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教科·八年级下册
第8章 运动和力
5 跨学科实践：桥
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新课导入
几千年前，人们为跨越小溪，将树干跨放在小溪两岸，发明了最早的桥。
早期的桥梁通常由木材和石块组成。
现代的桥梁通常由钢、混凝土和其他高强度材料构建，形状多种多样。
其中，材料与结构是桥梁设计的两大关键。
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知识点1
桥梁的结构
（1）分类：根据形状和结构，可将常见的桥梁分为梁桥、拱桥、悬索桥和斜拉桥。
梁桥
拱桥
悬索桥
斜拉桥
（2）结构：桥梁由桥面和承重结构组成。承重结构具有不同的设计和样式，但总体设计原理都是防止桥面弯曲。
知识点2
桥梁的力学分析
演示实验：桥面承重时的形变和受力
用一块表面画有方格的海绵块模拟桥面，用手按压海绵块来模拟负载(桥梁承载的车辆、行人等对桥面的压力)。
实验步骤：
海绵块在负载作用下发生了弯曲形变
桥梁上表面受到压力，下表面受到拉力。
现象分析：
下层方格被拉伸变宽
上层方格被挤压变窄
受到压力
受到拉力
实验结论：
当负载增加时，桥梁弯曲形变程度会随之增加，如果弯曲形变超出桥梁允许的形变范围，桥梁就可能发生坍塌。
如何避免桥梁发生大的弯曲形变，提高桥梁的承重能力，避免桥梁坍塌呢？
理论探究：支撑结构受力情况
梁桥
拱桥
桥墩及两端地面对桥面提供的支撑力的合力
桥面及负载的合力
地基对桥面提供向上的支撑力的合力
两侧地基对桥面提供的水平方向的力的合力为零
桥面及负载的合力
两个合力平衡
两个合力平衡
悬索桥
斜拉桥
吊索对桥面提供向上的拉力和两端地面的对桥面提供向上的支撑力的合力
桥面及负载的合力
拉索对桥面提供斜向上的拉力和两端地面的对桥面提供向上的支撑力的合力
桥面及负载的合力
两个合力平衡
两个合力平衡
总结：所有桥梁的支撑结构都会产生一个向上的合力，与桥面及负载的合力平衡
活动：体验拱桥的支撑作用
找一个硬直简圈，中间套一根橡皮筋, 用手轻压顶部，观察皮筋的形变，思考拱桥形状与桥面负载的关系。
如何在桥梁负载增加时保持桥梁结构稳定、不易弯曲，这也是设计桥梁应考虑的问题。哪种几何元素构成的物体稳定性好呢？
实验探究：探究几何体的稳定性
将几根橡皮筋连接起来后，穿过吸管再首尾连接，分别搭成三角形和矩形结构。悬挂重物，对以上结构施加向下的力，比较三角形、矩形结构的稳定性。
三角形结构的物体受力时形状保持不变
矩形结构的物体受力时水平部分弯曲
矩形结构的物体受力时还可能变形为平行四边形
三角形具有很好的结构稳定性。
分析：
结论：
三角形是现代桥梁的基本结构元素，它有相对较轻的自重且能承受更大的压力和拉力。因此，在设计上常常利用三角形结构来加固桥梁。
知识点3
设计并制作一座自己的桥
设计并制作一座可承载重物的纸桥，至少能跨越25cm的峡谷，宽度大于10cm，最小承重为0.2N。
测试要求：
1.在桥中间放置重物，要求放上后至少保持5s，纸桥不塌落，记下纸桥承重；
2.每组可尝试3次，取最高成绩。
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课堂小结
通过本节课的学习你收获了什么？

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