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粤教版《技术与设计2》第一章第二节
《结构的稳定性》
（实验课）
思考问题：
比萨斜塔
2019年10月10日无锡一高架桥侧翻
结构的稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡形式的能力。
荷载一般指结构自重或对结构或构件产生变形的外力。
评价同学们制作的换鞋凳标准之一是：结构具有稳定性
影响结构稳定性的因素有哪些呢？
实验一：探究结构稳定性与几何形状的关系（定性实验）
实验器材：有、无横档的三角架，四边形结构，同学们制作的不同形状的换鞋凳
实验方法：垂直荷载，对比实验
实验一：探究结构稳定性与几何形状的关系（定性实验）
2、四边形结构（有、无斜档）进行垂直加载
对比实验
1、三角架垂直荷载(有、无横档对比实验)
稳定情况
变形情况
稳定情况
滑动情况
结构形状
结构形状
四边形（未加斜索）
四边形（加斜索）
三角架（未加横档）
三角架（加横档）
实验一：探究结构稳定性与几何形状的关系（定性实验）
稳定情况
变形情况
稳定情况
滑动情况
结构形状
结构形状
不稳定
有滑动
四边形（未加横档）
四边形（加横档）
不稳定、变形严重
稳定，不变形
三角架（未加横档）
三角架（加横档）
稳定，不滑动
实验一：探究结构稳定性与几何形状的关系（定性实验）
3、同学们制作的不同形状的换鞋凳垂直加载对比实验
稳定情况
倾倒情况
结构形状
三角形
星形
四边形
船形
在垂直加载4块砖的情况下
实验一：探究结构稳定性与几何形状的关系（定性实验）
实验结论：
几何形状影响结构的稳定性。
课后拓展任务：
运用数学几何知识证明三角形与其它平面几何图形相比更加稳定。
实验二：探究结构稳定性与重心位置的关系（定量实验）
实验装置：立柱、铁块、摆锤、角度板、支架等
实验方法：铁块分别放置在三个不同高度，用摆锤撞击带铁块
的立柱，立柱倾倒时，记录摆锤抬起的临界角度。
1.125KG
铁块
H1
H2
H3
撞击的摆锤
实验二：探究结构稳定性与重心位置的关系（定量实验）
铁块（1.125KG）位置
立柱倾倒时，摆锤抬起临界角度(单位：°)
H1(位置高)
H2(位置中)
H3(位置低)
实验二：探究结构稳定性与重心位置的关系（定量实验）
实验现象分析：
结构质量一定时，重心位置越高，结构倾倒时的摆锤抬起的角度越小;重
心位置越低，结构倾倒时的摆锤抬起的角度越大。
实验结论：
重心位置影响结构的稳定性，重心越低，结构越稳定。
拓展性实验：探究结构稳定性与质量的关系（定量实验）
立柱倾倒时，摆锤抬起临界角
度
(单位：°)
H1
H2
立柱倾倒时，摆锤抬起临界角度
（铁块重1.125KG）
铁块位置
（铁块重1.725KG）
H1(位置高)
H3
H2(位置中)
H3(位置低)
1.725KG
拓展性实验：探究结构稳定性与质量的关系（定量实验）
实验现象分析：
在相同位置时，质量越大的铁块，在倾倒时，摆锤抬起角度越大。
实验结论：
质量影响结构的稳定性，质量越大，结构稳定性越好。
实验三：探究结构稳定性与支撑面面积大小的关系（定量实验）
支撑面：连接物体所有支撑点的平面。
蓝色部分为接触面
红色部分为支撑面
实验三：探究结构稳定性与支撑面面积大小的关系（定量实验）
实验装置：挂重锤的三角架、刻度板、电子测力计，尺子等
实验方法：改变支撑面面积大小时，拉动三角架结构，
测拉力的大小。
40
40
30
20
图片
实验三：探究结构稳定性与支撑面面积大小的关系（定量实验）
一只脚刚抬离台面时的水平
拉力
（KG）
底边
（厘米）
高
（厘米）
支撑面面积
（平方厘米）
40
40
40
40
30
20
800
600
400

改变支撑面积大小，保持重心位置不变
实验三：探究结构稳定性与支撑面面积大小的关系（定量实验）
实验现象分析：
支撑面面积越大，三角形结构一只脚抬起时水平加载所用的力越大。支
撑面面积越小，三角形结构一只脚抬起时水平加载所用的力越小。
实验结论：
支撑面面积影响结构的稳定性，支撑面面积越大，结构越稳定。
实验四：探究结构稳定性的依据和条件（定性实验）
实验装置：自制四边形稳度计、带重心垂线的三角架
实验方法：推动结构至倾倒时，观察垂线与支撑面
最外侧线的关系
我们反向做实验，找出结构倾倒时的条件。
图 片
实验四：探究结构稳定性的依据和条件（定性实验）
实验对象及方法 刚倾倒时，垂线在支撑面上投影位置
不断减小三角架的支撑面面积
水平推动四边形结构
图 片
实验四：探究结构稳定性的依据和条件（定性实验）
实验现象分析：
前面实验过的涉及稳定性要素全部再次实验后，观察到，不管什么情况，
只要重心垂线超出支撑面边，即倾倒。
实验结论：
结构稳定的依据和条件：重心垂线落在支撑面内。
~~~~~~
~~~~~~
拓展：重心所在的垂线
合外力所在的线
F
~~~~~~
~~~~~~
~~~~~~
G
F合
实验总结：
影响结构稳定性的因素有：几何形状，重心位置，支撑面面积
大小、质量等，结构稳定的依据和条件：重心所在的垂线落在支撑
（合外力所在的线）
面内。
思考、实践：
大单元活动项目：桥梁模型稳定性的思考、设计

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