资源简介

八年级上册第五章第二节《桥梁的结构与制作》教案
一、核心概念与跨学科概念
1.核心概念
运动与相互作用：桥梁结构决定荷载传递路径与形变特征；梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥各具独特的受力机制。
技术与工程：桥梁设计遵循“明确需求→方案→制作→优化”工程流程，体现系统设计与迭代思想。
2.跨学科概念
系统与模型（把“荷载→桥梁→支座”视为受力系统）
稳定与变化（荷载增加→形变增大→优化迭代）
二、教学目标
维度 目标内容
科学观念 说出梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥的结构特征及主要受力构件；知道桥梁设计四步流程。
科学思维 能用“荷载-传力路径”模型比较四种桥梁；能用控制变量法测试模型跨中挠度与荷载关系。
探究实践 完成“纸桥承重”模型设计制作，跨中挠度≤5 mm，承重≥5 N；完成优化迭代并记录改进点。
态度责任 认识桥梁超载、偷工减料的危害；愿意在社区科普“安全桥梁与抗震知识”。
教学重难点
重点：四种桥梁受力路径及比较；桥梁设计四步流程；模型制作与优化。
难点：斜拉桥与悬索桥传力差异；模型优化中“形变-材料-结构”综合权衡。
四、教学准备
教师：桥梁对比模型：梁桥木条、拱桥卡纸、斜拉桥棉线、悬索桥薄膜+细线；定量测试：弹簧测力计、位移传感器、砝码、铁架台；PPT动画：四种桥梁传力路径、模型优化迭代过程
学生：任务单、计算器、红蓝贴纸
五、教学过程
1 情境导入 播放“港珠澳大桥”导入；“重庆千厮门大桥”斜拉桥视频→提问：“为什么用斜拉而不用梁桥？” 学生答“跨度大” 设计意图：国家工程情境
2 四种结构 展示模型：梁、拱、斜拉、悬索→介绍世界各地的知名大桥，对应找到桥的类型
用卡片贴分类 设计意图：直观认知
3 受力对比实验 任务：同跨距、同荷载下测四种桥梁跨中挠度→记录 填表→发现拱桥＜斜拉＜悬索＜梁 设计意图：数据对比
4 传力路径建模 动画：梁“弯矩”、拱“压力”、斜拉“拉力”、悬索“拉力链” 传力 设计意图：微观建模
5 设计四步 板书：明确内容→制定方案→制作原型→优化完善 用卡片贴流程 设计意图：工程流程
6 纸桥制作 任务：A4纸+胶水→跨度20cm，限重5g→测挠度与承重 记录挠度→迭代改进 设计意图：工程实践
7 优化迭代 演示：加拱桥拱脚→挠度下降30%→解释“材料-结构”优化 写改进点→贴“优化墙” 设计意图：迭代思维
8 安全责任 新闻：桥梁超载倒塌→讨论：“怎样避免？” 写1条“桥梁安全”提示 设计意图：责任升华
六、板书设计
5.2桥梁的结构与制作
四种结构
梁桥：弯矩 拱桥：压力 斜拉桥：拉力 悬索桥：拉力链
受力比较：同荷载：拱桥＜斜拉＜悬索＜梁
设计四步：明确→方案→制作→优化
制作要点：材料轻、结构稳、连接牢
安全责任：不超载、定期检、抗震设计
七、作业设计
作业本对应作业
家庭实验：用卡纸做“拱桥”并测承重。
八、教学反思
六、板书设计
5.1建筑结构与功能
三种结构
框架：杆件受弯→轻、空间大
壳体：曲面分散→薄、覆盖大
实体：整体压缩→重、承压大
受力比较：同荷载：框架形变＞壳体＞实体
生活应用：框架楼、蛋壳顶、石拱桥
安全责任：不超载、定期检、抗震设计
七、作业设计
作业本对应练习
家庭实验：用硬纸片做“壳体桥”并测承重。
设计“纸质壳体屋顶”模型图。
八、教学反思(共27张PPT)
5.2 桥梁的结构与制作
【第五单元 建筑结构与工程】
八年级上册
现代的桥梁多采用强度大的钢材来建造。如图，常见的桥梁一般由主梁、桥墩、桥台等组成。主梁直接承受自身重力以及车辆等重力，桥墩承受主梁向下的力并将力传到基座，桥台指桥的两端起支撑作用的部分。
桥梁的结构
梁 桥
拱 桥
悬索桥
斜拉桥
最常见的桥梁
最稳固的结构
悬挂索塔、锚固两岸的缆索
拉在索塔上的吊索支撑
梁式桥
梁式桥是指采用梁或桁架梁作为主要承重结构的桥梁。在结构简单的桥梁中，直接把主梁的两端架在桥台上。
由许多杆件在其端点处相互连接起来，成为三角形的结构，这种构件称为“桁架”桁架桥是指用桁架梁作主要承重结构的桥梁，它实际上是一种加固了的梁式桥。
跨度最长的日本明石海峡大桥，其跨度长达1991米。
中国的丹昆特大桥，即从丹阳到昆山的高架桥，长达164851米。能做这么长，主要依靠梁桥结构。梁桥可以是多跨的，并且单个跨径可达150米。
拱桥是用拱圈或拱肋作为桥身主要承重结构的桥：举世闻名的赵州桥，是我国古代石拱桥的杰出代表，建于595～605年，为单孔肩石拱桥，跨度37.37m。赵州桥在桥梁的两端各设置两个小拱（肩拱），减轻了桥自身所受的重力，提升了泄洪能力。拱桥造型优美，是我国古代常见的桥梁类型，建于明朝的杭州运河上的拱宸桥也属于石拱桥。
悬索桥
钢丝绳穿过索塔，一根根架设到彼岸，然后缠绕成一条缆索。金门大桥的主缆由27572根钢丝编成。
悬索桥通过索塔悬挂缆索，并将缆索锚固于两岸（或桥两端），从缆索上垂下吊杆，吊住桥面主梁。
2016年建成通车的、主跨为900m的湖北四渡河大桥，是目前在深山峡谷里修建的全球最长的悬索桥。
斜拉桥
斜拉桥是将主梁用许多根拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁斜拉桥由承受拉力的桥塔、拉索和主梁体组成。
吊索均匀固定在索塔上
吊索交汇固定于一点
2016年建成通车的、主跨为720m的北盘江大桥，跨越云、贵两省交界的大峡谷，为全球最高的斜拉桥。
你在上学途中需要经过桥梁吗？如有，这些桥梁的形状是怎么样的？你能把其中一座桥梁的大致形状画出来吗？
桥梁的受力
在荷载的作用下，桥的主梁受到向下的作用力发生形梁式桥的受力变而向下弯曲，主梁就产生向上的弹力，支撑着梁上的物体。
拱桥在竖直方向荷载作用下，对整座桥产生了一个指向桥台的挤压的力，把桥的拱部紧紧地挤压在一起，桥的拱部把受到荷载的重力传递至拱形结构的两端，因此，基座不仅受到竖直向下的压力，也受到水平方向的力。从而，两侧基座会给拱形结构施加相互作用力．即竖直向上的支持力和水平方向的力。
1.利用一块木板、绳子、书建造一座悬索桥。
2.把两张椅子背对背地放置，在椅子的靠背上拉两根绳子，两端让同学用手拉住。
3.接着在两根长绳之间系上三段绳子，然后在上面放上一块木板。
4.请同学紧紧拉住绳子的两端，然后往木板上加书，看看究竟能够堆多少本书？
5.想一想：为什么绳子的两端必须请同学拉紧？
悬索桥用悬挂在两边索塔上的缆索作为主要承重结构、并在两岸修筑巨大的锚结构来固定缆索的两端。桥面主梁通过吊杆吊在缆索上，在竖直方向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受拉力，支着桥的主梁。
斜拉桥的受力斜拉桥将多根缆索的一端固定在索塔上，另一端拉着桥的主梁。荷载通过缆索传至索塔，再通过索塔传至桥的基座。与悬索桥相比，斜拉桥在荷载作用下的结构形变小，且其抵抗风的能力比悬索桥强。
斜拉桥的索塔一般建造得很
高，索塔建得高有什么好处？索塔是不是建得越高越好？
建筑艺术
桥梁是人类文明的产物，它作为科学、技术和艺术凝结成的建筑构造，体现出实用价值和审美价值。因此，一座桥梁不仅体现在技术方面的巧妙和精湛，也体现着桥梁与自然、桥梁结构与受力平衡的美。工程师们通过确定具有比例的简单几何形（如圆形、方形、三角形等）作为基准，用来控制建筑整体，特别是外形轮廓及各局部的设计构图，使其形成一定的由几何形状制约的结构，从而获得和谐美。
桥梁的设计与制作
人们设计和制作的结构是为了完成某种任务或满足特定的需要。桥梁的作用就是帮助人们跨越障碍物、使人们可以通过桥梁越过河流等，这就需要对桥梁的跨度、所能承受的荷载有一定要求。因此，在进行结构设计时，必须明确设计目标、需要解决的问题和解决问题需要考虑的主要因素，同时应考虑结构的安全性、强度、稳定性、适用性、成本等。
结构设计必须遵循设计的一般过程，一般需经历如图所示的若干环节。
明确内容
制定设计方案
制作模型或原型
优化与完善
桥梁模型的制作与探究
目标
依据条件设计和制作高承重、有创意的桥梁模型，对桥梁模型进行测试，并开展相关实验探究。
过程
1.确定标准。
依据选用材料对桥梁的长度、宽度等基本参数设定标准，并填写补充到表中。
2.设计方案。
依据配件或自选器材，设计桥梁的整体结构，绘制出设计图。
3.制作桥梁。
（1）学习技术。
①基本结构。直杆A为各接口间的连接杆，如图甲。将2根直杆拼接后可作为非等腰直角三角形的斜边，如乙。将斜杆B作为等直角三角形的斜边，如丙。盖板作为桥梁中间的路面连接，如丁。
②斜拉加强杆。正四边形是一个很不稳定的形状，在正四边形里加入了斜拉加强杆后，结构就会变得异常牢固，如图。
（2）按照设计图纸组装、制作桥梁模型，示意图如图所示。
4.测试评价。
依据标准对桥梁的长度、宽度、高度、自重、承重力等参数进行测量、评价，设计记录表格，将结果记录于表中。
组别 长度 宽度 高度 自重 承重力
1
2
3
......

展开更多......

收起↑