资源简介

《技术与设计 2》第一章第二节课时 2 结构的强度
一、学情分析
学生通过第一节的学习和日常生活中的常识，对结构和结构的受力情况有了初步的认 识， 也探讨了影响结构的稳定性的因素， 但对于结构强度的具体影响因素还不是很清楚， 而 这些知识正是学生今后设计结构时的重要理论基础， 要认识结构的稳定性和强度就必须了解 一些结构力学的知识， 而结构力学是学生学习的难点。本节通过一些技术试验和讨论探究深 入浅出地让学生自主探究，分析影响结构强度的因素。
二、教材分析
本节的主要内容有：结构的强度、结构与材料、结构与形状、结构与连接方式。本节承 接了第一节认识结构的内容， 主要让学生理解影响结构稳定性和强度的因素， 初步应用应力 的公式进行计算， 通过技术试验分析影响结构强度和稳定性的因素。本节是本章的核心内容， 为学生学习结构设计打下基础。
教学重点：理解结构强度和应力的定义，能运用应力的公式进行简单计算。 教学难点 ：通过技术试验分析影响结构强度的因素。
三、教学目标
1 ．技术意识：通过感知生活中的现象以及进行技术试验， 形成对结构强度的基本概念， 学会从结构稳定性和强度的角度分析事物， 了解探究结构稳定性和强度对人类技术发展的重 要性。
2 ．创新设计：探究结构的过程中，设置具有不同影响因素的试验，使学生了解要解决
某一特定问题要解决的主要技术问题。
3 ．工程思维：引导学生通过探究生活中常见物品的稳固性，由点及面，了解一般结构
的强度，并进行多因素分析试验，使学生形成初步的工程意识和思维。
4 ．图样表达：在讲解结构的相关知识时，配以丰富的结构图、立体图等，引导学生结
合日常生活情境，识读常见的技术图样，能用简单的草图表达与交流设计构想。
四、教学理念和方法
1 ．本课的教学模式： “教师为主导，学生为主体”，引导学生思考，动手试验。“自
主、合作探究”让学生自主探究、主动建构知识。
2 ．教师与学生间、学生与学生间在每个问题解决的过程中都进行地及时地反馈， 让学
生少走弯路，提高学习效率。
五、教学器材、资料
试验教具， 演示教具、A4 纸和胶若干， 教学活动记录表， 查找本节内容相关视频、数
据等。
六、教学课时
1 课时
六、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计目的
新课导入 “世界上最昂贵的戒指”背后的故事 播放魁北克大桥坍塌视频资料 提出问题：坍塌原因 带领思考：技术设计的责任感 对于技术设计而言，结构的可靠性是非常重要 的，现在我们就来探究相关的知识。 观看视频、 思考事故原 因 激发学生的学习 兴趣， 通过效果强 烈的素材给学生 带去感官上的认 识：结构承受外力 的能力对于结构 的强度非常重要； 以及技术设计的 责任感和使命感。
结构强度 与应力 1、强度的概念 通过捏捏乐玩具球来模仿：当结构构件受力时， 内部各个质点之间的变化， 以及为了抵御这些变 化，质点之间所产生内力的特点。 内力是由外力引起的， 是对变形的一种抵抗。 一 般来说， 外力越大， 则构件的内力越大。当内力 达到一定数值时， 构件就会被破坏。在工程技术 中，不允许任何构件在正常工作情况下被破坏， 这就要求构件必须具有抵抗被破坏的能力， 这种 能力就叫做强度。 观看演示并 思考问题 帮助学生从微观 的层面初步理解 结构内力以及结 构强度的概念
2、应力的概念 结合学生生活经历提出问题：强度和横截面大小 的关系 【学生试验 1】 准备三根材料、长度相同、粗细不同的泡沫直杆， 请学生上台尝试在直杆两端施加拉力， 观察被破 坏的情况。 提出问题：三根直杆在相同拉力的作用下，被破 坏的程度一样吗？ 造成这种现象的原因是什 么？ 总结：在外力和材料不变的情况下，构件被破 坏的程度还与它的横截面积有关。 我们把构件单位横截面积所受的内力称为构件 的应力。关系式为： σ=N/A 这个公式跟物理学上的压强的概念有点类似， 但 压强指的是单位横截面积上受到的外力大小， 而 应力指的是单位横截面积上受到的内力大小。而 内力是破坏结构的根本原因。 应力的单位一般用 MPa 表示，因为它往往计算 出来的数值比较大。 在相同外力的作用下， 横截面积越小， 应力就越 大，构件就越危险。 同截面垂直的应力， 我们称其为正应力， 如柱体 受压时，横截面上的应力就是正应力；同截面相 切的应力称为剪应力， 如物体被剪切时， 横截面 上就有剪应力；而梁弯曲变形时，横截面上除了 具有正应力外， 还有剪应力。我们通过大量的试 验发现，不同材料的性能是不一样的。 结合生活经 历，思考问 题 学生上台试 验 “强度与应力 ”是 本章的重点和难 点，概念要理解。 从根本原因上说 明应力与压强概 念的区别以及学 习应力的原因
3、拓展与应用： 人们通过测试统计出不同材料的许用应力， 也就 是构件工作应力的最大值， 如果工作应力超过许 用值，构件就会有被破坏的危险。 许用应力——当应力达到某一极限值时材料便 遭到破坏， 因而设计中必须使构件的强度留有余 量，作为设计时应力的最高限度， 这个最高限度 值称为许用应力。 在技术设计中， 我们通过查看许用应力表， 可以 预判构件的安全程度。 【课堂练习】 同学们不妨来尝试计算验证一下，某根支柱的设 计是否合理。 题： 如图是一混凝土方柱的示意图， 支柱的横截面为 边长L=400mm 的正方形，支柱顶受轴向压力 (
N
)P=45kN，支柱重力G=22kN，求支柱的底截面 L-L 上的应力。 (
G
)L P 通过计算，支柱底部收到的正应力小于许用应 力，所以它的设计是安全的， 这个支柱有足够的 强度，但如果计算出来的许用应力远小于许用应 力值呢？说明有一定的材料浪费。 请同学们在活动记录表上， 归纳一下，许用应力 值在技术设计中，有什么样的用途呢？ 预判构件是否会被破坏 聆听，思考
判断横截面积是否过大，有材料的浪费 选择合适的材料 除了构件的横截面大小会影响强度以外， 我们还 能想到什么影响因素吗？ （板书学生的猜测） 分析做题 思考如何通 过计算应力 来预判结构 的安全性 小组探讨许 用应力值的 作用，记录 注重培养学生的 技术意识、工程思 维等学科核心素 养。严谨的科学计 算能力和态度是 基础。 也让同学们明白 建筑物的安全、稳 固永远摆在第一 位。 教师引导：内力的 分析 带领学生分析计 算结果， 判断柱子 的设计是否合理。 用验证学生猜测 的方式， 讲解知识 点， 让学生能更好 地发挥学习的主 观能动性
结构强度 与材料 【演示试验 1】 播放视频：木条、混凝土、钢筋混凝土抗弯对比 试验 结论：抗弯性能混凝土<木<钢筋混凝土。混凝 土在基建中， 便宜、易获得、耐用、耐压、耐水、 耐火、可塑等多种优点， 被广泛应用， 但是， 混 观看试验视 频 严谨客观的专业 测试视频直观生 动， 能有效弥补不 能做实物试验的
凝土的抗弯能力差、容易断裂。 梁式结构在承受荷载的时候，上表面是受压的， 但下表面是受拉的，如果用混凝土来做梁式结 构， 下表面会率先断裂， 所以人们制造了钢筋混 凝土， 用抗拉性能比较好的钢制成钢筋， 布于混 凝土内，来弥补混凝土的不足。 【演示试验 2】 播放视频：同种木材，不同纹理方向承压试验 木材顺纹方向的抗拉强度、抗压强度最大， 横纹 方向则最小；顺纹的抗剪强度最小， 而横纹最大。 小结归纳： 结构的强度与材料有关 1、材料不同而其他条件相同的构件，其强度不 同。 2、相同材料、纹路分布方向不同的构件，强度 也不同。 小组讨论、 分析试验及 视频现象， 得出结论 观看试验， 了解规律 不足 结合第一节结构 的受力特点说明 混凝土的优缺点， 以及复合钢筋材 料的原因 拓展知识 小结归纳材料对 结构强度的影响
思考，记录
结构强度 与形状 1、探究结构形状对强度的影响 【学生试验 2】 每组挑战只用一张 A4 纸，构建一段梁式结构（3 分钟） 成品拿到讲台上， 统一通过砝码施压测试其承重 能力。 测试表明： 拱形和三角形的造型，承重能力较好。 结构的强度与构件的外形有关 三角形、拱形结构的应用：自然界、建筑结构的 实例 【立即行动】 课本习题 p20 示范：通过演示学生作品和教具，用一根铁丝固 定一个对角，来分析其强度。 结论：结构设计中，三角形的数量要根据连接材 料和受力情况来定。 小组探讨、 分析、制作 通过观看现 场测试，认 可强度较好 的结构外形 类别 观察，思考 为第三节的桥梁 结构设计做知识 学习和实践的铺 垫 讲解三角形结构 在生活中的合理 运用（不用过多， 也不能过少）
2、了解不同横截面形状的构件强度的区别 结构外部的造型形状影响强度， 那对于每个单独 的构件而言， 我们还发现横截面形状也会影响强 度，有这样的一个试验结果：相同横截面积、不 同截面形状的同种材料强度由强到弱是这样排 列的，强度最好的是工字梁，然后是 C 型、空 心方管和圆管 … (强度由强到弱) 所以在生产建设中， 我们最常用的金属建材就是 这样的形状， 它们分别是：工字梁、角钢、管材， 它们的强度更好。从另一个角度来看， 相同结构 强度的情况下， 它们具有用料少、质量小的优点。 3、有些同学的作品还用到了折叠的方式，证明 了薄板材料可通过弯折增强强度 案例：矿泉水瓶、发动机保护罩、汽车外壳 小结归纳： 1、结构的强度与结构的外部形状有关 2、构件的横截面形状亦极大地影响结构的强 度。 讨论，回答 了解不同横 截面形状的 构件强度试 验结论 结合生活生产实 例， 进一步带学生 了解构件横截面 形状对强度的影 响 小结归纳形状对 结构强度的影响
聆听，思考， 记录
结构强度 与连接方 式 还有什么影响因素会影响结构的强度呢？ 展示两个学生作品（用热熔胶连接的电源插座收 纳架和用钉子连接的折叠凳） 看来， 连接方式也会影响结构的强度。那么我们 通常都有哪些连接方式呢？ 继续展示两组学生作品 连接特点：连接处构件之间既不能相对的移动， 也不能相对的转动——刚连接 连接特点：连接处构件之间既不能相对的移动， 但可以相对的转动——铰连接 【讨论思考】 对于木质结构而言，哪种连接方式强度最好？ 展示学生作品图片（胶接、光杆钉连接、木纹钉 连接）及榫卯结构的动图 观察，讨论， 回答 观察，思考 对于较难的影响 因素， 老师通过展 示一些结构， 让学 生进行观察和对 比 ， 从而得出推 断， 突破传统灌输 式教学模式。 用学生作品来演 示习题， 更有亲和 力， 极大地激发了 学生的兴趣
木质材料有一定的弹性， 榫卯结构的榫头、榫眼 之间也允许有一定的形变空间， 可以将力进行一 定的缓冲。故宫某宫殿 1:5 木质结构模型， 可抗 十级地震。 小结归纳： 1、结构的连接方式决定了结构的强度和稳定性 2、连接的牢固程度和连接技术也影响着结构的 强度 讨论，回答 观看抗震试 验动图 榫卯结构是我国 传统建筑的经典 结构， 试验动图生 动直观， 可以增添 学生的文化自信。 小结归纳结构的 强度与连接方式 的关系
总结归纳 1、结构强度的含义 2、结构的应力 3、结构的三大影响因素 思考，消化 及时总结新的学 习内容， 帮助学生 全面地吸收新知 识

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