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【浙教版】科学八上第5章 建筑结构与工程 章末复习 拔高竞优卷
一、选择题（每题3分，共45分）
1．下列关于三角形结构的说法，错误的是（　　）
A．三角形结构具有稳定性
B．三角形结构在受到外力时，会把力均匀地分散到各个顶点
C．三角形结构比四边形结构更容易变形
D．自行车的车架利用了三角形的稳定性
2．下列建筑的主体结构类型不同于其他三个的是 (　　)
A．桁架桥 B．北京鸟巢
C．水库大坝 D．埃菲尔铁塔
3．桥梁的承重力是指桥梁在设计条件下能够安全承受的最大荷载，包括自身重量、车辆荷载、风载等静态与动态作用力。下列因素中，直接决定桥梁构件的受力极限、对桥梁的承重力起关键作用的是（　　）
A．材料的抗压、抗拉强度，如钢材的屈服强度或混凝土的抗压强度等
B．如析架、拱形、悬索等不同的力学结构类型
C．桥墩与地基的承载能力
D．焊接、浇筑的工艺精度、施工质量
4．以下对纸桥抗弯能力的测试方式中，不合理的是(　　)
A． B．
C． D．
5．结构能够承受一定的力，能够通过形变来抵抗力的作用。每个结构都需要承受一定大小的力的作用。下列说法中，正确的是（　　）
A．用相同的材料制作的不同形状的结构，能够承受力的大小相同
B．用不同的材料制作的形状相同的结构，能够承受力的大小相同
C．由于自身重力的原因，将钢材竖直放置时长度会一定程度缩短
D．横梁水平放置时承受竖直方向的力，横梁的下侧产生压缩形变
6．小陈在“桥梁模型的制作与探究”的工程实践活动中，选用了如图所示的模型材料，这些材料最适合制作的桥梁模型是（　　）
A．斜拉桥模型
B．拱桥模型
C．桁架桥模型
D．悬索桥模型
7．世界上任何事物都存在结构，不同材料构成的结构其强度各不相同。下列材料最适合用于建造桥梁的支撑结构的是（　　）
A．木材 B．塑料 C．钢材 D．玻璃
8．如图所示为常见的梁式桥结构示意图。下列有关梁式桥结构的认识，错误的是（　　）
A．梁式桥一般都由主梁、桥墩、桥台、基座等组成
B．采用桁架梁作为主要承重结构的桁架桥不属于梁式桥
C．桥墩和桥台都能够把主梁产生的向下的力传给下面的基座
D．结构简单的梁式桥，可把主梁直接架在两端的桥台上
9．我们常见的桥梁、屋顶桁架等建筑，其主要结构类型是（　　）
A．实心结构 B．框架结构 C．壳体结构 D．混合结构
10．如图所示为拱桥在拱顶受到竖直向下的压力时，拱的内部传递压力以及对基座作用力的示意图，其中正确的是 (　　)
A．
B．
C．
D．
11．房屋、桥梁、塔等各种建筑都有结构。关于结构一词，下列说法中不正确的是（　　）
A．结构指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列
B．结构存在于人类创造的各种事物中，而自然界中并不存在
C．不同的事物往往具有不同的结构
D．不同的结构具有不同的功能
12．如图所示为一座桥梁的施工方案示意图。下列分析中，不正确的是 （　　）
A．构件M 和构件 N均应具备良好的抗压性能
B．各主要构件都应该具备足够大的横截面积
C．设计中计算应力时应考虑各种可能的荷载
D．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响
13．通常情况下，关于悬索桥结构受力变形形式的分析，下列说法中不正确的是(　　)
A．悬索的主要受力变形形式是受弯曲
B．桥墩的主要受力变形形式是受压
C．桥面的主要受力变形形式是受弯曲
D．悬索的主要受力变形形式是受拉
14．如图所示为四种木质桥梁设计模型，下列说法中，正确的是(　　)
A．方案④的结构强度比方案②高
B．方案②的结构强度比方案④高
C．方案①②中的桥板底部用支撑杆加固，不会发生弯曲形变
D．方案③④桥板的主要受力形式是受拉
15．小明家附近要建一个水库，他构思了四种混凝土拦水坝方案，方案中圆圈的大小表示钢筋的粗细，虚线表示水。混凝土抗压强度远大于抗拉强度，钢筋抗拉强度大于抗压强度。从结构强度的角度分析，下列方案中，合理的是（　　）
A． B． C． D．
二、填空题（每空3分，共50分）
16．结构是指组成事物的各个部分之间的　 　和　 　。结构普遍存在于自然界和人类创造的各种事物中，不同的事物往往具有不同的结构，不同的结构具有不同的　 　。
17．建筑工程能够很好地体现　 　的关系。建筑结构的分类多种多样。依据受力情况，建筑结构一般可以分为　 　、　 　和　 　等。
18．建筑结构受力与形变。
（1）建筑构件受力时发生形变的类型：　 　、　 　、　 　等。
（2）构件形变的作用：构件通过　 　来抵抗力的作用。三种典型构件受力与形变的特点。
横梁 横梁呈水平放置，承受竖直方向的力的作用时，发生的形变是弯曲，横梁弯曲时有些部位被压缩，有些部位被拉伸
三角形桁架 三角形桁架结构是由杆件连接成三角形的一种空间结构。三角形桁架受力时，构成三角形三条边的杆件有的被压缩，有的被拉伸
弧形拱 弧形拱构件的顶部受到向下的压力时，拱的各个部分都被压缩
19．国家大剧院如图所示，它的整个壳体钢结构重达6475吨，东西向 长轴跨度212.2米，是目前世界上最大的穹顶。 为什么能建起如此宏伟的建筑，秘密就在于其 外形结构：壳体结构。从外观看，蛋壳、蚌壳这 些壳体结构有的像半球形，有的成拱形，有的像 圆球形，有的像不规则但非常美丽的弧形。尽 管它们形态各异，却有着共同的力学特征：壳体 结构在受到外力作用时，能够把力均匀分散在 壳体的各个部分，使壳体单位面积上受到的力 并不大，更为重要的是，在壳体上不存在作用力集中于一个地方的情况。
（1）下列著名建筑中没有利用壳体结构的是（　　）
A．悉尼歌剧院
B．金字塔
C．赵州桥
D．北京大兴 国际机场
（2）鸡蛋握在手中不易损坏是因为____ .
A．鸡蛋壳很厚 B．鸡蛋壳的硬度很大
C．鸡蛋壳内部是空心的 D．鸡蛋壳属于壳体结构
（3）站立在地面上，人的脚能够承载较大的重 量，主要是因为____ o
A．脚骨骼的数量多 B．脚部的肌肉发达
C．脚骨骼组成拱形结构 D．脚骨骼比钢铁还要坚硬
（4）下列对壳体结构受力示意图分析正确的是(　　)
A． B．
C． D．
20．影响结构强度和稳定性的因素有：材料的　 　、结构的　 　、构件的　 　和连接方式等。
三、实验与探究题（共4题，共42分）
21．阅读下面的资料，回答问题。
资料一：泸定桥(又名大渡桥)，是我国四川省的一座跨大渡河铁索桥，建造于康熙年间，历史悠久，如图所示。铁索桥全长103.67m，由13根铁索组成。13根铁索横跨整座大桥，每根铁链都有碗口般大小，这些铁链总共由12164个铁环连接而成，每一根铁索上都需要900多个铁环，总重量一共达到了惊人的40t。桥上的铁链都被固定在河的两边，河岸上有专门的铁链和固定使用的石堆。即使是在水位暴涨的雨季，泸定桥上的铁链也不会被泡在水里。所以铁链所面对的自然侵蚀，就只有风吹日晒了。有人问：“这桥为什么这么耐用 直到今天还能够使用，上面的铁链难道不会生锈吗 ”
资料二：根据有关部门所发布的数据，2023年，印度钢铁产量是1.4亿吨，日本的钢铁产量是8700万吨，我国的钢铁产量达到了惊人的10.2亿吨。但全世界每年生产的钢铁近三分之一会由于生锈而损失。
请从科学、技术和工程三个不同的角度提出三个相关问题。
（1）科学角度，你的问题是　 　
（2）技术角度，你的问题是　 　
（3）工程角度，你的问题是　 　
22．如图所示为某校学生设计制作的桥梁模型，现要求测试该模型的稳定性和强度，提供不同质量的砝码若干，请设计简易试验方案，并回答下列问题：
（1）进行模型的稳定性试验，确定模型不发生翻转时所能承受的最大载荷(在给定的示意图上表示试验方法，用文字说明主要步骤)。
（2）如果要提高模型的稳定性，可以采取的措施是____(多选，填字母)。
A．缩短桥梁两端伸出部分的长度 B．增大桥梁两端伸出部分的长度
C．两端增加桥墩 D．减小桥面宽度
（3）如果要提高模型中部的强度，可以采取的措施是____(多选，填字母)。
A．增加桥面木板的厚度 B．增大桥墩之间的距离
C．降低桥的高度 D．选用高强度的材料
23．桥梁建设时需要考虑钢梁的“下垂量”。如图甲所示，钢梁向下弯曲偏离水平位置的距离h叫下垂量。某同学通过分析桥梁结构作出如下两个猜想：①钢梁的下垂量h可能与钢梁所受到的压力F有关；②钢梁的下垂量h可能与两个支撑柱的间距s有关，于是进行了如下实验。
他将两个砖块作为支撑柱，把一块塑料板平铺放在两个支撑柱上作为钢梁，在塑料板中央施加一定的压力，用刻度尺测得此时塑料板的下垂量为h。
（1）图乙是该同学探究“钢梁的下垂量h与钢梁所受的压力F的关系”时画出的下垂量h与所受压力F关系的图像。根据图像可知，当压力为5000N时，下垂量是 　 　 cm，根据图像可得结论：　 　 。
（2）为了探究下垂量与支撑柱间距的关系，接下来应进行的操作是 　 　 。若 　 　 ，则说明钢梁的下垂量与支撑柱的间距有关。
24．在科学课上，同学们设计并制作了一个小型桥梁模型，用于探究桥梁的结构稳定性、强度和成本效益。以下是实验过程和相关问题：
实验背景：同学们选择制作一个简单的梁式桥模型，使用木条和胶水作为主要材料。桥梁模型的跨度为40厘米，宽度为5厘米。实验目标是测试桥梁模型的承载能力和稳定性，并分析材料成本。
实验过程：
设计与制作：同学们根据设计图纸制作了桥梁模型，确保结构对称且连接牢固。
材料成本：木条成本为0.5元/根，共使用了8根；胶水成本为2元/瓶，共使用了1瓶。
测试：在桥梁模型的中心位置逐渐增加重量，记录模型能够承受的最大荷载。同时，用风扇模拟风力，观察桥梁的稳定性。
（1）材料成本计算：桥梁模型的总材料成本为木条成本和胶水成本之和。木条成本为0.5元/根，共使用了8根；胶水成本为2元/瓶，共使用了1瓶。因此，桥梁模型的总材料成本为 　 　 元。
（2）荷载测试结果：在测试过程中，桥梁模型在中心位置能够承受的最大荷载为3千克。这说明桥梁模型的强度与 　 　 （填“材料”或“跨度”）密切相关，同时也受到制作工艺的影响。
（3）稳定性测试：当用风扇模拟风力时，桥梁模型在一定风力下能够保持稳定。这说明桥梁的稳定性不仅与结构设计有关，还与 　 　 （填“材料重量”或“材料强度”）有关。
（4）优化建议：根据实验结果，提出至少两条优化桥梁模型的建议，以提高其承载能力和稳定性。请结合材料选择、结构设计等方面进行分析。
四、综合题（共3题，共23分）
25． 如图所示为集桥、岛、隧道于一体的世界最长跨海大桥——港珠澳大桥，它位于我国广东省珠江口伶仃洋海域内。港珠澳大桥桥梁焊接的技术标准高，中铁山桥集团便研发了世界上规模最大、精度最高的机器人焊接系统。它能抵挡里氏8级地震和16级台风。根据上述事实，说明科学、技术与工程的关系。
26．国家游泳中心，又名“水立方”“冰立方”，位于北京市朝阳区北京奥林匹克公园内，“水立方”的墙面与屋顶采用3万多个钢质构件构成的框架，外围包裹着形似水泡的ETFE膜。于2008年1月正式竣工，2020年11月27日，国家游泳中心冬奥会冰壶场馆改造工程通过完工验收，“水立方”变身为“冰立方”。国家游泳中心是2008年北京奥运会的精品场馆和2022年北京冬奥会的经典改造场馆，也是唯一一座由港澳台同胞、海外华侨华人捐资建设的奥运场馆，曾被评为“中国十大新建筑奇迹”。试从“绿色、科技、人文”的角度说明其建筑理念与功能是如何相结合的。
27．（2024八上·龙湾期中）港珠澳大桥由桥梁和海底隧道组成，隧道由一节一节用钢筋混凝土做成的空心沉管连接而成，如图所示。建造隧道时，先将沉管两端密封，如同一个巨大的长方体空心箱子，然后让其漂浮在海面上，再用船将密封沉管拖到预定海面上，向其内部灌水使之沉入海底。若每一节密封长方形沉管的体积为6.3×104m3，总质量为6×107kg（海水密度取1.0×103kg/m3，g取10N/kg）。请回答：
（1）漂浮在海面上的一节密封沉管，受到海水对它的浮力为多大？
（2）要使密封沉管上表面刚好水平浸没在海水中，则需注入多少千克的海水？
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】建筑结构及其分类；结构受力与形变
【解析】【分析】（1）三角形稳定性的概念：三角形具有稳定性，即其形状和大小在三边确定后不会改变，能承受外力而不易变形。
（2）三角形与四边形结构的变形性对比：四边形结构具有不稳定性，容易变形；而三角形结构因稳定性，比四边形结构更不易变形。
【解答】A、三角形结构具有稳定性，这是三角形的重要特性，该说法正确，故该选项正确。
B、三角形结构在受到外力时，会把力均匀地分散到各个顶点，从而增强结构的稳固性，该说法正确，故该选项正确。
C、三角形结构具有稳定性，不易变形；四边形结构容易变形，所以三角形结构比四边形结构更难变形，该说法错误，故该选项错误。
D、自行车的车架利用了三角形的稳定性，使车架稳固，不易变形，该说法正确，故该选项正确。
故答案为：C。
2．【答案】C
【知识点】建筑结构及其分类
【解析】【分析】 （1）实体结构：特点：能承受较大的压力；特征：几何外形简单，通常有杆（柱）、板、体之分，如：大坝、墙体、古城墙等。
（2）框架结构：特点：能承受垂直和水平荷载；特征：几何外形较为复杂，制作较为方便，节省用料，应用广泛，由梁、柱、杆、管等组成，支撑空间却不充满空间，如窗户、画框、房子的架构、建筑脚手架等。
（3）壳体结构：特点：壳体内空，受力合理，形态稳定：特征：几何形状有折线式（方形、多边形）的、圆弧的和拱形的，如贝壳、头盔、汽车飞机的外壳等。
【解答】根据图片可知，桁架桥、北京鸟巢和埃菲尔铁塔，都属于框架结构，只有水库大包围实体结构，故C正确，而ABD错误。
故选C。
3．【答案】A
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁的受力
【解析】【分析】桥梁的承重力涉及到多个方面的因素。材料的强度决定了其在受力时抵抗破坏的能力；力学结构类型影响着荷载的传递和分布方式；桥墩与地基是桥梁的基础，其承载能力关系到整个桥梁的稳定性；工艺精度和施工质量也会对桥梁的实际承载性能产生影响。
【解答】A、材料的抗压、抗拉强度，如钢材的屈服强度或混凝土的抗压强度等，材料本身的强度是决定桥梁能够承受多大荷载的基础。如果材料强度不足，即使结构设计合理，桥墩与地基承载能力足够，桥梁也无法承受较大的荷载，所以材料强度对桥梁的承重力起关键作用。
B、不同的力学结构类型，如析架、拱形、悬索等，主要影响的是荷载在桥梁结构中的传递路径和分布情况。结构类型是基于材料的特性来设计的，以更好地发挥材料的强度优势，但它不是直接决定桥梁承重力的关键因素，关键还是材料能承受多大的力。
C、桥墩与地基的承载能力，它们是支撑桥梁上部结构的基础。然而，如果桥梁自身的材料强度不够，即使桥墩与地基能承受很大的力，桥梁上部结构也可能先发生破坏，所以桥墩与地基的承载能力不是决定桥梁承重力的关键因素。
D、焊接、浇筑的工艺精度、施工质量，良好的工艺精度和施工质量能保证桥梁结构的完整性和可靠性，使材料和结构更好地发挥作用。但如果材料本身强度不足，再好的施工质量也无法大幅提高桥梁的承重力，所以它不是关键因素。
故答案为：A。
4．【答案】D
【知识点】结构受力与形变
【解析】【分析】要判断对纸桥抗弯曲能力测试方式是否合理，需明确抗弯曲能力主要是指纸桥抵抗因受力而发生弯曲变形甚至破坏的能力，测试时应模拟纸桥实际可能承受的、使它产生弯曲的力的作用情况
【解答】A、在纸桥下方悬挂重物，重物的重力会使纸桥产生向下的弯曲趋势，这种方式能有效测试纸桥的抗弯曲能力，是合理的。
B、在纸桥的两侧分别悬挂重物，两侧的重物会对纸桥产生向下的拉力，使纸桥有向下弯曲的趋势，能够测试纸桥的抗弯曲能力，是合理的。
C、将重物直接放在纸桥的上方，重物的压力会使纸桥产生向下的弯曲，能测试纸桥的抗弯曲能力，是合理的。
D、一侧悬挂重物，另一侧放置重物，这种受力情况比较复杂且不符合纸桥通常承受使自身弯曲的力的常规情形，不能很好地测试纸桥的抗弯曲能力，是不合理的。
故答案为：D。
5．【答案】C
【知识点】建筑结构的功能；结构受力与形变
【解析】【分析】（1）结构的受力能力与结构的形状、材料等因素有关。不同形状的结构，其受力时的应力分布等不同，承受力的大小也会不同；不同材料的力学性能（如强度、刚度等）不同，即使形状相同，承受力的大小也不同。
（2）物体在自身重力作用下，会产生形变。钢材具有一定的弹性和塑性，竖直放置时，自身重力会使其受到压力，从而长度一定程度缩短。横梁水平放置承受竖直方向的力时，上侧产生压缩形变，下侧产生拉伸形变。
【解答】A、用相同材料制作的不同形状的结构，受力能力不同，能承受力的大小不同，故该选项错误。
B、用不同材料制作的形状相同的结构，由于材料力学性能不同，能承受力的大小不同，故该选项错误。
C、钢材自身有重力，竖直放置时会受到压力，长度会一定程度缩短，故该选项正确。
D、横梁水平放置承受竖直方向的力时，上侧产生压缩形变，下侧产生拉伸形变，故该选项错误。
故答案为：C。
6．【答案】C
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作
【解析】【分析】在桥梁模型制作中，不同类型的桥梁结构特点不同，对材料的要求和连接方式也不同。我们需要根据给定的模型材料特点来判断适合制作的桥梁模型。常见的桥梁类型有斜拉桥、拱桥、桁架桥、悬索桥等。斜拉桥主要靠斜拉索将主梁拉住；拱桥利用拱的承压特性；桁架桥由许多直杆通过节点连接组成；悬索桥主要靠悬索承受荷载。
【解答】A、斜拉桥主要依靠斜拉索，给定材料中未体现类似斜拉索的关键部件，A错误。
B、拱桥主要是拱形结构，材料中没有直接能构成典型拱形的部件，B错误。
C、桁架桥由直杆和节点连接组成，给定材料中有直杆 A、斜杆 B 以及多种接口，非常适合搭建桁架桥的结构，C正确。
D、悬索桥主要靠悬索，材料中没有类似悬索的部件，D错误。
故答案为：C。
7．【答案】C
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作
【解析】【分析】不同材料的强度（抵抗破坏的能力）不同，桥梁支撑结构需要承受较大的荷载，因此材料需具备较高的强度、韧性等力学性能。
【解答】A、木材的强度较低，且易受腐蚀、虫蛀等影响，无法承受桥梁支撑结构所需的大荷载，故该选项错误。
B、塑料的强度和刚度都很低，不能满足桥梁支撑结构的受力要求，故该选项错误。
C、钢材具有较高的强度、韧性和良好的力学性能，能够承受桥梁支撑结构的巨大荷载，故该选项正确。
D、玻璃质地脆，强度低，受外力易破碎，不适合用于建造桥梁的支撑结构，故该选项错误。
故答案为：C。
8．【答案】B
【知识点】桥梁的组成与分类
【解析】【分析】梁式桥是一种常见的桥梁结构形式。梁式桥的基本组成部分包括主梁、桥墩、桥台和基座等。主梁是承受车辆等荷载的主要构件，桥墩和桥台用于支撑主梁，并将主梁上的力传递给基座。
【解答】A、梁式桥一般都由主梁、桥墩、桥台、基座等组成，这是梁式桥的基本构造，A正确。
B、桁架桥是以桁架梁作为主要承重结构的桥梁，它属于梁式桥的一种，B错误。
C、桥墩和桥台在桥梁结构中起到支撑主梁的作用，能够把主梁产生的向下的力传给下面的基座，C正确。
D、对于结构简单的梁式桥，可把主梁直接架在两端的桥台上，这种形式较为常见，D正确。
故答案为：B。
9．【答案】B
【知识点】建筑结构及其分类
【解析】【分析】（1）实心结构的特点：实心结构是指结构内部充满材料，整体较为厚重，主要靠自身的材料强度来承受荷载，常见于小型、简单的构件，如实心的石柱等，其材料利用率较低，不适用于桥梁、屋顶桁架这类需要大跨度、轻量化的建筑。
（2）框架结构的特点：框架结构由梁、柱等构件通过一定的连接方式组成，能有效分散荷载，具有较好的强度和稳定性，且材料利用率高，适合用于桥梁、屋顶桁架等需要跨越较大空间的建筑。
（3）壳体结构的特点：壳体结构是通过曲面形态来承受荷载，将外力分散到整个结构表面，常见于穹顶、薄壳建筑等，与桥梁、屋顶桁架的结构形式不同。
（4）混合结构的特点：混合结构是由两种或两种以上结构类型组合而成，而桥梁、屋顶桁架主要以框架结构为主，并非混合结构。
【解答】A、实心结构材料利用率低，不适用于桥梁、屋顶桁架这类建筑，故该选项错误。
B、框架结构由梁、柱等构件组成，能有效分散荷载，是桥梁、屋顶桁架等建筑的主要结构类型，故该选项正确。
C、壳体结构以曲面形态承受荷载，与桥梁、屋顶桁架的结构形式不符，故该选项错误。
D、混合结构是多种结构类型的组合，桥梁、屋顶桁架主要为框架结构，并非混合结构，故该选项错误。
故答案为：B。
10．【答案】A
【知识点】桥梁的受力
【解析】【分析】 拱形承载重量时，能把压力向下和向外传递给相邻的部分，拱形各部分相互挤压结合得更加紧密。拱形受压会产生一个向外推的力，抵住了这个力，拱就能承载很大的重量。抵住拱足，能使拱的形状保持不变，拱就能承载更大的重量。圆顶形可以看成拱形的组合，它有拱形承载压力大的特点，而且不产生向外推的力。
【解答】 拱形承载重量时，能把压力向下和向外传递给相邻的部分。A中把压力向下和向外传递，故A正确，而BCD错误。
故选A。
11．【答案】B
【知识点】建筑结构及其分类；建筑结构的功能
【解析】【分析】结构是指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列。不同的事物往往具有不同的结构，而不同的结构又具有不同的功能。在我们的生活中，大到建筑，小到日常用品，都存在结构。
【解答】A、结构指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列，A正确。
B、结构不仅存在于人类创造的各种事物中，自然界中也广泛存在结构，比如雪花的六角形结构、蜂巢的六边形结构等，B错误。
C、不同的事物往往具有不同的结构，例如桥梁有梁桥、拱桥、斜拉桥等不同结构，C正确。
D、不同的结构具有不同的功能，比如三角形结构具有稳定性，常用于建筑的支撑部分，D正确。
故答案为：B。
12．【答案】A
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁的受力
【解析】【分析】（1）抗压性能是指材料或构件承受压力而不破坏的能力。在桥梁结构中，不同的构件受力情况不同，有的主要承受压力，有的主要承受拉力等。
（2）构件的横截面积会影响其强度和刚度，较大的横截面积通常能承受更大的力，但也需要考虑材料的合理利用等因素。
【解答】A、构件 M 主要承受压力，应具备良好的抗压性能；构件 N 主要承受拉力，应具备良好的抗拉性能，而不是抗压性能，故该选项错误。
B、各主要构件具备足够大的横截面积，能提高构件的强度和刚度，更好地承受外力，故该选项正确。
C、设计中计算应力时考虑各种可能的荷载，能使桥梁在实际使用中更安全可靠，避免因荷载考虑不全而出现问题，故该选项正确。
D、施工中擅自加长桥面，会改变桥梁的受力情况，可能使桥梁承受更大的荷载等，从而对桥梁产生不利影响，故该选项正确。
故答案为：A。
13．【答案】A
【知识点】桥梁的受力
【解析】【分析】 构件的基本受力形式有：拉力：物体所承受的拉拽力；压力：挤压物体的力；剪切力：两个距离很近，大小相等，方向相反，且作用于同一物体上的平行的力；弯曲力：作用于物体，使它产生弯曲的力；扭转力：反方向向物体两端均匀施力，使物体发生扭转形变的力。
【解答】 悬索的主要受力变形形式是受拉，而不是受弯曲。悬索桥的悬索通过两端的锚碇固定，承受来自桥面的竖向荷载，将荷载传递到锚碇，主要承受拉力，以保持结构的平衡。
故选A。
14．【答案】B
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作；桥梁的受力
【解析】【分析】由图可知，③④桥板受到的压力较大，受力形式时受压。
【解答】AB、根据结构的强度和稳定性的定义可以得到方案①和方案②的稳定性及强度均大于方案③④，故A错误，B正确；
C、方案①②中的桥板底部用支撑杆加固，但由于材料是木质的，所以时间久了也会发生弯曲形变，故C错误；
D、方案③④中桥板的主要受力形式是受压，故D错误。
故答案为：B。
15．【答案】C
【知识点】建筑结构的功能
【解析】【分析】 对水坝以及内部钢筋进行设计，需要考虑水坝整体的受力情况来使水坝的强度达到最高。
【解答】如图选项为拱坝，为了将上游水带来的压力通过水坝结构传递给两岸以及坝地沿基，水坝需要将凸起的一面朝向上游位置；由于上游水压会将压力施加在迎水面上，背水面受到拉力，因此应该将粗钢筋置于背水面，细钢筋置于迎水面；
故选C。
16．【答案】有序搭配；空间排列；功能
【知识点】建筑结构及其分类
【解析】【分析】（1）结构的组成关系：结构是指组成事物的各个部分之间的有序搭配，这种有序搭配使得各部分之间形成合理的连接和组合，是结构的基本构成方式。
（2）结构的空间布局：结构还涉及各个部分之间的空间排列，不同的空间排列方式会使结构呈现出不同的形态，影响其整体性能。
（3）结构与功能的关系：不同的事物往往具有不同的结构，而不同的结构具有不同的功能，结构的设计和组成方式决定了其能实现的功能，如三角形结构具有稳定性，可用于建筑承重等。
【解答】结构是指组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列。结构普遍存在于自然界和人类创造的各种事物中，不同的事物往往具有不同的结构，不同的结构具有不同的功能。
17．【答案】结构与功能；框架结构；壳体结构；实体结构
【知识点】建筑结构及其分类
【解析】【分析】（1）结构与功能的关系：建筑工程中，结构的设计是为了实现特定的功能，不同的功能需求会对应不同的结构设计，很好地体现了结构与功能的关系，即结构是功能的载体，功能决定结构的形式。
（2）框架结构的特点：框架结构由梁、柱等构件通过连接组成，能有效分散荷载，适用于多层建筑、桥梁等，通过构件的组合实现承重和空间划分的功能。
（3）壳体结构的特点：壳体结构通过曲面形态承受荷载，将外力均匀分散到结构表面，具有良好的承重能力和空间利用效率，如大型场馆的屋顶等建筑利用其实现大跨度、美观的功能。
（4）实体结构的特点：实体结构内部充满材料，靠自身的材料强度承受荷载，常见于厚重的墙体、堤坝等，通过材料的自身强度实现承重功能。
【解答】建筑工程能够很好地体现结构与功能的关系，结构为功能服务，功能决定结构的设计。建筑结构的分类多种多样，依据受力情况，建筑结构一般可以分为框架结构、壳体结构和实体结构等。框架结构由梁、柱构件组成，分散荷载；壳体结构以曲面分散外力；实体结构靠自身材料强度承重，它们各自通过不同的结构形式实现相应的建筑功能。
18．【答案】（1）拉伸；压缩；弯曲
（2）形变
【知识点】建筑结构及其分类；建筑结构的功能
【解析】【分析】（1）建筑构件受力形变类型：建筑构件在受到力的作用时，会发生不同类型的形变，常见的有拉伸形变（构件受到拉力，长度发生伸长的形变）、压缩形变（构件受到压力，长度发生缩短的形变）、弯曲形变（构件受到使其弯曲的力，发生弯曲的形变）等。
（2）构件形变的作用：构件通过发生形变来抵抗外力的作用，不同的构件在受力时，形变特点不同，从而起到承受和传递力的效果。
【解答】（1）建筑构件受力时发生形变的类型有拉伸、压缩、弯曲等。
（2）构件通过形变来抵抗力的作用。
19．【答案】（1）B
（2）D
（3）C
（4）C
【知识点】建筑结构及其分类；建筑结构的功能；结构受力与形变
【解析】【分析】（1）壳体结构的特点：壳体内空，受力合理，形态稳定：特 征：几何形状有折线式（方形、多边形）的、圆弧的和拱形的，如贝壳、头盔、汽车、飞机的外壳等。
（2）鸡蛋壳属于壳体结构，握在手中不易损坏，据此分析。
（3）壳体结构能把力均匀分散在壳体的各个部分，使壳体单位面积上受到的力并不大的特点。
（4） 壳体结构的特点：壳体内空，受力合理，形态稳定：特 征：几何形状有折线式（方形、多边形）的、圆弧的和 拱形的，如贝壳、头盔、汽车、飞机的外壳等。从力学 的形态上分类，该课桌椅的主体结构属于框架结构。
【解答】（1）悉尼歌剧院顶部、赵州桥拱形造型、北京大兴国际机场顶部利用了壳体结构，金字塔属于棱锥结构，是由多个三角形面组成的锥体，力主要通过棱边和底面传递，没有利用壳体结构那种曲面分散力的特点。
故答案为：B。
（2） 根据文中对壳体结构的描述，壳体结构在受到外力作用时，能把力均匀分散在各个部分，不存在作用力集中于一个地方的情况。鸡蛋壳属于壳体结构，所以握在手中时，外力能被均匀分散，不易挤坏，而不是因为蛋壳厚、硬度大或者内部空心；
故答案为：D。
（3） A、脚骨数量多不是能承受较大重量的主要原因，数量多不一定意味着受力合理、能分散力，A不符合题意。
B、脚部肌肉发达是辅助支撑的因素，但不是核心的结构力学原因，B不符合题意。
C、脚骨能组成类似壳体的结构，就像材料中提到的壳体结构一样，能把身体的重量均匀分散在脚骨的各个部分，使脚骨单位面积承受的力不大，从而能承受较大重量，C符合题意。
D、脚骨比钢铁坚硬不符合实际，且坚硬程度不是能承受较大重量的关键结构原因，关键是受力的分散，D不符合题意。
故答案为：C。
（4） 壳体结构在受到外力作用时，能够把力均匀分散在壳体的各个部分。
故答案为：C。
20．【答案】种类；形状；连接方式 (顺序可互换)
【知识点】建筑结构及其分类
【解析】【分析】（1）材料种类对结构强度和稳定性的影响：不同种类的材料，其物理性能（如硬度、韧性、密度等）不同，会直接影响结构的强度和稳定性。例如，钢材制作的结构强度远大于木材制作的同形状结构。
（2）结构形状对结构强度和稳定性的影响：结构的形状设计合理与否，会极大影响其强度和稳定性。比如三角形结构因具有稳定性，强度和稳定性优于四边形结构；拱形结构能将压力分散，也具有较好的强度和稳定性。
（3）构件连接方式对结构强度和稳定性的影响：构件之间的连接方式（如焊接、铆接、螺栓连接等）不同，结构的整体强度和稳定性也不同。连接牢固、紧密的方式能使结构更好地承受外力，增强强度和稳定性。
【解答】影响结构强度和稳定性的因素有：材料的种类，不同种类的材料性能不同，对结构强度和稳定性影响不同；结构的形状，合理的形状（如三角形、拱形等）能提升结构的强度和稳定性；构件的连接方式，牢固的连接方式可增强结构的整体强度和稳定性。
21．【答案】（1）为什么铁会生锈
（2）采用什么方法能使桥的铁索不生锈(或如何将铁索架到大渡河两岸 如何冶炼出质量合格的索桥用的铁材料 如何将单个铁环连接成铁索 合理即可)
（3）每根铁索的长度是多少
【知识点】工程方案设计；建筑结构的功能
【解析】【分析】（1） 科学主要是对自然现象、规律等进行探索和发现，其核心就是发现 ；
（2） 技术的核心是发明，是创造新的方法、手段、产品等；
（3） 工程问题通常涉及到对具体实物或系统的设计、建造、优化等方面。
【解答】（1）科学角度，我的问题是：为什么铁会生锈；
（2）技术角度，我的问题是：采用什么方法能使桥的铁索不生锈(或如何将铁索架到大渡河两岸 如何冶炼出质量合格的索桥用的铁材料 如何将单个铁环连接成铁索 合理即可)
（3）工程角度，我的问题是：每根铁索的长度是多少.
22．【答案】（1）将桥梁模型放置在平整的桌面上，如解图所示，在桥梁的右侧最远端逐渐挂砝码，直到桥梁模型发生翻转，桥梁模型的最大荷载为去掉最后一个砝码的质量。
（2）A；C
（3）A；D
【知识点】桥梁模型的制作
【解析】【分析】结构稳定性试验要找到桥梁模型最不稳定的位置挂重物，翻到前一次重物的重量即是桥梁模型稳定的最大荷载。
【解答】 （1）试验对象是桥梁模型，试验目的是确定模型不发生翻转时所能承受的最大荷载．故应找到试验对象最不稳定的位置挂重物，逐步增加重物直到桥梁翻倒．
（2）提高稳定性的方法有：降低重心、增大支撑面（重心的垂线落在支撑面内）、改变结构形状．减小桥面的宽度将会降低桥梁的使用功能，故排除．增大桥梁两端伸出部分的长度会使桥梁的重心外移，重心的垂线不在支撑面内桥梁即翻到。
故选AC。
（3）提高强度的方法有：改变材料、改变连接方式、改变结构形状．增大桥墩之间的距离会使中部承受更大的压力，更容易弯曲形变，故B错误；降低桥的高度是降低重心，对桥梁中部强度提高没有帮助，故C错误。
故选AD。
23．【答案】（1）10；在材料、支撑柱间距等条件一定时，钢塑的下垂量与所受压力成正比
（2）保持压力不变，改变支撑柱的间距；改变支撑柱间距后，下垂量发生变化。
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作；桥梁的受力；搭建人行浮桥
【解析】【分析】桥梁的结构类型：
1.梁式桥：以梁为主要承重结构，常见的有简支梁桥、连续梁桥等。简支梁桥的梁体两端分别支撑在桥墩或桥台，结构简单；连续梁桥的梁体连续跨越多个桥墩，受力更合理，行车更平稳。
2.拱式桥：利用拱的抗压性能来承重，拱脚处会产生水平推力。如石拱桥，历史悠久，造型美观；现代的钢筋混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥，跨度更大，能适应更复杂的地形。
3.悬索桥：通过主缆、吊索将桥面荷载传递到桥塔和锚碇。主缆是主要承重构件，具有跨度大的特点，像我国的港珠澳大桥青州航道桥就采用了悬索桥结构，能满足大跨度通航需求。
4.斜拉桥：由塔柱、斜拉索和主梁组成，斜拉索直接将主梁的荷载传递到塔柱。斜拉桥造型优美，跨越能力较强，例如上海的南浦大桥。
桥梁的制造材料：
1.钢材：常用于大跨度桥梁，如悬索桥、斜拉桥的主缆、塔柱、钢梁等。钢材强度高、韧性好，能承受较大的荷载和变形。
2.混凝土：包括普通钢筋混凝土和预应力混凝土。预应力混凝土通过预先施加应力，可有效提高桥梁的抗裂性能和承载能力，广泛应用于梁式桥、拱式桥等。
3.复合材料：如碳纤维复合材料，具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，在一些特殊桥梁（如人行景观桥）的制造中开始尝试应用，未来有望进一步推广。
【解答】（1）首先看图像，找到压力 F = 5000N 对应的下垂量h。从图乙中可以看出，当 F= 5000N 时，下垂量 h = 10cm。再分析图像的规律，图像是一条过原点的直线，说明在材料、支撑柱间距等条件一定时，钢塑的下垂量与所受压力成正比。
（2）要探究下垂量与支撑柱间距的关系，根据控制变量法，需要保持压力不变，改变支撑柱的间距，然后测量对应的下垂量。若改变支撑柱间距后，测量得到的下垂量发生变化，就说明钢塑的下垂量与支撑柱的间距有关。
24．【答案】（1）6
（2）材料
（3）材料强度
（4）优化建议如选用强度更高的木条、增加桥梁模型厚度等（合理即可）。
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作；桥梁的受力；搭建人行浮桥
【解析】【分析】（1）根据木条成本及胶水成本来分析；
（2）根据用木条做主要原料进行测试桥梁的承受荷载的目的来分析；
（3）根据凤梨对桥梁的稳定性的影响来分析；
（4）从材料、结构方面来分析。
【解答】（1）木条成本为0.5元/根，用了8根，木条总成本为0.5×8=4元；胶水成本为2元/瓶，用了1瓶，胶水成本为2元；总材料成本为4+2=6元；
（2）实验中使用木条作为主要材料，测试得出桥梁模型能承受一定荷载，说明桥梁模型的强度与材料密切相关，同时制作工艺也会影响强度；
（3）用风扇模拟风力测试稳定性时，桥梁模型能保持稳定，结合材料和结构设计的影响，说明桥梁的稳定性不仅与结构设计有关，还与材料强度有关，材料强度足够才能在风力等作用下保持稳定；
（4）材料选择方面：可选用强度更高的木条，这样能让桥梁模型承受更大的荷载，因为强度高的材料本身能提供更好的支撑力；结构设计方面：增加桥梁模型的厚度，根据力学原理，厚度增加能提高结构的抗弯等性能，从而增强承载能力；也可以优化桥梁的连接方式，使各部分连接更牢固，减少因连接不牢导致的结构失效，提升稳定性。
25．【答案】科学、技术与工程相互依赖，相互促进。没有科学和技术的支撑，不可能完成浩大的工程。与此同时，工程实施过程中面临的各项困难和技术难关也对科学和技术提出了更高的要求，推动着科学技术不断发展。可以说，科学和技术进步支持工程的实施，工程的实施也推动着科学和技术不断发展。
【知识点】认识技术与工程；建筑结构的功能
【解析】【分析】科学为港珠澳大桥的建设提供了理论基础，技术是建设过程中的关键工具，工程则是将科学和技术综合应用来完成这个庞大跨海大桥建设的实践活动，三者相互关联、相互促进。
【解答】科学、技术与工程相互依赖，相互促进。没有科学和技术的支撑，不可能完成浩大的工程。与此同时，工程实施过程中面临的各项困难和技术难关也对科学和技术提出了更高的要求，推动着科学技术不断发展。可以说，科学和技术进步支持工程的实施，工程的实施也推动着科学和技术不断发展。
26．【答案】“水立方”的外围包裹着形似水泡的ETFE膜，既隔热又透光，既能利用太阳能来提高泳池水温和室温，又能利用自然光线解决白天的照明问题，起到节能的目的；ETFE膜具有防火功能；“水立方”与圆形的国家体育场(“鸟巢”)相互呼应，相得益彰，体现了“天圆地方”的中国传统文化思想.
【知识点】建筑结构及其分类；建筑结构的功能
【解析】【分析】（1）从绿色角度，涉及建筑材料的节能与环保特性。ETFE 膜既隔热又透光，能利用太阳能提高泳池水温和室温，利用自然光线解决白天照明问题，实现节能，符合绿色建筑理念中对能源节约的要求。
（2）从科技角度，涉及建筑材料的性能与结构设计。采用钢质构件构成的框架和 ETFE 膜材料，ETFE 膜还具有防火功能，体现了建筑在材料科技和结构科技上的应用，保障建筑的安全性与功能性。
（3）从人文角度，涉及建筑的文化内涵。“水立方” 与 “鸟巢” 相互呼应，体现 “天圆地方” 的中国传统文化思想，同时是由港澳台同胞、海外华侨华人捐资建设，蕴含人文情怀与文化传承。
【解答】绿色角度：“水立方” 外围的 ETFE 膜既隔热又透光，能利用太阳能提高泳池水温和室温，利用自然光线解决白天照明问题，达到节能目的，将绿色节能理念与建筑功能（泳池水温调节、照明）相结合。
科技角度：采用钢质构件构成的框架结构，外包 ETFE 膜材料，ETFE 膜具备防火功能，通过先进的材料科技和结构设计，保障了建筑的安全性与使用功能，实现科技与建筑功能的融合。
人文角度：“水立方” 与 “鸟巢” 建筑形态呼应，体现 “天圆地方” 的中国传统文化思想，且由港澳台同胞、海外华侨华人捐资建设，蕴含人文情怀，将人文文化内涵与建筑的纪念意义、文化价值功能相结合。
27．【答案】（1）漂浮在海面上的密封沉管，在灌水前受到的浮力：F浮＝G＝mg＝6×107kg×10N/kg＝6×108N
（2）沉管刚好浸没海水中时，排开海水的体积：V排＝V＝6.3×104m3，
受到的浮力：F浮＝ρgV＝1.0×103kg/m3×10N/kg×6.3×104m3＝6.3×108N，
由F浮＝G总＝G管+G水可得，注入海水的重力：G水＝F浮﹣G管＝6.3×108N﹣6×108N＝3×107N，
注入海水的质量：。
【知识点】二力平衡的条件及其应用；阿基米德原理；物体的浮沉条件及其应用；桥梁的受力
【解析】【分析】 （1）漂浮在海面上的密封沉管处于漂浮状态，受到的浮力和自身的重力相等；
（2）密封沉管上表面刚好水平浸没在海水中时排开海水的体积和自身的体积相等，根据阿基米德原理 F浮＝ρgV排 求出此时沉管受到的浮力。此时沉管处于悬浮状态，沉管和海水的重力之和等于受到的浮力，据此求出注入海水的重力，根据G=mg求出需注入海水的质量。
1 / 1【浙教版】科学八上第5章 建筑结构与工程 章末复习 拔高竞优卷
一、选择题（每题3分，共45分）
1．下列关于三角形结构的说法，错误的是（　　）
A．三角形结构具有稳定性
B．三角形结构在受到外力时，会把力均匀地分散到各个顶点
C．三角形结构比四边形结构更容易变形
D．自行车的车架利用了三角形的稳定性
【答案】C
【知识点】建筑结构及其分类；结构受力与形变
【解析】【分析】（1）三角形稳定性的概念：三角形具有稳定性，即其形状和大小在三边确定后不会改变，能承受外力而不易变形。
（2）三角形与四边形结构的变形性对比：四边形结构具有不稳定性，容易变形；而三角形结构因稳定性，比四边形结构更不易变形。
【解答】A、三角形结构具有稳定性，这是三角形的重要特性，该说法正确，故该选项正确。
B、三角形结构在受到外力时，会把力均匀地分散到各个顶点，从而增强结构的稳固性，该说法正确，故该选项正确。
C、三角形结构具有稳定性，不易变形；四边形结构容易变形，所以三角形结构比四边形结构更难变形，该说法错误，故该选项错误。
D、自行车的车架利用了三角形的稳定性，使车架稳固，不易变形，该说法正确，故该选项正确。
故答案为：C。
2．下列建筑的主体结构类型不同于其他三个的是 (　　)
A．桁架桥 B．北京鸟巢
C．水库大坝 D．埃菲尔铁塔
【答案】C
【知识点】建筑结构及其分类
【解析】【分析】 （1）实体结构：特点：能承受较大的压力；特征：几何外形简单，通常有杆（柱）、板、体之分，如：大坝、墙体、古城墙等。
（2）框架结构：特点：能承受垂直和水平荷载；特征：几何外形较为复杂，制作较为方便，节省用料，应用广泛，由梁、柱、杆、管等组成，支撑空间却不充满空间，如窗户、画框、房子的架构、建筑脚手架等。
（3）壳体结构：特点：壳体内空，受力合理，形态稳定：特征：几何形状有折线式（方形、多边形）的、圆弧的和拱形的，如贝壳、头盔、汽车飞机的外壳等。
【解答】根据图片可知，桁架桥、北京鸟巢和埃菲尔铁塔，都属于框架结构，只有水库大包围实体结构，故C正确，而ABD错误。
故选C。
3．桥梁的承重力是指桥梁在设计条件下能够安全承受的最大荷载，包括自身重量、车辆荷载、风载等静态与动态作用力。下列因素中，直接决定桥梁构件的受力极限、对桥梁的承重力起关键作用的是（　　）
A．材料的抗压、抗拉强度，如钢材的屈服强度或混凝土的抗压强度等
B．如析架、拱形、悬索等不同的力学结构类型
C．桥墩与地基的承载能力
D．焊接、浇筑的工艺精度、施工质量
【答案】A
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁的受力
【解析】【分析】桥梁的承重力涉及到多个方面的因素。材料的强度决定了其在受力时抵抗破坏的能力；力学结构类型影响着荷载的传递和分布方式；桥墩与地基是桥梁的基础，其承载能力关系到整个桥梁的稳定性；工艺精度和施工质量也会对桥梁的实际承载性能产生影响。
【解答】A、材料的抗压、抗拉强度，如钢材的屈服强度或混凝土的抗压强度等，材料本身的强度是决定桥梁能够承受多大荷载的基础。如果材料强度不足，即使结构设计合理，桥墩与地基承载能力足够，桥梁也无法承受较大的荷载，所以材料强度对桥梁的承重力起关键作用。
B、不同的力学结构类型，如析架、拱形、悬索等，主要影响的是荷载在桥梁结构中的传递路径和分布情况。结构类型是基于材料的特性来设计的，以更好地发挥材料的强度优势，但它不是直接决定桥梁承重力的关键因素，关键还是材料能承受多大的力。
C、桥墩与地基的承载能力，它们是支撑桥梁上部结构的基础。然而，如果桥梁自身的材料强度不够，即使桥墩与地基能承受很大的力，桥梁上部结构也可能先发生破坏，所以桥墩与地基的承载能力不是决定桥梁承重力的关键因素。
D、焊接、浇筑的工艺精度、施工质量，良好的工艺精度和施工质量能保证桥梁结构的完整性和可靠性，使材料和结构更好地发挥作用。但如果材料本身强度不足，再好的施工质量也无法大幅提高桥梁的承重力，所以它不是关键因素。
故答案为：A。
4．以下对纸桥抗弯能力的测试方式中，不合理的是(　　)
A． B．
C． D．
【答案】D
【知识点】结构受力与形变
【解析】【分析】要判断对纸桥抗弯曲能力测试方式是否合理，需明确抗弯曲能力主要是指纸桥抵抗因受力而发生弯曲变形甚至破坏的能力，测试时应模拟纸桥实际可能承受的、使它产生弯曲的力的作用情况
【解答】A、在纸桥下方悬挂重物，重物的重力会使纸桥产生向下的弯曲趋势，这种方式能有效测试纸桥的抗弯曲能力，是合理的。
B、在纸桥的两侧分别悬挂重物，两侧的重物会对纸桥产生向下的拉力，使纸桥有向下弯曲的趋势，能够测试纸桥的抗弯曲能力，是合理的。
C、将重物直接放在纸桥的上方，重物的压力会使纸桥产生向下的弯曲，能测试纸桥的抗弯曲能力，是合理的。
D、一侧悬挂重物，另一侧放置重物，这种受力情况比较复杂且不符合纸桥通常承受使自身弯曲的力的常规情形，不能很好地测试纸桥的抗弯曲能力，是不合理的。
故答案为：D。
5．结构能够承受一定的力，能够通过形变来抵抗力的作用。每个结构都需要承受一定大小的力的作用。下列说法中，正确的是（　　）
A．用相同的材料制作的不同形状的结构，能够承受力的大小相同
B．用不同的材料制作的形状相同的结构，能够承受力的大小相同
C．由于自身重力的原因，将钢材竖直放置时长度会一定程度缩短
D．横梁水平放置时承受竖直方向的力，横梁的下侧产生压缩形变
【答案】C
【知识点】建筑结构的功能；结构受力与形变
【解析】【分析】（1）结构的受力能力与结构的形状、材料等因素有关。不同形状的结构，其受力时的应力分布等不同，承受力的大小也会不同；不同材料的力学性能（如强度、刚度等）不同，即使形状相同，承受力的大小也不同。
（2）物体在自身重力作用下，会产生形变。钢材具有一定的弹性和塑性，竖直放置时，自身重力会使其受到压力，从而长度一定程度缩短。横梁水平放置承受竖直方向的力时，上侧产生压缩形变，下侧产生拉伸形变。
【解答】A、用相同材料制作的不同形状的结构，受力能力不同，能承受力的大小不同，故该选项错误。
B、用不同材料制作的形状相同的结构，由于材料力学性能不同，能承受力的大小不同，故该选项错误。
C、钢材自身有重力，竖直放置时会受到压力，长度会一定程度缩短，故该选项正确。
D、横梁水平放置承受竖直方向的力时，上侧产生压缩形变，下侧产生拉伸形变，故该选项错误。
故答案为：C。
6．小陈在“桥梁模型的制作与探究”的工程实践活动中，选用了如图所示的模型材料，这些材料最适合制作的桥梁模型是（　　）
A．斜拉桥模型
B．拱桥模型
C．桁架桥模型
D．悬索桥模型
【答案】C
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作
【解析】【分析】在桥梁模型制作中，不同类型的桥梁结构特点不同，对材料的要求和连接方式也不同。我们需要根据给定的模型材料特点来判断适合制作的桥梁模型。常见的桥梁类型有斜拉桥、拱桥、桁架桥、悬索桥等。斜拉桥主要靠斜拉索将主梁拉住；拱桥利用拱的承压特性；桁架桥由许多直杆通过节点连接组成；悬索桥主要靠悬索承受荷载。
【解答】A、斜拉桥主要依靠斜拉索，给定材料中未体现类似斜拉索的关键部件，A错误。
B、拱桥主要是拱形结构，材料中没有直接能构成典型拱形的部件，B错误。
C、桁架桥由直杆和节点连接组成，给定材料中有直杆 A、斜杆 B 以及多种接口，非常适合搭建桁架桥的结构，C正确。
D、悬索桥主要靠悬索，材料中没有类似悬索的部件，D错误。
故答案为：C。
7．世界上任何事物都存在结构，不同材料构成的结构其强度各不相同。下列材料最适合用于建造桥梁的支撑结构的是（　　）
A．木材 B．塑料 C．钢材 D．玻璃
【答案】C
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作
【解析】【分析】不同材料的强度（抵抗破坏的能力）不同，桥梁支撑结构需要承受较大的荷载，因此材料需具备较高的强度、韧性等力学性能。
【解答】A、木材的强度较低，且易受腐蚀、虫蛀等影响，无法承受桥梁支撑结构所需的大荷载，故该选项错误。
B、塑料的强度和刚度都很低，不能满足桥梁支撑结构的受力要求，故该选项错误。
C、钢材具有较高的强度、韧性和良好的力学性能，能够承受桥梁支撑结构的巨大荷载，故该选项正确。
D、玻璃质地脆，强度低，受外力易破碎，不适合用于建造桥梁的支撑结构，故该选项错误。
故答案为：C。
8．如图所示为常见的梁式桥结构示意图。下列有关梁式桥结构的认识，错误的是（　　）
A．梁式桥一般都由主梁、桥墩、桥台、基座等组成
B．采用桁架梁作为主要承重结构的桁架桥不属于梁式桥
C．桥墩和桥台都能够把主梁产生的向下的力传给下面的基座
D．结构简单的梁式桥，可把主梁直接架在两端的桥台上
【答案】B
【知识点】桥梁的组成与分类
【解析】【分析】梁式桥是一种常见的桥梁结构形式。梁式桥的基本组成部分包括主梁、桥墩、桥台和基座等。主梁是承受车辆等荷载的主要构件，桥墩和桥台用于支撑主梁，并将主梁上的力传递给基座。
【解答】A、梁式桥一般都由主梁、桥墩、桥台、基座等组成，这是梁式桥的基本构造，A正确。
B、桁架桥是以桁架梁作为主要承重结构的桥梁，它属于梁式桥的一种，B错误。
C、桥墩和桥台在桥梁结构中起到支撑主梁的作用，能够把主梁产生的向下的力传给下面的基座，C正确。
D、对于结构简单的梁式桥，可把主梁直接架在两端的桥台上，这种形式较为常见，D正确。
故答案为：B。
9．我们常见的桥梁、屋顶桁架等建筑，其主要结构类型是（　　）
A．实心结构 B．框架结构 C．壳体结构 D．混合结构
【答案】B
【知识点】建筑结构及其分类
【解析】【分析】（1）实心结构的特点：实心结构是指结构内部充满材料，整体较为厚重，主要靠自身的材料强度来承受荷载，常见于小型、简单的构件，如实心的石柱等，其材料利用率较低，不适用于桥梁、屋顶桁架这类需要大跨度、轻量化的建筑。
（2）框架结构的特点：框架结构由梁、柱等构件通过一定的连接方式组成，能有效分散荷载，具有较好的强度和稳定性，且材料利用率高，适合用于桥梁、屋顶桁架等需要跨越较大空间的建筑。
（3）壳体结构的特点：壳体结构是通过曲面形态来承受荷载，将外力分散到整个结构表面，常见于穹顶、薄壳建筑等，与桥梁、屋顶桁架的结构形式不同。
（4）混合结构的特点：混合结构是由两种或两种以上结构类型组合而成，而桥梁、屋顶桁架主要以框架结构为主，并非混合结构。
【解答】A、实心结构材料利用率低，不适用于桥梁、屋顶桁架这类建筑，故该选项错误。
B、框架结构由梁、柱等构件组成，能有效分散荷载，是桥梁、屋顶桁架等建筑的主要结构类型，故该选项正确。
C、壳体结构以曲面形态承受荷载，与桥梁、屋顶桁架的结构形式不符，故该选项错误。
D、混合结构是多种结构类型的组合，桥梁、屋顶桁架主要为框架结构，并非混合结构，故该选项错误。
故答案为：B。
10．如图所示为拱桥在拱顶受到竖直向下的压力时，拱的内部传递压力以及对基座作用力的示意图，其中正确的是 (　　)
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【知识点】桥梁的受力
【解析】【分析】 拱形承载重量时，能把压力向下和向外传递给相邻的部分，拱形各部分相互挤压结合得更加紧密。拱形受压会产生一个向外推的力，抵住了这个力，拱就能承载很大的重量。抵住拱足，能使拱的形状保持不变，拱就能承载更大的重量。圆顶形可以看成拱形的组合，它有拱形承载压力大的特点，而且不产生向外推的力。
【解答】 拱形承载重量时，能把压力向下和向外传递给相邻的部分。A中把压力向下和向外传递，故A正确，而BCD错误。
故选A。
11．房屋、桥梁、塔等各种建筑都有结构。关于结构一词，下列说法中不正确的是（　　）
A．结构指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列
B．结构存在于人类创造的各种事物中，而自然界中并不存在
C．不同的事物往往具有不同的结构
D．不同的结构具有不同的功能
【答案】B
【知识点】建筑结构及其分类；建筑结构的功能
【解析】【分析】结构是指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列。不同的事物往往具有不同的结构，而不同的结构又具有不同的功能。在我们的生活中，大到建筑，小到日常用品，都存在结构。
【解答】A、结构指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列，A正确。
B、结构不仅存在于人类创造的各种事物中，自然界中也广泛存在结构，比如雪花的六角形结构、蜂巢的六边形结构等，B错误。
C、不同的事物往往具有不同的结构，例如桥梁有梁桥、拱桥、斜拉桥等不同结构，C正确。
D、不同的结构具有不同的功能，比如三角形结构具有稳定性，常用于建筑的支撑部分，D正确。
故答案为：B。
12．如图所示为一座桥梁的施工方案示意图。下列分析中，不正确的是 （　　）
A．构件M 和构件 N均应具备良好的抗压性能
B．各主要构件都应该具备足够大的横截面积
C．设计中计算应力时应考虑各种可能的荷载
D．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响
【答案】A
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁的受力
【解析】【分析】（1）抗压性能是指材料或构件承受压力而不破坏的能力。在桥梁结构中，不同的构件受力情况不同，有的主要承受压力，有的主要承受拉力等。
（2）构件的横截面积会影响其强度和刚度，较大的横截面积通常能承受更大的力，但也需要考虑材料的合理利用等因素。
【解答】A、构件 M 主要承受压力，应具备良好的抗压性能；构件 N 主要承受拉力，应具备良好的抗拉性能，而不是抗压性能，故该选项错误。
B、各主要构件具备足够大的横截面积，能提高构件的强度和刚度，更好地承受外力，故该选项正确。
C、设计中计算应力时考虑各种可能的荷载，能使桥梁在实际使用中更安全可靠，避免因荷载考虑不全而出现问题，故该选项正确。
D、施工中擅自加长桥面，会改变桥梁的受力情况，可能使桥梁承受更大的荷载等，从而对桥梁产生不利影响，故该选项正确。
故答案为：A。
13．通常情况下，关于悬索桥结构受力变形形式的分析，下列说法中不正确的是(　　)
A．悬索的主要受力变形形式是受弯曲
B．桥墩的主要受力变形形式是受压
C．桥面的主要受力变形形式是受弯曲
D．悬索的主要受力变形形式是受拉
【答案】A
【知识点】桥梁的受力
【解析】【分析】 构件的基本受力形式有：拉力：物体所承受的拉拽力；压力：挤压物体的力；剪切力：两个距离很近，大小相等，方向相反，且作用于同一物体上的平行的力；弯曲力：作用于物体，使它产生弯曲的力；扭转力：反方向向物体两端均匀施力，使物体发生扭转形变的力。
【解答】 悬索的主要受力变形形式是受拉，而不是受弯曲。悬索桥的悬索通过两端的锚碇固定，承受来自桥面的竖向荷载，将荷载传递到锚碇，主要承受拉力，以保持结构的平衡。
故选A。
14．如图所示为四种木质桥梁设计模型，下列说法中，正确的是(　　)
A．方案④的结构强度比方案②高
B．方案②的结构强度比方案④高
C．方案①②中的桥板底部用支撑杆加固，不会发生弯曲形变
D．方案③④桥板的主要受力形式是受拉
【答案】B
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作；桥梁的受力
【解析】【分析】由图可知，③④桥板受到的压力较大，受力形式时受压。
【解答】AB、根据结构的强度和稳定性的定义可以得到方案①和方案②的稳定性及强度均大于方案③④，故A错误，B正确；
C、方案①②中的桥板底部用支撑杆加固，但由于材料是木质的，所以时间久了也会发生弯曲形变，故C错误；
D、方案③④中桥板的主要受力形式是受压，故D错误。
故答案为：B。
15．小明家附近要建一个水库，他构思了四种混凝土拦水坝方案，方案中圆圈的大小表示钢筋的粗细，虚线表示水。混凝土抗压强度远大于抗拉强度，钢筋抗拉强度大于抗压强度。从结构强度的角度分析，下列方案中，合理的是（　　）
A． B． C． D．
【答案】C
【知识点】建筑结构的功能
【解析】【分析】 对水坝以及内部钢筋进行设计，需要考虑水坝整体的受力情况来使水坝的强度达到最高。
【解答】如图选项为拱坝，为了将上游水带来的压力通过水坝结构传递给两岸以及坝地沿基，水坝需要将凸起的一面朝向上游位置；由于上游水压会将压力施加在迎水面上，背水面受到拉力，因此应该将粗钢筋置于背水面，细钢筋置于迎水面；
故选C。
二、填空题（每空3分，共50分）
16．结构是指组成事物的各个部分之间的　 　和　 　。结构普遍存在于自然界和人类创造的各种事物中，不同的事物往往具有不同的结构，不同的结构具有不同的　 　。
【答案】有序搭配；空间排列；功能
【知识点】建筑结构及其分类
【解析】【分析】（1）结构的组成关系：结构是指组成事物的各个部分之间的有序搭配，这种有序搭配使得各部分之间形成合理的连接和组合，是结构的基本构成方式。
（2）结构的空间布局：结构还涉及各个部分之间的空间排列，不同的空间排列方式会使结构呈现出不同的形态，影响其整体性能。
（3）结构与功能的关系：不同的事物往往具有不同的结构，而不同的结构具有不同的功能，结构的设计和组成方式决定了其能实现的功能，如三角形结构具有稳定性，可用于建筑承重等。
【解答】结构是指组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列。结构普遍存在于自然界和人类创造的各种事物中，不同的事物往往具有不同的结构，不同的结构具有不同的功能。
17．建筑工程能够很好地体现　 　的关系。建筑结构的分类多种多样。依据受力情况，建筑结构一般可以分为　 　、　 　和　 　等。
【答案】结构与功能；框架结构；壳体结构；实体结构
【知识点】建筑结构及其分类
【解析】【分析】（1）结构与功能的关系：建筑工程中，结构的设计是为了实现特定的功能，不同的功能需求会对应不同的结构设计，很好地体现了结构与功能的关系，即结构是功能的载体，功能决定结构的形式。
（2）框架结构的特点：框架结构由梁、柱等构件通过连接组成，能有效分散荷载，适用于多层建筑、桥梁等，通过构件的组合实现承重和空间划分的功能。
（3）壳体结构的特点：壳体结构通过曲面形态承受荷载，将外力均匀分散到结构表面，具有良好的承重能力和空间利用效率，如大型场馆的屋顶等建筑利用其实现大跨度、美观的功能。
（4）实体结构的特点：实体结构内部充满材料，靠自身的材料强度承受荷载，常见于厚重的墙体、堤坝等，通过材料的自身强度实现承重功能。
【解答】建筑工程能够很好地体现结构与功能的关系，结构为功能服务，功能决定结构的设计。建筑结构的分类多种多样，依据受力情况，建筑结构一般可以分为框架结构、壳体结构和实体结构等。框架结构由梁、柱构件组成，分散荷载；壳体结构以曲面分散外力；实体结构靠自身材料强度承重，它们各自通过不同的结构形式实现相应的建筑功能。
18．建筑结构受力与形变。
（1）建筑构件受力时发生形变的类型：　 　、　 　、　 　等。
（2）构件形变的作用：构件通过　 　来抵抗力的作用。三种典型构件受力与形变的特点。
横梁 横梁呈水平放置，承受竖直方向的力的作用时，发生的形变是弯曲，横梁弯曲时有些部位被压缩，有些部位被拉伸
三角形桁架 三角形桁架结构是由杆件连接成三角形的一种空间结构。三角形桁架受力时，构成三角形三条边的杆件有的被压缩，有的被拉伸
弧形拱 弧形拱构件的顶部受到向下的压力时，拱的各个部分都被压缩
【答案】（1）拉伸；压缩；弯曲
（2）形变
【知识点】建筑结构及其分类；建筑结构的功能
【解析】【分析】（1）建筑构件受力形变类型：建筑构件在受到力的作用时，会发生不同类型的形变，常见的有拉伸形变（构件受到拉力，长度发生伸长的形变）、压缩形变（构件受到压力，长度发生缩短的形变）、弯曲形变（构件受到使其弯曲的力，发生弯曲的形变）等。
（2）构件形变的作用：构件通过发生形变来抵抗外力的作用，不同的构件在受力时，形变特点不同，从而起到承受和传递力的效果。
【解答】（1）建筑构件受力时发生形变的类型有拉伸、压缩、弯曲等。
（2）构件通过形变来抵抗力的作用。
19．国家大剧院如图所示，它的整个壳体钢结构重达6475吨，东西向 长轴跨度212.2米，是目前世界上最大的穹顶。 为什么能建起如此宏伟的建筑，秘密就在于其 外形结构：壳体结构。从外观看，蛋壳、蚌壳这 些壳体结构有的像半球形，有的成拱形，有的像 圆球形，有的像不规则但非常美丽的弧形。尽 管它们形态各异，却有着共同的力学特征：壳体 结构在受到外力作用时，能够把力均匀分散在 壳体的各个部分，使壳体单位面积上受到的力 并不大，更为重要的是，在壳体上不存在作用力集中于一个地方的情况。
（1）下列著名建筑中没有利用壳体结构的是（　　）
A．悉尼歌剧院
B．金字塔
C．赵州桥
D．北京大兴 国际机场
（2）鸡蛋握在手中不易损坏是因为____ .
A．鸡蛋壳很厚 B．鸡蛋壳的硬度很大
C．鸡蛋壳内部是空心的 D．鸡蛋壳属于壳体结构
（3）站立在地面上，人的脚能够承载较大的重 量，主要是因为____ o
A．脚骨骼的数量多 B．脚部的肌肉发达
C．脚骨骼组成拱形结构 D．脚骨骼比钢铁还要坚硬
（4）下列对壳体结构受力示意图分析正确的是(　　)
A． B．
C． D．
【答案】（1）B
（2）D
（3）C
（4）C
【知识点】建筑结构及其分类；建筑结构的功能；结构受力与形变
【解析】【分析】（1）壳体结构的特点：壳体内空，受力合理，形态稳定：特 征：几何形状有折线式（方形、多边形）的、圆弧的和拱形的，如贝壳、头盔、汽车、飞机的外壳等。
（2）鸡蛋壳属于壳体结构，握在手中不易损坏，据此分析。
（3）壳体结构能把力均匀分散在壳体的各个部分，使壳体单位面积上受到的力并不大的特点。
（4） 壳体结构的特点：壳体内空，受力合理，形态稳定：特 征：几何形状有折线式（方形、多边形）的、圆弧的和 拱形的，如贝壳、头盔、汽车、飞机的外壳等。从力学 的形态上分类，该课桌椅的主体结构属于框架结构。
【解答】（1）悉尼歌剧院顶部、赵州桥拱形造型、北京大兴国际机场顶部利用了壳体结构，金字塔属于棱锥结构，是由多个三角形面组成的锥体，力主要通过棱边和底面传递，没有利用壳体结构那种曲面分散力的特点。
故答案为：B。
（2） 根据文中对壳体结构的描述，壳体结构在受到外力作用时，能把力均匀分散在各个部分，不存在作用力集中于一个地方的情况。鸡蛋壳属于壳体结构，所以握在手中时，外力能被均匀分散，不易挤坏，而不是因为蛋壳厚、硬度大或者内部空心；
故答案为：D。
（3） A、脚骨数量多不是能承受较大重量的主要原因，数量多不一定意味着受力合理、能分散力，A不符合题意。
B、脚部肌肉发达是辅助支撑的因素，但不是核心的结构力学原因，B不符合题意。
C、脚骨能组成类似壳体的结构，就像材料中提到的壳体结构一样，能把身体的重量均匀分散在脚骨的各个部分，使脚骨单位面积承受的力不大，从而能承受较大重量，C符合题意。
D、脚骨比钢铁坚硬不符合实际，且坚硬程度不是能承受较大重量的关键结构原因，关键是受力的分散，D不符合题意。
故答案为：C。
（4） 壳体结构在受到外力作用时，能够把力均匀分散在壳体的各个部分。
故答案为：C。
20．影响结构强度和稳定性的因素有：材料的　 　、结构的　 　、构件的　 　和连接方式等。
【答案】种类；形状；连接方式 (顺序可互换)
【知识点】建筑结构及其分类
【解析】【分析】（1）材料种类对结构强度和稳定性的影响：不同种类的材料，其物理性能（如硬度、韧性、密度等）不同，会直接影响结构的强度和稳定性。例如，钢材制作的结构强度远大于木材制作的同形状结构。
（2）结构形状对结构强度和稳定性的影响：结构的形状设计合理与否，会极大影响其强度和稳定性。比如三角形结构因具有稳定性，强度和稳定性优于四边形结构；拱形结构能将压力分散，也具有较好的强度和稳定性。
（3）构件连接方式对结构强度和稳定性的影响：构件之间的连接方式（如焊接、铆接、螺栓连接等）不同，结构的整体强度和稳定性也不同。连接牢固、紧密的方式能使结构更好地承受外力，增强强度和稳定性。
【解答】影响结构强度和稳定性的因素有：材料的种类，不同种类的材料性能不同，对结构强度和稳定性影响不同；结构的形状，合理的形状（如三角形、拱形等）能提升结构的强度和稳定性；构件的连接方式，牢固的连接方式可增强结构的整体强度和稳定性。
三、实验与探究题（共4题，共42分）
21．阅读下面的资料，回答问题。
资料一：泸定桥(又名大渡桥)，是我国四川省的一座跨大渡河铁索桥，建造于康熙年间，历史悠久，如图所示。铁索桥全长103.67m，由13根铁索组成。13根铁索横跨整座大桥，每根铁链都有碗口般大小，这些铁链总共由12164个铁环连接而成，每一根铁索上都需要900多个铁环，总重量一共达到了惊人的40t。桥上的铁链都被固定在河的两边，河岸上有专门的铁链和固定使用的石堆。即使是在水位暴涨的雨季，泸定桥上的铁链也不会被泡在水里。所以铁链所面对的自然侵蚀，就只有风吹日晒了。有人问：“这桥为什么这么耐用 直到今天还能够使用，上面的铁链难道不会生锈吗 ”
资料二：根据有关部门所发布的数据，2023年，印度钢铁产量是1.4亿吨，日本的钢铁产量是8700万吨，我国的钢铁产量达到了惊人的10.2亿吨。但全世界每年生产的钢铁近三分之一会由于生锈而损失。
请从科学、技术和工程三个不同的角度提出三个相关问题。
（1）科学角度，你的问题是　 　
（2）技术角度，你的问题是　 　
（3）工程角度，你的问题是　 　
【答案】（1）为什么铁会生锈
（2）采用什么方法能使桥的铁索不生锈(或如何将铁索架到大渡河两岸 如何冶炼出质量合格的索桥用的铁材料 如何将单个铁环连接成铁索 合理即可)
（3）每根铁索的长度是多少
【知识点】工程方案设计；建筑结构的功能
【解析】【分析】（1） 科学主要是对自然现象、规律等进行探索和发现，其核心就是发现 ；
（2） 技术的核心是发明，是创造新的方法、手段、产品等；
（3） 工程问题通常涉及到对具体实物或系统的设计、建造、优化等方面。
【解答】（1）科学角度，我的问题是：为什么铁会生锈；
（2）技术角度，我的问题是：采用什么方法能使桥的铁索不生锈(或如何将铁索架到大渡河两岸 如何冶炼出质量合格的索桥用的铁材料 如何将单个铁环连接成铁索 合理即可)
（3）工程角度，我的问题是：每根铁索的长度是多少.
22．如图所示为某校学生设计制作的桥梁模型，现要求测试该模型的稳定性和强度，提供不同质量的砝码若干，请设计简易试验方案，并回答下列问题：
（1）进行模型的稳定性试验，确定模型不发生翻转时所能承受的最大载荷(在给定的示意图上表示试验方法，用文字说明主要步骤)。
（2）如果要提高模型的稳定性，可以采取的措施是____(多选，填字母)。
A．缩短桥梁两端伸出部分的长度 B．增大桥梁两端伸出部分的长度
C．两端增加桥墩 D．减小桥面宽度
（3）如果要提高模型中部的强度，可以采取的措施是____(多选，填字母)。
A．增加桥面木板的厚度 B．增大桥墩之间的距离
C．降低桥的高度 D．选用高强度的材料
【答案】（1）将桥梁模型放置在平整的桌面上，如解图所示，在桥梁的右侧最远端逐渐挂砝码，直到桥梁模型发生翻转，桥梁模型的最大荷载为去掉最后一个砝码的质量。
（2）A；C
（3）A；D
【知识点】桥梁模型的制作
【解析】【分析】结构稳定性试验要找到桥梁模型最不稳定的位置挂重物，翻到前一次重物的重量即是桥梁模型稳定的最大荷载。
【解答】 （1）试验对象是桥梁模型，试验目的是确定模型不发生翻转时所能承受的最大荷载．故应找到试验对象最不稳定的位置挂重物，逐步增加重物直到桥梁翻倒．
（2）提高稳定性的方法有：降低重心、增大支撑面（重心的垂线落在支撑面内）、改变结构形状．减小桥面的宽度将会降低桥梁的使用功能，故排除．增大桥梁两端伸出部分的长度会使桥梁的重心外移，重心的垂线不在支撑面内桥梁即翻到。
故选AC。
（3）提高强度的方法有：改变材料、改变连接方式、改变结构形状．增大桥墩之间的距离会使中部承受更大的压力，更容易弯曲形变，故B错误；降低桥的高度是降低重心，对桥梁中部强度提高没有帮助，故C错误。
故选AD。
23．桥梁建设时需要考虑钢梁的“下垂量”。如图甲所示，钢梁向下弯曲偏离水平位置的距离h叫下垂量。某同学通过分析桥梁结构作出如下两个猜想：①钢梁的下垂量h可能与钢梁所受到的压力F有关；②钢梁的下垂量h可能与两个支撑柱的间距s有关，于是进行了如下实验。
他将两个砖块作为支撑柱，把一块塑料板平铺放在两个支撑柱上作为钢梁，在塑料板中央施加一定的压力，用刻度尺测得此时塑料板的下垂量为h。
（1）图乙是该同学探究“钢梁的下垂量h与钢梁所受的压力F的关系”时画出的下垂量h与所受压力F关系的图像。根据图像可知，当压力为5000N时，下垂量是 　 　 cm，根据图像可得结论：　 　 。
（2）为了探究下垂量与支撑柱间距的关系，接下来应进行的操作是 　 　 。若 　 　 ，则说明钢梁的下垂量与支撑柱的间距有关。
【答案】（1）10；在材料、支撑柱间距等条件一定时，钢塑的下垂量与所受压力成正比
（2）保持压力不变，改变支撑柱的间距；改变支撑柱间距后，下垂量发生变化。
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作；桥梁的受力；搭建人行浮桥
【解析】【分析】桥梁的结构类型：
1.梁式桥：以梁为主要承重结构，常见的有简支梁桥、连续梁桥等。简支梁桥的梁体两端分别支撑在桥墩或桥台，结构简单；连续梁桥的梁体连续跨越多个桥墩，受力更合理，行车更平稳。
2.拱式桥：利用拱的抗压性能来承重，拱脚处会产生水平推力。如石拱桥，历史悠久，造型美观；现代的钢筋混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥，跨度更大，能适应更复杂的地形。
3.悬索桥：通过主缆、吊索将桥面荷载传递到桥塔和锚碇。主缆是主要承重构件，具有跨度大的特点，像我国的港珠澳大桥青州航道桥就采用了悬索桥结构，能满足大跨度通航需求。
4.斜拉桥：由塔柱、斜拉索和主梁组成，斜拉索直接将主梁的荷载传递到塔柱。斜拉桥造型优美，跨越能力较强，例如上海的南浦大桥。
桥梁的制造材料：
1.钢材：常用于大跨度桥梁，如悬索桥、斜拉桥的主缆、塔柱、钢梁等。钢材强度高、韧性好，能承受较大的荷载和变形。
2.混凝土：包括普通钢筋混凝土和预应力混凝土。预应力混凝土通过预先施加应力，可有效提高桥梁的抗裂性能和承载能力，广泛应用于梁式桥、拱式桥等。
3.复合材料：如碳纤维复合材料，具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，在一些特殊桥梁（如人行景观桥）的制造中开始尝试应用，未来有望进一步推广。
【解答】（1）首先看图像，找到压力 F = 5000N 对应的下垂量h。从图乙中可以看出，当 F= 5000N 时，下垂量 h = 10cm。再分析图像的规律，图像是一条过原点的直线，说明在材料、支撑柱间距等条件一定时，钢塑的下垂量与所受压力成正比。
（2）要探究下垂量与支撑柱间距的关系，根据控制变量法，需要保持压力不变，改变支撑柱的间距，然后测量对应的下垂量。若改变支撑柱间距后，测量得到的下垂量发生变化，就说明钢塑的下垂量与支撑柱的间距有关。
24．在科学课上，同学们设计并制作了一个小型桥梁模型，用于探究桥梁的结构稳定性、强度和成本效益。以下是实验过程和相关问题：
实验背景：同学们选择制作一个简单的梁式桥模型，使用木条和胶水作为主要材料。桥梁模型的跨度为40厘米，宽度为5厘米。实验目标是测试桥梁模型的承载能力和稳定性，并分析材料成本。
实验过程：
设计与制作：同学们根据设计图纸制作了桥梁模型，确保结构对称且连接牢固。
材料成本：木条成本为0.5元/根，共使用了8根；胶水成本为2元/瓶，共使用了1瓶。
测试：在桥梁模型的中心位置逐渐增加重量，记录模型能够承受的最大荷载。同时，用风扇模拟风力，观察桥梁的稳定性。
（1）材料成本计算：桥梁模型的总材料成本为木条成本和胶水成本之和。木条成本为0.5元/根，共使用了8根；胶水成本为2元/瓶，共使用了1瓶。因此，桥梁模型的总材料成本为 　 　 元。
（2）荷载测试结果：在测试过程中，桥梁模型在中心位置能够承受的最大荷载为3千克。这说明桥梁模型的强度与 　 　 （填“材料”或“跨度”）密切相关，同时也受到制作工艺的影响。
（3）稳定性测试：当用风扇模拟风力时，桥梁模型在一定风力下能够保持稳定。这说明桥梁的稳定性不仅与结构设计有关，还与 　 　 （填“材料重量”或“材料强度”）有关。
（4）优化建议：根据实验结果，提出至少两条优化桥梁模型的建议，以提高其承载能力和稳定性。请结合材料选择、结构设计等方面进行分析。
【答案】（1）6
（2）材料
（3）材料强度
（4）优化建议如选用强度更高的木条、增加桥梁模型厚度等（合理即可）。
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作；桥梁的受力；搭建人行浮桥
【解析】【分析】（1）根据木条成本及胶水成本来分析；
（2）根据用木条做主要原料进行测试桥梁的承受荷载的目的来分析；
（3）根据凤梨对桥梁的稳定性的影响来分析；
（4）从材料、结构方面来分析。
【解答】（1）木条成本为0.5元/根，用了8根，木条总成本为0.5×8=4元；胶水成本为2元/瓶，用了1瓶，胶水成本为2元；总材料成本为4+2=6元；
（2）实验中使用木条作为主要材料，测试得出桥梁模型能承受一定荷载，说明桥梁模型的强度与材料密切相关，同时制作工艺也会影响强度；
（3）用风扇模拟风力测试稳定性时，桥梁模型能保持稳定，结合材料和结构设计的影响，说明桥梁的稳定性不仅与结构设计有关，还与材料强度有关，材料强度足够才能在风力等作用下保持稳定；
（4）材料选择方面：可选用强度更高的木条，这样能让桥梁模型承受更大的荷载，因为强度高的材料本身能提供更好的支撑力；结构设计方面：增加桥梁模型的厚度，根据力学原理，厚度增加能提高结构的抗弯等性能，从而增强承载能力；也可以优化桥梁的连接方式，使各部分连接更牢固，减少因连接不牢导致的结构失效，提升稳定性。
四、综合题（共3题，共23分）
25． 如图所示为集桥、岛、隧道于一体的世界最长跨海大桥——港珠澳大桥，它位于我国广东省珠江口伶仃洋海域内。港珠澳大桥桥梁焊接的技术标准高，中铁山桥集团便研发了世界上规模最大、精度最高的机器人焊接系统。它能抵挡里氏8级地震和16级台风。根据上述事实，说明科学、技术与工程的关系。
【答案】科学、技术与工程相互依赖，相互促进。没有科学和技术的支撑，不可能完成浩大的工程。与此同时，工程实施过程中面临的各项困难和技术难关也对科学和技术提出了更高的要求，推动着科学技术不断发展。可以说，科学和技术进步支持工程的实施，工程的实施也推动着科学和技术不断发展。
【知识点】认识技术与工程；建筑结构的功能
【解析】【分析】科学为港珠澳大桥的建设提供了理论基础，技术是建设过程中的关键工具，工程则是将科学和技术综合应用来完成这个庞大跨海大桥建设的实践活动，三者相互关联、相互促进。
【解答】科学、技术与工程相互依赖，相互促进。没有科学和技术的支撑，不可能完成浩大的工程。与此同时，工程实施过程中面临的各项困难和技术难关也对科学和技术提出了更高的要求，推动着科学技术不断发展。可以说，科学和技术进步支持工程的实施，工程的实施也推动着科学和技术不断发展。
26．国家游泳中心，又名“水立方”“冰立方”，位于北京市朝阳区北京奥林匹克公园内，“水立方”的墙面与屋顶采用3万多个钢质构件构成的框架，外围包裹着形似水泡的ETFE膜。于2008年1月正式竣工，2020年11月27日，国家游泳中心冬奥会冰壶场馆改造工程通过完工验收，“水立方”变身为“冰立方”。国家游泳中心是2008年北京奥运会的精品场馆和2022年北京冬奥会的经典改造场馆，也是唯一一座由港澳台同胞、海外华侨华人捐资建设的奥运场馆，曾被评为“中国十大新建筑奇迹”。试从“绿色、科技、人文”的角度说明其建筑理念与功能是如何相结合的。
【答案】“水立方”的外围包裹着形似水泡的ETFE膜，既隔热又透光，既能利用太阳能来提高泳池水温和室温，又能利用自然光线解决白天的照明问题，起到节能的目的；ETFE膜具有防火功能；“水立方”与圆形的国家体育场(“鸟巢”)相互呼应，相得益彰，体现了“天圆地方”的中国传统文化思想.
【知识点】建筑结构及其分类；建筑结构的功能
【解析】【分析】（1）从绿色角度，涉及建筑材料的节能与环保特性。ETFE 膜既隔热又透光，能利用太阳能提高泳池水温和室温，利用自然光线解决白天照明问题，实现节能，符合绿色建筑理念中对能源节约的要求。
（2）从科技角度，涉及建筑材料的性能与结构设计。采用钢质构件构成的框架和 ETFE 膜材料，ETFE 膜还具有防火功能，体现了建筑在材料科技和结构科技上的应用，保障建筑的安全性与功能性。
（3）从人文角度，涉及建筑的文化内涵。“水立方” 与 “鸟巢” 相互呼应，体现 “天圆地方” 的中国传统文化思想，同时是由港澳台同胞、海外华侨华人捐资建设，蕴含人文情怀与文化传承。
【解答】绿色角度：“水立方” 外围的 ETFE 膜既隔热又透光，能利用太阳能提高泳池水温和室温，利用自然光线解决白天照明问题，达到节能目的，将绿色节能理念与建筑功能（泳池水温调节、照明）相结合。
科技角度：采用钢质构件构成的框架结构，外包 ETFE 膜材料，ETFE 膜具备防火功能，通过先进的材料科技和结构设计，保障了建筑的安全性与使用功能，实现科技与建筑功能的融合。
人文角度：“水立方” 与 “鸟巢” 建筑形态呼应，体现 “天圆地方” 的中国传统文化思想，且由港澳台同胞、海外华侨华人捐资建设，蕴含人文情怀，将人文文化内涵与建筑的纪念意义、文化价值功能相结合。
27．（2024八上·龙湾期中）港珠澳大桥由桥梁和海底隧道组成，隧道由一节一节用钢筋混凝土做成的空心沉管连接而成，如图所示。建造隧道时，先将沉管两端密封，如同一个巨大的长方体空心箱子，然后让其漂浮在海面上，再用船将密封沉管拖到预定海面上，向其内部灌水使之沉入海底。若每一节密封长方形沉管的体积为6.3×104m3，总质量为6×107kg（海水密度取1.0×103kg/m3，g取10N/kg）。请回答：
（1）漂浮在海面上的一节密封沉管，受到海水对它的浮力为多大？
（2）要使密封沉管上表面刚好水平浸没在海水中，则需注入多少千克的海水？
【答案】（1）漂浮在海面上的密封沉管，在灌水前受到的浮力：F浮＝G＝mg＝6×107kg×10N/kg＝6×108N
（2）沉管刚好浸没海水中时，排开海水的体积：V排＝V＝6.3×104m3，
受到的浮力：F浮＝ρgV＝1.0×103kg/m3×10N/kg×6.3×104m3＝6.3×108N，
由F浮＝G总＝G管+G水可得，注入海水的重力：G水＝F浮﹣G管＝6.3×108N﹣6×108N＝3×107N，
注入海水的质量：。
【知识点】二力平衡的条件及其应用；阿基米德原理；物体的浮沉条件及其应用；桥梁的受力
【解析】【分析】 （1）漂浮在海面上的密封沉管处于漂浮状态，受到的浮力和自身的重力相等；
（2）密封沉管上表面刚好水平浸没在海水中时排开海水的体积和自身的体积相等，根据阿基米德原理 F浮＝ρgV排 求出此时沉管受到的浮力。此时沉管处于悬浮状态，沉管和海水的重力之和等于受到的浮力，据此求出注入海水的重力，根据G=mg求出需注入海水的质量。
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