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【核心素养】浙教版（2024版）八年级科学上册·分层练习
5.1 建筑结构与功能
科学观念：了解建筑结构的一般分类，并能说出它们在生活中的应用实例，知道建筑结构与功能相适应，并能根据生活实例进行说明。
科学思维：能够建立模型分析作用在结构上的力，从而确结构的稳固性与可靠性，理解科学原理应用于技术，发展科学思维。
探究实践：通过探索活动获取结构受力发生形变，以及结构稳定性与形状的关系。
态度责任：培养科学原理应用于技术的思想，激发学习科学的兴趣。
1．下列建筑结构中，其基本 结构分类不正确的是（　　）
A．壳体结构：悉尼歌剧院顶部
B．框架结构：国家体育场
C．实体结构：新安江水电站
D．壳体结构：国家游泳中心
【答案】D
【分析】根据建筑结构的基本结构分类及其特点来分析。
【解答】解：国家游泳中心（水立方）的结构是薄膜结构（也可称为充气膜结构、空间网架与膜结构结合等），并非壳体结构。壳体结构通常是具有曲面外形、能承受荷载的空间结构，如悉尼歌剧院顶部（A选项，属于壳体结构，分类正确）；国家体育场（鸟巢）属于框架结构（B选项，分类正确）；新安江水电站的大坝等部分属于实体结构（C选项，分类正确）。
故选：D。
【点评】掌握建筑结构的基本结构分类及其特点即可解答本题。
2．如图所示三脚凳，若凳脚粗细、支例5撑面形状面积都相同，从稳定性角度考虑，其中最合理的是（　　）
A． B． C． D．
【答案】D
【分析】物体的稳定性取决于重心高度和支撑面大小：重心越低、支撑面越大，稳定性越强。对于三脚凳，支撑脚与地面接触点形成的三角形是关键支撑面，同时凳面和支撑脚的结构要能让整体重心尽可能低且在支撑面范围内，据以上分析解答。
【解答】解：A．支撑脚相对集中，形成的支撑面较小，且从形状看，重心相对偏高，稳定性较差，故A错误；B．支撑脚数量不足（图中显示类似单脚或双脚为主的支撑，不符合“三脚”稳定的三角形支撑逻辑），支撑面极小，稳定性很差，故B错误；
C．支撑脚分布和角度使得支撑面形状不规则且范围有限，重心也不易处于较低且在支撑面中心的位置，稳定性不佳，故C错误；
D．支撑脚形成的三角形支撑面相对合理，能较好地分散重量，使重心处于较低且在支撑面范围内的位置，从稳定性角度看最为合理，故D正确；
故选：D。
【点评】要判断三脚凳的稳定性，需从支撑结构的几何特性（主要是支撑脚形成的三角形的形状、支撑脚与凳面的连接方式等对重心和支撑面的影响）来分析，这是解答本题的关键。
3．下列建筑中属于壳体结构的是（　　）
A．钱塘江大桥 B．埃及金字塔
C．国家大剧院屋顶 D．古城墙
【答案】C
【分析】壳体结构由曲面薄板组成，承力均匀分散，据此分析。
【解答】解：A．钱塘江大桥属于框架结构，主要由梁、柱等构件组成，不是壳体结构；故A错误；
B．埃及金字塔属于实体结构，是实心的砖石结构，并非壳体结构；故B错误；
C．国家大剧院屋顶是典型的壳体结构，壳体结构具有曲面形态，能有效分散外力，符合其特点；故C正确；
D．古城墙属于实体结构，是实心的墙体结构，不属于壳体结构，故D错误；
故选：C。
【点评】掌握常见结构的特点即可解答本题。
4．框架结构的组成构件通常是（　　）
A．柔性绳索 B．刚性杆件（梁和柱）
C．多层薄板 D．实心混凝土块
【答案】B
【分析】根据框架结构的组成构件的特性来分析。
【解答】解：框架结构是由梁和柱通过节点连接而成的结构体系，梁和柱都属于刚性杆件，能够承受弯矩、剪力和轴力等，从而实现对建筑的支撑和荷载传递。柔性绳索（A选项）一般用于索结构等，不适合作为框架结构的主要组成构件；多层薄板（C选项）更多用于板材结构相关，不是框架结构的典型构件；实心混凝土块（D选项）通常作为填充、配重等，也不是框架结构的组成构件。
故选：B。
【点评】了解框架结构的组成构件的特性即可解答本题。
5．下列做法中不能增加我们建造的高塔的稳定性的是（　　）
A．在高塔上使用三角形框架结构
B．给高塔搭建一个小一些的顶部
C．给高塔搭建一个大一些的底座
D．增加高塔上部的体积
【答案】D
【分析】框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。
【解答】A.三角形框架具有稳定性的特点，在高塔上使用三角形框架可以增加高塔的稳定性，故A不符合题意；
B.给高塔搭建一个小一些的顶部体积和重量，符合“上小下大、上轻下重”稳固特点，有利于提高高塔的稳定性，故B不符合题意；
C.给高塔建一个大一些的底座，增加底部支撑面积和重量，可以增加高塔的稳定性，故C不符合题意；
D.稳定的高塔一般具有：上小下大、上轻下重的特点，增加高塔上部的体积不能提高高塔的稳定性，故D符合题意。
故选：D。
6．如图是温州世纪广场上标志性建筑，划圈部分建筑的结构类型包括（　　）
A．实体结构、框架结构 B．框架结构、壳体结构
C．实体结构、壳体结构 D．框架结构
【答案】B
【分析】（1）实体结构的特点：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）框架结构的特点：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。
【解答】解：观察图片，建筑的主体支撑部分呈现出梁、柱等构件组成的框架样式，属于框架结构；而局部（如放大的弧形部分）具有曲面形态，符合壳体结构的特点。
故选：B。
【点评】这是初中科学考试常见的题型，平时要加强练习，掌握答题技巧。
7．如图所示，为解决好学生 午休问题，学校购置了一批“秒变”躺椅的课桌椅，从力学的形态上分类，该课桌椅的主体结构属于（　　）
A．框架结构 B．绳索结构 C．壳体结构 D．实体结构
【答案】A
【分析】根据框架结构、绳索结构、壳体结构、实体结构的特点并结合课桌椅的主体结构的特点来分析。
【解答】解：框架结构是由梁、柱等构件通过一定的连接方式组成的结构，能够支撑和传递荷载。从图中课桌椅的主体结构来看，是由多个杆件等组成的类似框架的结构，符合框架结构的特点。而绳索结构主要依靠绳索受力；壳体结构通常是曲面形的薄壁结构；实体结构是实心的结构，课桌椅主体结构不符合后三者的特点，所以属于框架结构；
故选：A。
【点评】掌握常见结构的特点是解答本题的关键。
8．下列关于塔台设计说法正确的是（　　）
A．框架结构非常浪费材料
B．使用三角形结构的主要目的是抗风
C．控制好立柱的高度，尽量等高，可以防止塔台倾斜
D．设计时首先要考虑美观
【答案】C
【分析】制作塔台模型的一般流程是明确要求、设计方案、制作模型、测试模型、评估改进。
【解答】A、像铁塔这样骨架式的构造叫做框架结构。框架结构不浪费材料，选项观点错误；
B、使用三角形结构的主要目的是增加稳定性，选项观点错误；
C、控制好立柱的高度，尽量等高，可以防止塔台倾斜，有利于塔台的稳定性，选项观点正确；
D、设计时首先要考虑安全性，选项观点错误。
故选：C。
【点评】解答本题要正确理解题意，明确考查了制作塔台模型，在此基础上，结合分析各个选项，选出正确答案。
9．如图所示为建于1960年的浙江建德新安江的白沙大桥。该桥长362m，高24m，面宽11m，六孔。栏杆上雕有大小石狮二百五十六只，神态各异，栩栩如生。桥垝有迎客亭，亭中“白沙桥”三字汉白玉石碑为郭沫若题。此桥建筑技术总结了我国古代赵州桥和卢沟桥的结构特点而有所创新，轻巧明快，气势雄伟。根据所学知识判断，其桥墩的建筑结构类型为（　　）
A．框架结构 B．壳体结构 C．实体结构 D．构件结构
【答案】C
【分析】建筑结构类型主要有框架结构、壳体结构、实体结构等。框架结构由梁和柱组成骨架来承受荷载；壳体结构通常是薄壁的空间结构，能以较小的厚度承受较大的荷载；实体结构则是由实心材料组成，靠自身重量来抵抗外力。
【解答】解：A、框架结构一般由梁和柱组成骨架，桥填（桥墩）不是由这种骨架形式构成，A错误。
B、壳体结构通常是薄壁空间结构，桥墩不符合这种结构特点，B错误。
C、桥墩是由实心材料组成，靠自身重量来抵抗桥梁的压力等外力，属于实体结构，C正确。
D、构件结构不是常见的建筑结构类型分类，D错误。
故选：C。
【点评】这是初中科学考试常见的题型，平时要加强练习，掌握答题技巧。
10．下列关于结构描述不正确的是（　　）
A．实体结构的受力特点是外力分布在整个体积中
B．安全帽采用的是壳体结构
C．框架结构支撑空间而不充满空间
D．自行车是实体结构
【答案】D
【分析】实体结构的受力特点是外力分布在整个体积中，安全帽采用的是壳体结构；框架结构支撑空间而不充满空间；自行车是框架结构，据以上分析解答。
【解答】解：A．实体结构是实心的，外力会分布在整个体积中，故A正确；
B．安全帽的形状符合壳体结构的特点，采用壳体结构能更好地分散外力，保护头部，故B正确；
C．框架结构是由梁、柱等构件连接而成，起到支撑空间的作用，本身不充满空间，故C正确；
D．自行车是由多个部件（如车架、车轮等）组成的框架结构，不是实体结构，故D错误。
故选：D。
【点评】掌握实体结构、壳体结构、框架结构等结构的特点即可解答本题。
11．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。
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
【答案】D
【分析】鸡蛋壳属于壳体结构，握在手中不易损坏，据此分析。
【解答】解：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；
故选：D。
【点评】了解壳体结构的特点即可解答本题。
12．从力学角度分析，结构是指可以承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。下列有关力学角度结构的说法，正确的是（　　）
A．结构可以承受所有的力
B．结构受到的力最终都是由受力的构件来承受
C．结构受力之后各构件会发生同样的形变
D．构件受力之后一定会发生可见形变
【答案】B
【分析】本题考查的是结构与力的关系。结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。
【解答】解：根据结构的定义可知，结构受到的力最终都是由受力的构件来承受，所以选项B符合题意。
故选：B。
【点评】熟练 掌握结构与力的关系。
13．建筑结构除了框架结构、壳体结构、实体结构外，常见的分类还有混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构、剪力墙结构等类型，每种结构具有不同的材料特性和适用场景。主要建筑结构类型及特点如下：
①混凝土结构：包括素混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土结构，特点是抗压性能强、耐久性高，但自重大，施工周期长，抗拉性能较弱。
②砌体结构：以砖、石或混凝土砌块砌筑，成本低且耐腐蚀，常见于多层住宅和办公楼。局限性：强度低、抗震性差，施工效率低。
③钢结构：以钢材为主，具有轻量化、施工快的优势。需注意防火防锈，成本较高。
④剪力墙结构：依靠钢筋混凝土墙体承重，侧向刚度大（在水平方向上耐受力强）。
（1）桥墩、水坝等建筑常用　混凝土　 结构来建造，原因是　混凝土结构抗压性能强、耐久性高，适合承受较大压力　 。
（2）体育馆等大跨度建筑及高层建筑可采用　钢结构　 结构来建造。
（3）高层住宅需要考虑抗风抗震，常用　剪力墙　 结构来建造。常用这种结构建造高层建筑的承重墙，原因是　剪力墙结构侧向刚度大，在水平方向上耐受力强，能有效抵抗风荷载和地震作用　 。
【答案】（1）混凝土 混凝土结构抗压性能强、耐久性高，适合承受较大压力；
（2）钢结构；
（3）剪力墙 剪力墙结构侧向刚度大，在水平方向上耐受力强，能有效抵抗风荷载和地震作用。
【分析】根据混凝土结构、钢结构、剪力墙结构的性质和特点分析解答。
【解答】解：（1）桥墩、水坝等建筑主要承受压力，而混凝土结构的特点是抗压性能强、耐久性高。所以桥墩、水坝等建筑常用混凝土结构来建造，原因是混凝土结构抗压性能强、耐久性高，适合承受较大压力。
（2）体育馆等大跨度建筑及高层建筑，需要结构具有轻量化且施工快的特点，钢结构以钢材为主，具有轻量化、施工快的优势。所以体育馆等大跨度建筑及高层建筑可采用钢结构来建造。
（3）高层住宅需要考虑抗风抗震，剪力墙结构依靠钢筋混凝土墙体承重，侧向刚度大（在水平方向上耐受力强），能很好地满足抗风抗震的需求。所以高层住宅常用剪力墙结构来建造。常用这种结构建造高层建筑的承重墙，原因是剪力墙结构侧向刚度大，在水平方向上耐受力强，能有效抵抗风荷载和地震作用。
故答案为：
（1）混凝土 混凝土结构抗压性能强、耐久性高，适合承受较大压力；
（2）钢结构；
（3）剪力墙 剪力墙结构侧向刚度大，在水平方向上耐受力强，能有效抵抗风荷载和地震作用。
【点评】这是初中科学考试常见的题型，平时要加强练习，掌握答题技巧。
14．研究“桥梁抗弯曲能力”时，小科将5张纸分别折成不同样子，在其上方逐个放入垫圈直到纸片塌陷。实验测得相关数据如下表。
形状
承载的垫圈个数 36 130 163 78 54
（1）实验主要是研究 形状对抗弯曲能力的影响。
（2）选择实验材料时，下列做法中不合适的是 C。
A.选用厚度和材质都相同的张纸
B.选择重量相同的金属小垫圈
C.选择高低不同的木块做“桥墩”
D.木块之间的距离要保持相同
（3）实验中通过观察比较 最多能承受的垫圈数（塌陷时的垫圈数）得出桥梁的承重能力。
【答案】（1）形状；（2）C；（3）最多能承受的垫圈数（塌陷时的垫圈数）。
【分析】（1）将5张纸分别折成不同样子，其实质是改变了形状；
（2）探究抗弯曲能力与形状是否有关时，必须控制其他因素相同，逐个对比分析；
（3）实验中在其上方逐个放入垫圈直到纸片塌陷，通过最多能承受的垫圈数显示了桥梁的承重能力。
【解答】（1）将5张纸分别折成不同样子，其实质是改变了形状；
（2）探究抗弯曲能力与形状是否有关时，必须控制其他因素相同，
A、选用厚度和材质都相同的张纸是需要的，故A正确的；
B、选择重量相同的金属小垫圈才能通过垫圈个数显示压力大小，故B正确的；
C、实验中应该选择高低相同的桥墩，故选择高低不同的木块做“桥墩”是不合理的，故C错误；
D、木块之间的距离越大，能够承受的抗弯曲能力会减小，因而必须要保持木块之间的距离相同，故D正确；
故选：C；
（3）实验中在其上方逐个放入垫圈直到纸片塌陷，通过最多能承受的垫圈数显示了桥梁的承重能力。
故答案为：（1）形状；（2）C；（3）最多能承受的垫圈数（塌陷时的垫圈数）。
15．框架结构在生活中的应用有很多，图中的电动伸缩门是应用了（　　）原理。
A．三角形的稳定性 B．四边形的稳定性
C．四边形的易变形 D．三角形的易变形
【答案】C
【分析】三角形具有稳定性，不容易变形，四边形与三角形不同，容易变形，也就是具有不稳定性。
【解答】三角形具有稳定性，不容易变形，四边形与三角形不同，容易变形，也就是具有不稳定性，这种不稳定性在实践中有广泛的应用，电动伸缩门是利用四边形易变形的特点制成的。
故选：C。
【点评】结合对四边形特点及应用的认识解答。
16．同学们在课堂上讨论我国的一些大型工程，下列说法不正确的是（　　）
A．小明认为港珠澳大桥的工程实施给我国的政治和经济等方面都带来了很大的好处
B．小芳认为天眼工程的选址在贵州的洼地里不太合适，应该在平地上更容易建设
C．小红认为太空站工程的设计需要考虑在太空中的真空、高温等限制因素
D．小亮认为“鸟巢”工程的建设利用框架结构是非常重要的选择
【答案】B
【分析】工程建设的一般步骤是明确一个要解决的问题，在限制条件下进行设计，制作一个模型（画或写设计方案），测试这个模型，评估并改进，最后实施建设。
【解答】A、港珠澳大桥能为港珠澳大湾区的政治、经济、文化、交通发展带来强劲的动力，该工程实施给我国的政治和经济等方面都带来了很大的好处，故A正确；
B、天眼工程是一个大的凹面镜，选址在贵州的洼地里，充分利用天然地形施工，能够节省费用，降低施工难度，故B错误；
C、天空站工程运行在真空、高温的太空环境里，其设计需要考虑在太空中的真空、高温等限制因素，故C正确；
D、“鸟巢”工程的建设利用框架结构是非常重要的选择，能够提供较大的空间，且坚固，故D正确。
故选：B。
17．如图所示，预制板是20世纪早期建筑当中用的楼板，属建筑工程模件或板块。因为是在预制场生产加工成型的混凝土预制件，直接运到施工现场进行安装，所以叫预制板。预制板在建筑上的用处很多，如公路旁边的水沟上盖住的水泥板、房顶上做隔热层的水泥板都是预制板。下列说法中，不正确的是（　　）
A．预制板如建筑积木，减少了现场施工时间，提高了施工效率
B．用预制板建造的房子比框架结构、剪力墙结构的房子的抗震能力差
C．预制板常做成空心，可节省材料、减轻质量，但隔音、隔热效果不佳
D．为提升抗弯曲能力，设计生产时一般在预制板的上侧增加钢筋的数量
【答案】D
【分析】预制板是在预制场加工成型后运到施工现场安装的建筑构件，在建筑领域有广泛应用。
【解答】解：A、预制板在预制场加工好后直接运到现场安装，就像建筑积木一样，这样大大减少了现场施工的时间，提高了施工效率，A正确。
B、预制板连接相对不够紧密，与框架结构、剪力墙结构相比，其整体性较差，所以抗震能力相对较弱，B正确。
C、预制板做成空心，能够节省材料，减轻自身质量，但是这种结构使得其隔音、隔热效果不太好，C正确。
D、预制板在承受压力时，下侧受到拉伸，上侧受到挤压，为了提高抗弯曲能力，设计生产时一般在预制板的下侧增加钢筋的数量，因为钢筋的抗拉能力强，而不是上侧，D错误。
故选：D。
18．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，它的秘密就在于其外形结构：薄壳结构。从外观看，蛋壳、蚌壳这些薄壳结构有的像半球形，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：薄壳结构在受到外力作用时，能够把力沿着整个壳体表而向四周传递，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到薄壳结构原理的是 ；
A．悉尼歌剧院 B．金字塔
C．赵州桥 D．大兴机场顶部
（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 C．鸡蛋壳内部是空心的 D．鸡蛋壳是接近球形的
（3）站立在地面上，人的脚能够承载较大的重量，主要是因为 ；
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）下列对薄壳结构受力示意图分析正确的是 。
A． B．
C． D．
【答案】 B D C C
【详解】（1）悉尼歌剧院、赵州桥、大兴机场顶部都利用了薄壳结构原理，金字塔是三角形结构，没有利用到薄壳结构原理。
故选B。
（2）鸡蛋握在手中不易损坏是因为鸡蛋壳是接近球形的，在受到外力作用时，能够把力沿着整个壳体表而向四周传递，使壳体单位面积上受到的力并不大。
故选D。
（3）站立在地面上，人的脚能够承载较大的重量，主要是因为脚骨骼组成拱形结构，在受到外力作用时，能够把力沿着整个壳体表而向四周传递，使壳体单位面积上受到的力并不大。
故选C。
（4）薄壳结构在受到外力作用时，能够把力沿着整个壳体表而向四周传递，使壳体单位面积上受到的力并不大。
故选C。
19．一些同学观察到建筑物的支柱一般都为圆柱和四棱柱，他们想了解支柱的最大承受压力与支柱的形状是否有关，为此甲、乙、丙三位同学分别进行了如下实验：
①每人各选三张相同的白纸，按图a所示分别折成空心的四棱柱、圆柱、三棱柱（如图b），接合处用双面胶粘住；
②三位同学分别在四棱柱上放一硬质塑料板，然后：
甲同学往塑料板上不断添加砝码，直到支柱被压塌，记录添加砝码的总质量（如图c）；
乙同学往塑料板上不断添加钩码（每个钩码质量为50克），直到支柱被压塌，记录添加钩码的总质量；
丙同学往塑料板上不断添加细沙，直到支柱被压塌，用天平称出添加细沙的总质量并记录。
③再分别用圆柱和三棱柱重复实验步骤②，记录相关实验数据。
（1）此实验中甲同学添加砝码的合理顺序应该是从小到大（选填“从大到小”或“从小到大”）。
（2）最能精确反映支柱所能承受最大压力的是丙同学所做的实验。
（3）下表为丙同学测得的实验数据：
支柱形状 四棱柱 圆柱 三棱柱
塑料板与细沙总质量/克 392 400 243
根据丙同学测得的数据，三个支柱中能承受的最大压力为4牛（取g=10N/kg）。
【答案】见试题解答内容
【分析】（1）实验中天平使用时，加减砝码的原则：是按照从大到小的顺序；而该实验的要求不同，与天平使用是不一样的。
（2）是否精确反映支柱所能承受最大压力，关键是增加压力的大小时是否是均匀缓慢的增加，不能跨越式的增加。
（3）支柱中承受最大压力的就是所加的物体的质量最大的。
【解答】解：（1）如果添加砝码时按从大到小的顺序，可能出现第一个或前几个大砝码放上去时支柱被压塌的情况，不能准确判断支柱的最大承受压力，所以最合理的操作是：先加小砝码，逐步换成稍大砝码，这与天平添加砝码的顺序不同。
（2）比较三位同学的增加压力的方法可知：丙同学是利用添加细沙的方法，这样能均匀缓慢的增加，所以最能精确反映支柱所能承受最大压力的是丙同学所做的实验。
（3）比较丙同学测得的实验数据可知：形状为圆柱体时所加的细沙的质量最大；
则支柱中承受最大压力为：F=G=mg=0.4kg×10N/kg=4N。
故答案为：（1）从小到大；（2）丙；（3）4。
20．小明发现建筑物中的柱子有大有小且形状各异，承重大小也不相同。他猜想：柱子的承重效率与横截面的形状、周长等因素有关。查阅资料获知，柱子的承重效率可以用承重比（柱子能承受的最大质量与柱子质量的比值）表示，承重比越大，承重效率越高。为研究柱子承重效率与横截面的形状、周长的关系，他开展如下探究：
①用纸板制成高度相同的各种实验所需的空心模型（如图）。
②测出模型的横截面周长、质量。
③测量模型的最大承重质量。多次重复实验，整理相关数据如表。

组别 横截面形状 周长/厘米 承重比
1 18 3509
2 24 3307
3 30 3116
4 30 3319
5 30 3514
6 30 3766
（1）研究模型承重效率与横截面形状关系时，除横截面周长、高度相同外，还要控制相同的因素有 （写出一个）
（2）根据1、2、3组实验结果，可得出的结论是 。
（3）根据实验结果，小明推测柱子高度、横截面周长一定时，圆柱承重效率最大。写出其推测过程： 。
【答案】 纸板种类 材料、高度、横截面形状等相同时，周长越长，柱子的承重效率越小 见解析
【详解】（1）[1]实验中要探究模型承重效率与横截面形状关系，需要运用控制变量法，只改变横截面的形状，横截面周长、高度相同、模型纸板种类相同。
（2）[2]1、2、3组实验，模型材料、高度、横截面形状相同而横截面周长不同，且当横截面周长越长时，承重比越小，承重效率越小，因此可得结论为：材料、高度、横截面形状等相同时，周长越长，柱子的承重效率越小。
（3）[3]柱子横截面周长一定时，随棱数增加柱子的承重效率增大，横截面为圆形的柱子，其棱数可视为无数条，因此其承重效率最大。
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5.1 建筑结构与功能
科学观念：了解建筑结构的一般分类，并能说出它们在生活中的应用实例，知道建筑结构与功能相适应，并能根据生活实例进行说明。
科学思维：能够建立模型分析作用在结构上的力，从而确结构的稳固性与可靠性，理解科学原理应用于技术，发展科学思维。
探究实践：通过探索活动获取结构受力发生形变，以及结构稳定性与形状的关系。
态度责任：培养科学原理应用于技术的思想，激发学习科学的兴趣。
1．下列建筑结构中，其基本 结构分类不正确的是（　　）
A．壳体结构：悉尼歌剧院顶部 B．框架结构：国家体育场
C．实体结构：新安江水电站 D．壳体结构：国家游泳中心
2．如图所示三脚凳，若凳脚粗细、支例5撑面形状面积都相同，从稳定性角度考虑，其中最合理的是（　　）
A． B． C． D．
3．下列建筑中属于壳体结构的是（　　）
A．钱塘江大桥 B．埃及金字塔
C．国家大剧院屋顶 D．古城墙
4．框架结构的组成构件通常是（　　）
A．柔性绳索 B．刚性杆件（梁和柱）
C．多层薄板 D．实心混凝土块
5．下列做法中不能增加我们建造的高塔的稳定性的是（　　）
A．在高塔上使用三角形框架结构 B．给高塔搭建一个小一些的顶部
C．给高塔搭建一个大一些的底座 D．增加高塔上部的体积
6．如图是温州世纪广场上标志性建筑，划圈部分建筑的结构类型包括（　　）
A．实体结构、框架结构 B．框架结构、壳体结构
C．实体结构、壳体结构 D．框架结构
7．如图所示，为解决好学生 午休问题，学校购置了一批“秒变”躺椅的课桌椅，从力学的形态上分类，该课桌椅的主体结构属于（　　）
A．框架结构 B．绳索结构 C．壳体结构 D．实体结构
8．下列关于塔台设计说法正确的是（　　）
A．框架结构非常浪费材料
B．使用三角形结构的主要目的是抗风
C．控制好立柱的高度，尽量等高，可以防止塔台倾斜
D．设计时首先要考虑美观
9．如图所示为建于1960年的浙江建德新安江的白沙大桥。该桥长362m，高24m，面宽11m，六孔。栏杆上雕有大小石狮二百五十六只，神态各异，栩栩如生。桥垝有迎客亭，亭中“白沙桥”三字汉白玉石碑为郭沫若题。此桥建筑技术总结了我国古代赵州桥和卢沟桥的结构特点而有所创新，轻巧明快，气势雄伟。根据所学知识判断，其桥墩的建筑结构类型为（　　）
A．框架结构 B．壳体结构 C．实体结构 D．构件结构
10．下列关于结构描述不正确的是（　　）
A．实体结构的受力特点是外力分布在整个体积中
B．安全帽采用的是壳体结构
C．框架结构支撑空间而不充满空间
D．自行车是实体结构
11．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。
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
12．从力学角度分析，结构是指可以承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。下列有关力学角度结构的说法，正确的是（　　）
A．结构可以承受所有的力
B．结构受到的力最终都是由受力的构件来承受
C．结构受力之后各构件会发生同样的形变
D．构件受力之后一定会发生可见形变
13．建筑结构除了框架结构、壳体结构、实体结构外，常见的分类还有混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构、剪力墙结构等类型，每种结构具有不同的材料特性和适用场景。主要建筑结构类型及特点如下：
①混凝土结构：包括素混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土结构，特点是抗压性能强、耐久性高，但自重大，施工周期长，抗拉性能较弱。
②砌体结构：以砖、石或混凝土砌块砌筑，成本低且耐腐蚀，常见于多层住宅和办公楼。局限性：强度低、抗震性差，施工效率低。
③钢结构：以钢材为主，具有轻量化、施工快的优势。需注意防火防锈，成本较高。
④剪力墙结构：依靠钢筋混凝土墙体承重，侧向刚度大（在水平方向上耐受力强）。
（1）桥墩、水坝等建筑常用　 　结构来建造，原因是　　 　　 　 　 。
（2）体育馆等大跨度建筑及高层建筑可采用　 　结构来建造。
（3）高层住宅需要考虑抗风抗震，常用　 　结构来建造。常用这种结构建造高层建筑的承重墙，原因是　 　 　 　 。
14．研究“桥梁抗弯曲能力”时，小科将5张纸分别折成不同样子，在其上方逐个放入垫圈直到纸片塌陷。实验测得相关数据如下表。
形状
承载的垫圈个数 36 130 163 78 54
（1）实验主要是研究　 　对抗弯曲能力的影响。
（2）选择实验材料时，下列做法中不合适的是　 　。
A. 选用厚度和材质都相同的张纸
B. 选择重量相同的金属小垫圈
C. 选择高低不同的木块做“桥墩”
D. 木块之间的距离要保持相同
（3）实验中通过观察比较　 　得出桥梁的承重能力。
15．框架结构在生活中的应用有很多，图中的电动伸缩门是应用了（　　）原理。
A．三角形的稳定性 B．四边形的稳定性
C．四边形的易变形 D．三角形的易变形
16．同学们在课堂上讨论我国的一些大型工程，下列说法不正确的是（　　）
A．小明认为港珠澳大桥的工程实施给我国的政治和经济等方面都带来了很大的好处
B．小芳认为天眼工程的选址在贵州的洼地里不太合适，应该在平地上更容易建设
C．小红认为太空站工程的设计需要考虑在太空中的真空、高温等限制因素
D．小亮认为“鸟巢”工程的建设利用框架结构是非常重要的选择
17．如图所示，预制板是20世纪早期建筑当中用的楼板，属建筑工程模件或板块。因为是在预制场生产加工成型的混凝土预制件，直接运到施工现场进行安装，所以叫预制板。预制板在建筑上的用处很多，如公路旁边的水沟上盖住的水泥板、房顶上做隔热层的水泥板都是预制板。下列说法中，不正确的是（　　）
A．预制板如建筑积木，减少了现场施工时间，提高了施工效率
B．用预制板建造的房子比框架结构、剪力墙结构的房子的抗震能力差
C．预制板常做成空心，可节省材料、减轻质量，但隔音、隔热效果不佳
D．为提升抗弯曲能力，设计生产时一般在预制板的上侧增加钢筋的数量
18．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，它的秘密就在于其外形结构：薄壳结构。从外观看，蛋壳、蚌壳这些薄壳结构有的像半球形，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：薄壳结构在受到外力作用时，能够把力沿着整个壳体表而向四周传递，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到薄壳结构原理的是 ；
A．悉尼歌剧院 B．金字塔
C．赵州桥 D．大兴机场顶部
（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 C．鸡蛋壳内部是空心的 D．鸡蛋壳是接近球形的
（3）站立在地面上，人的脚能够承载较大的重量，主要是因为 ；
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）下列对薄壳结构受力示意图分析正确的是 。
A． B． C． D．
19．一些同学观察到建筑物的支柱一般都为圆柱和四棱柱，他们想了解支柱的最大承受压力与支柱的形状是否有关，为此甲、乙、丙三位同学分别进行了如下实验：
①每人各选三张相同的白纸，按图a所示分别折成空心的四棱柱、圆柱、三棱柱（如图b），接合处用双面胶粘住；
②三位同学分别在四棱柱上放一硬质塑料板，然后：
甲同学往塑料板上不断添加砝码，直到支柱被压塌，记录添加砝码的总质量（如图c）；
乙同学往塑料板上不断添加钩码（每个钩码质量为50克），直到支柱被压塌，记录添加钩码的总质量；
丙同学往塑料板上不断添加细沙，直到支柱被压塌，用天平称出添加细沙的总质量并记录。
③再分别用圆柱和三棱柱重复实验步骤②，记录相关实验数据。
（1）此实验中甲同学添加砝码的合理顺序应该是 （选填“从大到小”或“从小到大”）。
（2）最能精确反映支柱所能承受最大压力的是 同学所做的实验。
（3）下表为丙同学测得的实验数据：根据丙同学测得的数据，三个支柱中能承受的最大压力为
牛（取g=10N/kg）。
支柱形状 四棱柱 圆柱 三棱柱
塑料板与细沙总质量/克 392 400 243
20．小明发现建筑物中的柱子有大有小且形状各异，承重大小也不相同。他猜想：柱子的承重效率与横截面的形状、周长等因素有关。查阅资料获知，柱子的承重效率可以用承重比（柱子能承受的最大质量与柱子质量的比值）表示，承重比越大，承重效率越高。为研究柱子承重效率与横截面的形状、周长的关系，他开展如下探究：
①用纸板制成高度相同的各种实验所需的空心模型（如图）。
②测出模型的横截面周长、质量。
③测量模型的最大承重质量。多次重复实验，整理相关数据如表。
组别 横截面形状 周长/厘米 承重比 组别 横截面形状 周长/厘米 承重比
1 18 3509 4 30 3319
2 24 3307 5 30 3514
3 30 3116 6 30 3766
（1）研究模型承重效率与横截面形状关系时，除横截面周长、高度相同外，还要控制相同的因素有 （写出一个）
（2）根据1、2、3组实验结果，可得出的结论是 。
（3）根据实验结果，小明推测柱子高度、横截面周长一定时，圆柱承重效率最大。写出其推测过程： 。
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