
摩托車手頭盔的某一部位受到一個大的撞擊力，由于頭盔的殼體結構，使得所受力迅速分布到其表面，形成整個頭盔表面均勻受力，而不是某一點受很大的力……

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