资源简介

(共35张PPT)
跨学科实践：桥
——教科版八下第8章第5节
教学目标
【物理观念】了解梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥的结构及其受力特点，知道桥梁设计中运用的力学原理及用到的相关学科知识。利用所学知识探索桥梁中的工程技术问题，分析桥梁建造中的能源、环境等社会热点问题。
【科学思维】设计并制作桥梁简易模型；能通过测试的结果推理分析桥梁的承重问题，并得出结论，提升科学推理能力。能基于力的平衡及几何结构的知识，结合现代桥梁的材料及结构设计，说明制作纸桥模型过程的合理性。能根据设计制作过程，分析存在的有关问题并提出自己的见解。
【科学探究】在设计与制作可承载重物的纸桥的实践活动中，能初步设计简单的实践方案。知道桥梁模型制作过程中可以使用到的新技术，能对设计的模型进行负载测试，能对测试的数据进行比较分析，得出并解释实践结果。能与他人共同实施设计方案，合作交流存在的问题及改进建议，撰写简单的活动报告。
【科学态度与责任】经历纸桥的设计与制作过程，培养认真严谨、勇于创新及团队合作的科学态度。了解中国桥梁的发展史，知道物理学在桥梁建筑技术方面的应用案例，体会物理学对桥梁发展的促进作用。培养文化认同感和自豪感。
习近平总书记指出：“建设安全、便捷、高效、绿色、经济、包容、韧性的可持续交通体系，是支撑服务经济社会高质量发展、实现‘人享其行、物畅其流’美好愿景的重要举措。”
党的十八大以来，我国桥梁建设进入全面创新与超越的新发展时期，在数量规模、装备材料、设计施工等方面均居全球前列。
中国桥梁飞架南北、连接东西，成为促进经济社会发展、提升人民群众生活水平的重要助力，不断续写交通强国建设的壮美篇章。
中国——桥梁建设强国
你想不想设计一座属于自己的桥？
基础知识储备
中国桥梁建设历史悠久，桥梁可以根据其形状和结构分类，桥梁可基本分为梁桥、拱桥、悬索桥和斜拉桥四大类型。
梁 桥
通过梁来支撑桥面的桥梁
主要由桥墩和桥梁梁体组成，结构相对简单
实腹梁桥多适用于跨度较小的场景，桁架梁桥多适用于跨度较大的场景
位于福建省三明市的沙溪大桥，2022年正式投用，采用主跨176米的钢桁组合连续刚构，为世界上同类型桥梁最大跨径，丰富了山区大跨径梁桥桥型方案。
昭君黄河特大桥连通内蒙古自治区包头市和鄂尔多斯市，是国内联长最长波形钢腹板梁桥，于2022年9月建成，对促进呼包鄂榆城市群协同发展具有重要意义。
“万里长江第一桥”武汉长江大桥坐落于湖北省武汉市，是首座跨越长江的大桥，也是新中国成立后建成的首座公铁两用桥。
拱桥
通过拱形结构承受压力，并将荷载分散到桥台和桥墩上的桥梁
具有较好的稳定性和承载力，造型优美
多适用于地质稳定的山谷和河流地带，以及城市景观建设等场景
位于山西省太原市的晋阳桥，主跨204米，为下承式钢桁架拱桥，于2019年6月建成通车，横跨汾河。
付明丽贺子毅摄影报道
渝湘复线高速公路双堡特大桥，位于重庆市武隆区大洞河、小河沟“双沟谷”，采用两个连拱的设计方式，桥长1620米，是世界在建最大跨径双跨连续拱桥。
2024年2月1日，世界最大跨径拱桥天峨龙滩特大桥建成通车。该桥位于广西壮族自治区天峨县龙滩大坝上游，横跨红水河，全长约2488米，主跨超600米。
悬索桥
以须索作为上部结构主要承重构件，并通过吊索将桥面固定在主缆上的桥梁
具有较好的柔韧性，稳定性和抗风抗震性能
多适用于宽阔水域、峡谷等地质条件复杂的场景
2024年6月30日，粤港澳大湾区超级工程深中通道建成开通。深中通道是集桥、岛、隧、水下互通于一体的跨海集群工程，关键控制性工程深中大桥全长2826米，主跨1666米，主塔高270米，是世界最大跨径全离岸海中钢箱梁悬索桥。
刘家峡大桥位于甘肃省临夏回族自治州东乡族自治县，跨越刘家峡水库黄河支沟，全长568米，是西北地区最大跨度的悬索桥。
云南省华坪至丽江高速公路全线控制性工程金安金沙江大桥，于2020年底建成通车，主跨1386米，是世界最大跨径山区峡谷悬索桥。
斜拉桥
通过斜拉索将桥面与桥塔直接连接的桥梁
可以实现较大跨度，结构美观，性能高效
多适用于大江大河、深谷、海峡等场景
2024年6月9日，连接江苏省常州市和泰州市的世界最大跨度斜拉桥常泰长江大桥顺利合龙。该桥全长超10公里，主跨1208米，是长江上首座集高速公路、城际铁路、普通公路于一体的过江通道。
安家庄特大桥位于北京市门头沟区安家庄村，全长2.2公里，为全球首例墩顶双转体曲线钢桁梁斜拉桥，解决了钢管混凝土桥墩两端传力构造等技术难题。
2024年5月1日，位于湖南省张家界市桑植县的帅乡特大桥顺利合龙。该斜拉桥全长超1公里，主跨长305米，是张家界桑植至湘西龙山高速公路控制性工程。
从力学的角度，桥梁设计主要要考虑什么问题？
1.提高桥梁承重能力
2.桥梁结构稳定、不易弯曲
防止桥面弯曲
问题思考
如何提高桥梁承重能力
桥梁上表面受到压力，下表面受到拉力。
当负载增加时，桥梁弯曲形变程度会随之增加。
如果弯曲形变超过桥梁允许的形变范围，桥梁就可能发生坍塌。
如何提高桥梁承重能力
支撑结构受力情况
支撑结构产生一个向上的合力与桥面及负载的合力平衡
所有支撑桥面给的向上的力，与桥面及负载的所有向下的力平衡
支撑结构受力情况
体会拱桥的支撑作用
找一个硬直筒圈，中间套一根橡皮筋，用手轻压顶部，观察橡皮筋的形变，思考拱桥形状与桥面负载的关系
学生活动
桥梁结构保持稳定、不易弯曲
三角形具有很好的结构稳定性
（a）三角形结构的物体受力时形状保持不变
（b）矩形结构的物体受力时水平部分弯曲
（c）矩形结构的物体受力时还可能变形为平行四边形结构
归纳小结
1.桥梁可以根据其形状和结构分类，桥梁可基本分为梁桥、拱桥、悬索桥和斜拉桥四大类型。
2.无论采取何种结构和设计，其最终目的是防止桥面弯曲。
3.桥梁设计的首要问题是避免桥梁发生大的弯曲形变、提高桥梁承载能力。
4.桥梁的支撑结构是保障其稳定不易弯曲的关键。
5.三角形具有很好的结构稳定性。
实现梦想
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 25 cm 的 “峡谷”，宽度大于 10 cm，最小承重为 0.2 N。
测试要求
在桥中间放置重物，要求放上重物后至少保持 5 s，纸桥不塌落，记下纸桥承重；
每组可尝试 3 次，取最高承重值。
材料与工具
选用参考
A4 纸、双面胶、剪刀、刻度尺、铅笔、砝码和硬币等。
下 课
Thanks!
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