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第8章　运动和力
5
跨学科实践：桥
2
知道桥面承重时的形变和受力情况。
3
设计并制作一座自己的桥。
1
了解桥梁的结构。
港珠澳大桥
港珠澳大桥是世界总体跨度最长、钢结构桥体最长、海底沉管隧道最长的跨海大桥，你知道它的设计原理吗？
1.桥梁可以根据其形状和结构分类。最常见的桥梁包括___桥、___桥、_____桥和_____桥。
梁
拱
悬索
斜拉
一、桥梁的结构
2.桥梁由_____和_________组成。桥梁的承重结构具有不同的设计和样式。但是桥梁总体设计原理都是一样的——防止_________。
桥面
承重结构
桥面弯曲
1.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)。
(1)现象：海绵块在负载作用下发生了弯曲形变，上层方格被挤压_____，下层方格被拉伸_____。
变窄
变宽
二、桥梁的力学分析
(2)结论：桥梁上表面受到_____，下表面受到_____。当负载增加时，桥梁弯曲_________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。
压力
拉力
形变程度
2.理论探究：支撑结构受力情况
梁桥是结构最简单的桥，为减小桥面弯曲形变，在桥面下加一个桥墩，即可为桥面提供一个_____的力。所有支撑桥面的力的合力，与桥面及负载的合力_____。可见，根据_____________，无论什么样的桥梁结构，都会产生一个向上的合力作为桥面的支撑力。
向上
平衡
二力平衡条件
3.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。利用悬挂重物对以上结构施加向下的力。请比较三角形、矩形结构的稳定性有什么不同。
(1)实验现象：三角形结构的物体受力时形状_________；矩形结构的物体受力时水平部分_____；
矩形结构的物体受力时还可能变形为___________结构；
(2)实验结论：三角形具有很好的__________性。
(3)_______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。
保持不变
弯曲
平行四边形
结构稳定
三角形
学以致用
如图所示，小明用相同的卡纸和木块做梁(拱)和桥墩，设计了三座桥的结构。
(1)对比桥②和桥③，可以用来研究______对桥的承重能力的影响。
A.宽度 B.厚度
C.跨度 D.形状
C
(2)桥①中，当桥面承受了垫圈时，弯曲的卡纸会产生______的力。
A.向下向内 B.向下向外
C.向上向外
(3)三座桥中，______的承重能力最弱。
A.桥① B.桥②
C.桥③
B
C
设计并制作一座可承载重物的纸桥，至少能跨越25 cm的峡谷，宽度大于10 cm，最小承重为0.2 N。
1.测试要求
(1)在桥中间放置重物，要求放上后至少保持5 s，纸桥不塌落，记下纸桥承重；
(2)每组可尝试3次，取最高成绩。
三、设计并制作一座自己的桥
2.交流评估
各小组介绍设计思路，展示制作的纸桥，交流存在的问题和需要改进的地方。例如，可以使用哪些新技术？设计过程中如何对设计的模型进行负载测试？
1.用纸做桥面搭一座桥时，下列观点错误的是(　　)
A.设计时，要综合考虑造桥要求、材料特性等因素
B.可以通过改变纸的厚度增加桥的承重能力
C.只要加宽桥面，就一定能让桥的承重能力最强
D.可以通过改宽度、形状增加桥的承重能力
C
2.创新实验小组的同学在学习了压力的知识后，对于纸桥能承受的最大压力很感兴趣，于是他们选用相同的纸张做成不同的纸桥进行试验，如图所示，在纸桥中央不断地放上硬币，直到纸桥塌陷，记录此时硬币的个数。然后，改变桥墩间距，记录纸桥塌陷时硬币个数，数据记录如表：
序号 截面形状 桥墩间距(cm) 硬币个数
1 15 36
2 15 16
3 4 42
4 4 22
(1)实验中探究的是纸桥能承受的最大压力与_________和__________的关系；
(2)实验中用____________________来反映纸桥能承受的最大压力；
序号 截面形状 桥墩间距(cm) 硬币个数
1 15 36
2 15 16
3 4 42
4 4 22
截面形状
桥墩间距
纸桥塌陷时硬币个数
(3)分析实验序号______和______可以得出纸桥能承受的最大压力与桥墩间距的关系，结论是_____________________________________________
_______________________________。
序号 截面形状 桥墩间距(cm) 硬币个数
1 15 36
2 15 16
3 4 42
4 4 22
1(或2)
3(或4)
相同纸张做成的纸桥在截面形状相同时，桥墩间距
越小，纸桥能承受的最大压力越大
3.在研究“桥梁抗弯曲能力”时，小明分别将5张纸折成下表中的不同样子，用垫圈检测这些纸的承重能力，数据记录如表所示。
形状
垫圈数 130 163 78 54
(1)这个实验主要是研究________。
A.桥面宽度对抗弯曲能力的影响
B.桥面形状对抗弯曲能力的影响
C.桥面长度对抗弯曲能力的影响
B
解析　这个实验主要是研究桥面形状对抗弯曲能力的影响。
形状
垫圈数 130 163 78 54
(2)实验中，如果增加形状“ ”的“桥面”厚度，那么它的承重能力____。
A.会增加　　B.会下降　　C.保持不变
A
解析　根据厚度对抗弯曲能力的影响，实验中，如果增加形状“ ”的“桥面”厚度，那么它的承重能力会增加。
形状
垫圈数 130 163 78 54
(3)实验中，如果增加短支架的距离(即“桥墩”之间的距离)，那么纸的承重能力________。
A.会增加　　B.保持不变　　C.会下降
C
解析　实验中，如果增加短支架的距离(即“桥墩”之间的距离)，桥的跨度变大，那么纸的承重能力会下降。
形状
垫圈数 130 163 78 54
(4)实验表明，下列三种“桥面”形状中，承重能力最大的是________。
A. 　　B. 　　C.
B
解析　实验表明,选项中三种“桥面”形状中,承重能力最大的是 ，能够承载163个垫圈。
形状
垫圈数 130 163 78 54
(5)实验中，形状“ ”的“桥面”能承受的垫圈数量大约是_____。
A.54个以下 B.54个到163个之间 C.163个以上
A
解析　实验中，形状为“ ”的“桥面”能承受的垫圈数应该小于圆形承载的数量，承受的垫圈数量大约是54个以下。

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