12 稳固结构探析说客Word文档格式.docx
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通过上一节课的学习，我们知道，结构是指事物的各组成部分之间的有序搭配和排列。
从力学角度来说，结构又是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。
【观看体会】展示07年我国发生了几起台风，台风过后的一些录象、图片给了我们很大的震撼。
如果我们的建筑物更加稳定、更加坚固，就可以在很大程度上减少台风等给我们带来的危害。
那么结构的稳定性指的是什么？
又受那些因素的影响呢？
带着问题观看
看后思考
4分钟
2
1稳定性含义解析
什么是结构的稳定性？
结构的稳定性：
是指结构在负载的作用下，维持其原有平衡状态的能力。
它是结构的重要性质之一。
2分钟
2影响结构稳定性的因素探求
【实验探究】重心的影响
不倒翁试验
第一步：
在不倒翁脖子上逐个放置铁环，并记录每个铁环放置后不倒翁的稳定状况。
第二步：
直到不到翁不能恢复原有的平衡位置，记录此时铁环个数。
第三步：
比较在增加铁环前和增加后不倒翁各方面的参数
增加铁环前
增加铁环后
外观形态
没变
没有改变
质量
小
大
重心
高
低
是否稳定
稳定
不稳定
讨论稳定性影响的因素：
质量？
还是重心？
【设计实验证明】
引导：
实验材料，铁环，不倒翁，橡皮泥。
。
【结论总结】重心的高低影响结构的稳定性。
重心越低,稳定性越好;
重心越高,稳定性越差。
【链接生活】
思考：
落地扇为什么不易倾倒？
分析：
落地扇的底座采用较重的材料，风扇比底座轻很多，使落地扇的重心降低。
学生分组合作，实验操作并记录
设计拓展试验，完成，展示，并得出结论
7分钟
【实验探究】支撑面积的影响
试验：
（稳定性与支撑面的关系）
1、将A、B两瓶矿泉水瓶（少量水）一正一倒放置课桌台上，打开风扇。
学生观察哪个先倒，为什么？
B瓶倒（直觉经验）
2、屏幕显示大坝的图片
为什么大坝的横截面总是建成梯形？
大坝需要承受很大的力，如自身的重力，水的冲击力、压力等等，要起到防洪的作用，大坝必须非常稳固。
大坝建成梯形，增大了与地面接触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。
图片展示：
支撑面接触面，两者不同
【试验结论总结】结构与地面接触所形成的支撑面的大小影响结构的稳定性。
支撑面越大越稳定，越小越不稳定。
【链接生活】请同学们想一想生活中有哪些事例是运用增大支撑面积来增加稳定性的？
例如：
相机三脚架
课桌椅思考：
为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？
课桌椅的支撑脚做成往外倾斜是为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳定性
观察思考
【实验探究】形状的影响
怎样让一本书更好地直立在桌面上？
[分析]：
同样的一本书，把它的下端各书页展开一定的角度，仍旧将它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。
A字形梯为什么载人时能够保持稳定？
如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？
师：
分析，一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形，梯子本身就能站得稳。
当连接两个梯面的横杆拉直时，两个梯面的上半部分就与横杆构成了稳定的三角形，这就进一步加强了梯子的稳定性，保证梯子能承受人体的压力。
如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。
通过上面的分析，我们知道，结构的稳定性与它的几何形状有关。
【结论总结】结构或构件的形状影响其稳定性。
（三角形稳定性的应用）：
建筑中广泛运用了三角形的稳定性。
房子、桥梁的桁架大多都是由多个三角形构成的；
钢架结构的十字梁同样是运用这一原理，在四边形的框架中用两条杆件作对角线，形成多个三角形，既节省了材料，减轻了结构的质量，又有效地加强了结构的强度和稳定性。
十字钢梁也是建筑中常用的构件，如在高压输电的铁塔、悬索桥的塔架，以及摩天大楼钢架结构中都被普遍地采用。
思考，并解释原因
思考回答
联系生活作出回答
5分钟
【思考】
（1）重心和支撑面关系
屏幕显示比萨斜塔的图片，比萨斜塔为什么不倒塌？
（简单介绍比萨斜塔。
）
能用我们刚学过的知识加以解释吗？
【分析】长方体重心的垂线位置与稳定性示意图
比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂线落在塔的底面的范围内。
当塔倾斜到一定程度，重心的垂线不再落在塔的底面时，塔就会倾倒。
【得出结论】对于一个结构体而言，如果重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，就是稳定的，不会出现倾倒。
（2）动态平衡
现象一：
鸡蛋的当从侧面让它旋转起来时，它就会竖直地站立起来
现象二：
硬币的旋转
现象三：
陀螺
现象四：
行驶中的自行车
学生各抒己见
列举生活中动态平衡的示例
实践应用
利用结构稳定性分析：
在开始上课的小活动中如何取胜？
降低重心，两脚分开（支撑面扩大）或改变两脚站立姿势（改变结构形状）
知道了结构稳定性影响因素后，应用于解决分析实际问题，将知识转化为能力）
尝试回答
3
综合案例分析
探究步骤：
引入：
生活中，我们经常会遇到需要爬梯子的情况，爬的越高我们就越是害怕。
这是为什么呢？
我们今天从技术的角度来分析其中的道理。
根据搭建步骤1-5，与同伴合作搭建人字梯。
根据搭建步骤6，将梯子竖立起来，观察梯子的稳定性如何，并作简要记录。
根据搭建步骤7，在人字梯的中间增加拉杆。
观察梯子的稳定性如何，并作简要记录。
第四步：
将砝码放置在梯子的不同高度，测试梯子的稳定性变化。
试验总结：
将第6步完成的人字梯竖立起来时，会发现其非常不稳定，基本很难站立起来；
但是，当加入拉杆后梯子的结构发生了变化，稳定性有了很大的提高。
（强调）结论2：
结构的稳定性与结构的形状有关。
将砝码放置在底部时，结构的重心较低，梯子越不容易被推倒，结构的稳定性较好；
砝码放置的位置越高，梯子越容易被推倒，结构的稳定性越不好。
结论3：
结构的稳定性和重心在竖直方向上的位置有关。
重心越低，稳定性越好。
小组合作，实验探究，观察实验过程，并记录实验数据
分析实验现象
总结实验结论
8分钟
4
总结
教师提示
两大问题
1.结构的稳定性含义
2.影响结构稳定性的主要因素
学生回顾总结
（1）重心位置的高低
（2）结构与地面接触所形成的支撑面的大小（3）结构的形状。
5
作业
[实践活动题2]请同学们结合本节课内容从结构的角度为某公司设计一个稳固的巨幅街头广告牌。
[知识拓展]：
结构的稳定性在日常生活中有着广泛的应用，在很多时候我们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面也利用不稳定的结构来为我们生活提供便利。
【第二课时教学目标】
理解结构强度的含义。
理解结构的稳定性和结构强度的关系。
通过讲授、试验、分析总结出影响结构强度的几个主要因素，并写出试验报告。
【第二课时重点难点】
影响结构强度的因素，以及结构稳定性和结构强度之间的关系。
（1）用实验方法探求影响结构强度的因素及其应用。
（2）分析影响结构强度因素。
【第二课时教学过程】
课堂导入
播放探险者视频或者图片创设情境导入
在中央电视台曾看到这样一则报道：
一名勇敢的洞穴探险者，仅仅凭借一根麻绳，进行洞穴探险活动，结果在途中发生了不幸，绳子断了，人也掉进了70余米深的洞穴里，摔成重伤。
造成事故的原因是:
绳子不结实,不像专业探险家们采用的粗尼龙绳那样牢固，并且没有科学、先进的设备做保障。
造成事故的原因是什么呢？
命系一线。
绳子不结实，不能承受外来的负载，不堪负荷，损坏了。
生活中，我们常说的“结实与不结实，牢固与不牢固”就是指结构的强度。
3分钟
结构强度讲授
【案例分析】生活中有这样的情况，人坐在一只小板凳上，用力摇几下，板凳就坏了，人也摔倒在地上。
人踩在窗户的防盗网上擦玻璃，防盗网合金条的焊接处断裂，险些酿成大祸。
【问题】根据你的理解，结合教材，上述情况是什么原因造成的？
【教师总结】这是由于板凳、防盗网没有能够承受住人的重力所造成的后果。
我们说它们不结实，板凳和防盗网合金条的焊接处不结实，板凳和防盗网的结构不能够抵抗外力---人的重力所造成的对它们的破坏。
结构的强度——就是指结构具有抵抗被外力破坏的能力。
【链接生活】你能不能举出遇到的结构强度被破坏的的事例呢？
【区别】结构强度和稳定性是不是相同呢?
学生思考回答
含义区别
【强度与稳定性的联系与区别】
我们知道稳定性是研究物体的保持平衡状态的能力，强度是研究不被外力破坏的能力。
结构的强度是通过构件和材料来体现的。
构件在外力的作用下会变形。
同时构件内部各质点之间的作用力发生了改变，这种作用力的改变称作内力。
一般说来，外力越大，则构件的内力越大。
内力达到一定程度时，构件就会被破坏。
在工程设计中，不允许任何构件在正常工作情况下被破坏。
例如我们刚才举的椅子的例子，椅子能够承受人的重力这是一个强度问题，那么椅子会不会左右晃动，摇摆，那就是一个稳定性问题了。
回答
通过例子让学生有感性的认识，不必要进行深入分析
影响结构强度的关系
【材料的关系】
【技术试验1】
我们做一个简单的技术试验，这是一张白纸，我很容易把它撕碎，这是一条皮带，有谁能用手把它撕碎？
叫一名学生上来试一试
【结论】不同的材料，构成的结构其强度各不相同。
结构的强度与材料有关；
从强度角度看，外力越大，构件内力随之越大，构件危险就越大。
构件单位截面面积所受的内力称为构件的应力。
公式：
σ=N/A
σ——应力
帕
（Pa）
N——内力
牛（N）
A——横截面积
米（m²
）
公式表示：
应力、内力和横截面积之间的定量关系。
由公式可知，在内力不变的情况下，构件和材料的横截面积越大，应力越小，危险性就越小。
同截面垂直的应力称为正应力或反应力。
如，柱体垂直受压时，其横截面上的应力就是正应力。
同截面相切的力称为剪应力或切应力，如剪切物体时，剪切面上就有剪应力。
而梁弯曲时，其横截面上除了具有正应力外，还有剪应力。
①展示幻灯片图片，从纸杯到塑料杯到无锈钢杯，说明强度和材料有关。
②介绍混凝土材料。
从应用广泛的钢筋和混凝土到工程人员新发明的纤维混凝土、聚合物混凝土、轻质混凝土等，一系列新型高强度混凝土。
（例如，混凝土抗压性能较好，而抗拉能力就比钢筋要小得多。
因此在制造时可在梁的受拉区放置钢筋，组成钢筋混凝土梁，在这种梁中，钢筋受拉，混凝土受压，它们合理组成一个整体，共同承担载荷的作用。
学生尝试
【结构的形状】
【技术试验2】
一张A4纸承载砝码的质量有限，改变A4白纸的形状，会不会增加承载重量？
动手试一试，并记录承载钩码（砝码）的质量。
想一想，你能有几种方法？
技术试验提示：
1、直接在白纸上
2、将白纸折叠成柱状
3、将白纸折叠成瓦棱状
4、将白纸折叠成三角棱柱状
5、将白纸折叠成槽型
6、将白纸卷成圆柱状
分别增加砝码（钩码）重量，直到变形为止，记录承载的重量，分别比较上述试验结果，记录并进行交流。
从试验中你能得出什么结论呢？
【试验结论】
结构的强度与结构所用材料的形状有关。
①三角形形状。
三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳定、所用材料最少。
在长方形或六边形的框架中间，加上支撑构件，构成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。
展示幻灯片，通过钻石的例子进行分析。
金刚石分子为四面体，每个四面体有四个角、四个面，且每个面为三角形。
钻石的结构（难以置信的强度）
②横截面形状：
具有相同截面积，但不同截面形状的同种材料的坚固性就不同。
利用图片介绍同种材料、相同横截面积、不同截面形状的构件的强度排列顺序。
（经理论证明和实践验证，在横截面面积相同的情况下，采用“工字梁”是合理的，而采用圆形截面就不合理。
这是因为工字梁的面积集中在应力最大的地方，而圆形则相反。
但有时为了制造和使用的问题，圆形截面的梁还是要采用的。
如一些承受弯曲的轴，就得用圆形截面。
③强调学生注意结构对强度的影响有两点，一是结构的外部形状，二是结构的构件截面形状，结构的外形相同，构件的截面不同，其强度不一样。
学生活动2：
小实验：
P019
学生动手做，并交流
10分钟
【连接方式】
【技术试验3】
分别用A4白纸，围成两个四棱柱体杆件，其中一个，接口处用透明胶带粘连，分别作承重试验。
观察现象并分析。
结论：
结构的强度与结构的连接方式有关。
不同的连接方式，结构的强度也不同。
总结影响结构强度的因素：
学生活动3：
因素（3）：
构件之间的连接方式：
①构件连接的类别：
结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。
铰连接：
被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动。
（图片举例）具体有松螺栓、松铆等。
刚连接：
被连接的构件在连接处既不能相对移动，也不能相对转动。
（图片举例）具体有榫接、胶接、焊接等。
②提出：
结点是从连接的效果来划分。
一个结点可以有多种连接方式。
不同的材料有不同的连接方式；
构件的连接方式不同，结构的强度也不同。
6分钟
综合分析
案例分析：
吊兰支撑使用的三角形支架结构，而不使用由一根直杆挑起的结构。
从材料方面考虑，吊兰的三角形支架使用的是钢管而不是木条或塑料，钢管抗拉力性能好。
从连接方式考虑，吊兰的三角形支架的构件是焊接而不是捆缚，这种连接方式更牢固。
总结出影响结构强度的几个主要因素:
（1）结构的形状；
（2）使用的材料；
（3）构件之间的连接方式。
思考讨论回答
影响结构强度的因素：
1.结构的强度，一般取决于它对张力和压力两方面的反应能力，具体地说取决于以下因素：
2影响因素
（1）形状：
构成的形状略有改变，强度就会改变。
（2）材料：
不同材料有不同承受应力极限的能力。
形状相同，材料不同，强度就不同。
（3）材料的连接方式：
不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样。
学生在教师的引导下尝试解决
6
巩固练习
收集桥梁结构的材料、图片等相关信息，制定桥梁结构设计方案。
[马上行动]
根据你的生活经验填写下表：
事件
结果
原因
分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物
竹竿比脆性塑料杆能挂更多的重物而不会断裂
不同材料的抗拉性能不同
沿着垂直于重心线的方向撞击一根完整的钢管与用同样的方法撞击一根中间有焊接缝的钢管
中间有焊接缝的钢管受到撞击时容易损坏
因为有连接点
【第三课时教学目标】
理解结构的稳定性与强度的含义，以及结构与力的关系。
/理解结构与功能的关系。
通过讲授、试验、分析总结出影响结构稳定性和强度的几个主要因素，并写出试验报告。
【第三课时重点难点】
结构与功能之间的关系。
【第三课时教学过程】
碳元素的同素异形体（图片展示）
石墨和金刚石的差异（物理性质和化学性质的差异）
【提问】
是什么导致了石墨和金刚石的这些差异呢？
在探求物质的微观世界中我们发现是碳原子排列的不同，就是结构的差异。
学生回答
结构与功能
在微观世界有结构，在宏观世界，结构依旧存在。
事实上，物体的结构是由物体的功能和需要决定的，而物体的结构又决定了物体的性质和形态。
结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导致功能的变化。
【案例】各色汽车（展示各种汽车的图片）
越野车、卡车、小轿车、面包车、公共汽车。
【讨论】讨论对于自行车还有什么改进。
P021
【马上行动]】列举生产生活中结构改变导致功能改变的事例，并加以说明。
轮船在水面上航行，把所有船舱封闭起来，再设有可控制进出水的水箱，就可以在水下航行，成为潜水艇。
把飞机脚下安上浮筒，可成为水上飞机。
生活中结构改变导致够能够改变的事例太多太多。
床用沙发、MP3手机等等。
设计意图：
引导学生理解结构与功能的关系。
任务
布置
用扑克牌建筑模型的相关新闻报道，以激发学生的活动兴趣。
任务布置：
以一副扑克牌为材料，设计并搭建一个建筑模型。
要求：
建筑模型的类型不限，高度10cm以上结构稳定岂能承受一定的重量，自重小。
材料：
纸牌一副，胶水
观看，
听讲，
思考
提问
任务驱动，在做中体会结果稳固性的因素，明确设计的目标和要求
保证学生作品的成功率。
帮助学生分析问题
活动提示1的填写可以先请同学回答前面课程中所讲的有关结构强度和稳定性的知识，然后填写。
影响结构稳定性的因素——
影响结构强度的因素——
3.活动提示3。
让同学分组讨论扑克牌这种材料在制作建筑模型时的特点和如何进行连接和固定？
纸牌这种材料用在制作建筑模型结构时的特点：
表面光滑、便于裁剪；
硬度较大，能够承受比较大的拉力，但是受压力非常小。
胶水直接粘连；
用剪刀剪开口子后，两张牌插接；
随着连接部位和材料多少的不同，强度和稳固性各有不同的变化。
4．活动提示4。
教师还可以提示学生进行5.几个关于结构受力的小测试：
（1）可以折叠、可以卷曲，折叠成三棱柱或者卷曲成圆柱体后可以承受比较大的压力，
但是卷曲时表面很难光滑；
（2）多张扑克牌叠加后，能够承受更大的力。
另外教师可以事先先制作完成一个符合要求的模型，用指定的方法进行试验，让同学们形象地了解稳固性的试验方法。
1
（1）建筑模型的重心位置；
（2）结构与地面所形成的支撑面的大小；
（3）结构的形状。
2
（1）建筑模型所使用的材料；
（2）结构的形状；
（3）各构件之间的连接方式。
同学设计的方案可以用草图加说明的形式来表达。
建议要求每位学生都有自己的设计方案，然后分组讨论并确定建筑模型的结构设计方案，将小组讨论确定的设计方案画在各自活动提示4的空白处。
做一做
巡视，个别辅导，强调稳固结构的影响因素。
指导学生从不同的角度思考问题，鼓励学生多方案设计建构，引导学生理性地分析设计中要考虑的具体因素，克服出现设计缺陷。
（另外，学生制作模型时容易忘记时间，教师应控制好时间，并提醒学生注意时间；
可以制作一个电子倒记时的课件以便记时。
分组，分工动手制作
学生通过动手亲历，感悟设计中要考虑的具体因素与设计目标和要求的关系。
培养学生的动手能力。
增进学生间的交流合作能力。
学生展示作品以及教师点评
6．模型制作完成后，进行结构的稳固性试验，得到数据后完成活动提示6的技术试验报告。
提示：
（1）进行强度试验时，如果砝码不够的情况下，可以让学生自己携带足够的1元面值的硬币进行试验。
（2）进行稳定性试验时，可以先让学生用力吹一下结构，如果已经失稳，就没有必要上讲台进行稳定性试验了。
如果条件允许的情况下，每小组自行携带一个电吹风，那样就可以自己完成稳定性测试了。
7．所有小组都完成测试后，教师选择合适的模型引导学生根据影响结构稳定性和强度的因素对这些结构进行技术分析。
完成问题讨论1。
让学生分析的结构可以是技术试验效果比较好的结构，也可以是同学们制作最多的结构，还可以是那些典型的符合受力的经典结构。
自述本组作品最突出的特点和创新点，接受同学们的评价。
自述本组作品失败的原因和改进的方案。
对本节课的教学内容作总结，培养学生分析问题的能力。
激发其创新意识。
作业布置
要求学生写一篇课后感，板书：
一堂通用技术课（建筑模型的制作）后感
内容概括：
1、科学原理（课本和老师的教授情况）
2、材料的来源和准备
3、构思
4、制作过程
5、同学间的合作
6、成功的喜悦
7、感受
8、……
反馈课堂教学效果，反馈这一课或一段时间学生的课堂反应、参与通用技术学科的意识、学习中的合作情况、知识掌握的情况、出现的情感变化等。
教师根据同学们的反馈对教学进行调整优化。
小结：
一、结构的稳定性
影响结构稳定性的三个因素：
重心位置、支撑面积的大小和结构的形状
二、结构的强度
影响结构强度的三因素：
结构的形状、结构的材料与连接
三、结构与功能
升级会员 