资源简介

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8.5 跨学科实践：桥
教科版（2024）物理八年级下册
第八章 运动和力
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
1.了解桥梁的结构，通过实验探究不同形状的桥梁承重能力，并进行桥梁支撑结构受力分析
2.通过动手设计并制作桥梁的过程，体会三角形稳定性在桥梁中的实际应用
3.通过调查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
几千年前，人们跨越小溪，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。
桥梁的结构
桥梁可以根据其形状和结构分类。
常见的桥梁包括梁桥、拱桥、悬索桥和斜拉桥
梁桥
拱桥
悬索桥
斜拉桥
以梁为主要承重结构的桥，是我国古代最早出现的桥型，梁桥是最常见的桥梁类型之一，适用于中小跨径的桥梁工程
梁桥
以拱为主要承重结构的桥，拱桥跨越能力较大，适用于宽阔河流或深谷等跨度较大、地基较好、有景观美感要求的桥梁工程
拱桥
以缆索为主要承重构件的桥梁，悬索桥特别适用于超大跨度桥梁建设，如跨越宽阔的海峡或大河等
悬索桥
以斜拉索为主要的承重构件的桥梁，斜拉桥适用于大跨度且有通航或城市美学景观要求的桥梁建设。
斜拉桥
桥梁的力学分析
用两个物体制成一块表面画有方格的海绵块模拟桥面，用手施加大小不同的力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），观察海绵块的形变程度，并记录。
实验探究：桥面承重时的形变和受力
实验设计
（1）控制两个支撑物之间的距离不变，用较小的力按压海绵块，观察海绵上面和下面方格的形变程度，上面的方格有轻微的挤压稍微变窄，下面的方格有轻微的拉长稍微变宽。
（2）保持两个支撑物体之间的距离不变，用较大的力按压海绵块，观察海绵上面和下面方格的形变程度，上面的方格被挤压变得更窄，下面方格被拉长变得更宽。
实验过程
分析可知，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，如果弯曲形变超出了桥梁能承受的形变范围，桥梁就有可能发生坍塌。
实验结论
如果你是一名桥梁工程师，如何提高桥梁承重能力，避免桥梁发生大的弯曲形变而导致坍塌呢？
梁桥
以梁为主要承重结构的桥，在竖直荷载作用下结构无水平反力，只利用梁的抗弯能力来承受荷载的桥梁。
以拱为主要承重结构的桥，通过拱的弯曲形状将荷载转换为水平和竖向压力，并传递到桥台和支撑结构上的桥梁
拱桥
以缆索为主要承重构件的桥梁，通过将荷载从桥面传递到主缆，再由主缆传递到桥塔和锚锭的体系
悬索桥
以斜拉索为主要的承重构件的桥梁，通过斜拉索将桥面荷载传递到桥塔上，由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种桥跨结构
斜拉桥
体验拱桥的支撑作用
找一个硬直筒圈，中间套一根橡皮筋，如图所示，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
研究几何体的稳定性
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。如图所示，通过悬挂重物，对以上结构施加向下的力。请比较三角形、句型结构的稳定性有什么不同
实验发现，三角形具有很好的结构稳定性。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
设计并制作自己的一座桥
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10cm，最小承重为0.2 N
活动要求
一张纸的表明大，支撑力弱；纸被折叠后，形成多个像小山一样的支撑点，物体的重量就被均匀的分散到各个支撑点上，三角形具有稳定性，纸桥就能支撑柱物体的重量
活动分析
1.准备材料：A4纸、双面胶、剪刀、刻度尺、铅笔、砝码和硬币等。
2.绘制设计图：根据生活经验和网上查阅资料绘制一座自己的桥的设计图。
3.将一张A4纸用剪刀剪出一条宽2 cm的长条。
4.将剩下A4纸对折成扇子的形状，
如图所示，将纸连续进行对折，摊开纸
后，观察到纸上有多处折痕
活动实施
5.将宽2 cm的纸条分成两半，用胶水粘成圆环形，做承重桥墩。
6.将两个桥墩放在适当的位置后，与桥体进行粘连，在桥体上放置重约0.2 N的物体，无明显损坏，可以承重。
当纸张的形状改变后，相同一张纸的承受力度也会发生改变。其中承重能力还与瓦楞纸的楞的多少、张开的角度等都有关系，也可以将桥墩折成瓦楞形，大大增加桥梁的稳定性。
活动交流
桥梁的结构
桥梁的力学分析
设计并制作自己的一座桥
梁桥
桥面承重时的形变和受力
支撑结构受力情况
体验拱桥的支撑作用
活动准备与实施
跨学科实践：桥
展示交流
拱桥
悬索桥
斜拉桥
探究几何体的稳定性

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