资源简介

/ 让教学更有效 高效备课 | 科学学科
核心素养
科学观念：运用阿基米德原理等知识，理解浮力与浮桥承重的关系，认识工程设计的科学依据。
科学思维：通过设计、计算、搭建与改进，培养工程设计思维和问题解决能力。
探究实践：通过一些有趣的小活动，初步感受科学就在身边，科学与生活息息相关，初步感悟合作学习和交流分享是学习科学的重要方法；
态度责任：树立成本控制与安全意识，增强团队协作能力，体会科学技术的实际应用价值。
【课前预习】
一、核心原理
阿基米德原理（浮力决定浮桥承重）
二、设计与材料
1、材料：桶装水空桶、饮料瓶、扎带、木条、复合板等（含规格、单价）
2、分工：项目总监、采购员、绘图师、工程师
三、搭建流程
明确问题→设计方案（绘图）→采购材料→搭建→检验→改进→成果发布
四、检验标准
承重性、经济性、稳定性、牢固性、工效性
【课中研学】
一、目标
1.根据浮桥设计要求，明确工程验收标准，设计浮桥施工图纸，培养应用创新思维。
2.通过浮桥的设计与制作过程，初步认识工程的关键是设计，工程是设计方案物化的结果。
3.增强成本控制意识，提高浮桥的性价比；运用科学知识和计算思维，确保浮桥的安全性和稳定性；运用批判性思维，根据实际反馈，不断改进浮桥。
二、器材
材料 规格（每个） 单价 数量
桶装水空桶 体积：19L 质量：800g 高度：50cm 15元/个
饮料瓶1 体积：1.5L 质量：40g 0.5元/个
饮料瓶1 体积：1.5L 质量：40g 0.5元/个
饮料瓶2 体积：500mL 质量：20g 4个/组 1元/组
宽胶带 体积：19L 质量：800g 15元/个
长扎带 高度：50cm 体积：1.5L 质量：40g 0.5元/个
短扎带 长度：25cm 长度：30cm 0.5元/根
木条 长度：1.2m 长度：1m 长度：0.8m 2.5元/根
复合板 任意规格 3元/块
三、过程
1.明确问题。
运用阿基米德原理和力学相关知识，利用身边的简易材料，用较低的成本搭建一座长6m、可供一个约70kg的人安全通行的浮桥，浮桥要具有稳定性和牢固性。
2.设计方案。
（1）分工讨论。由于浮桥搭建工程比较复杂，全班分成6个小组，每个小组一张采购单（提供100元资金），每组负责建造1m长的浮桥。将小组的分工安排填写在表中，项目总监组织讨论浮箱的设计。
分工 项目总监 采购员 绘图师 工程师（3～4名）
职责 负责人员分配，组织讨论，督促项目实施，辅助工程师搭建浮桥，汇报浮桥的优缺点 统计需要用到的材料，用代金券去老师处采购；负责材料的整理及多余材料的处理 汇总小组意见，根据计算得出的材料数量，绘制图纸 给设计提建议，按设计方案组织成员搭建浮桥（搭建完成时，1名工程师与项目总监请老师验收浮桥）
负责人
（2）绘制图纸。根据讨论结果，确定浮桥搭建方案，画出设计草图。（工程图纸需要标注尺寸和材料名称）
3.实施计划。
（1）选择材料。根据图纸确定材料的数量，填好材料采购单。杭州市丁荷中学“浮桥大冒险”。
（2）采购材料。采购员凭采购单采购材料，并免费领取所需的建造工具。
（3）搭建浮桥。根据浮桥设计图进行搭建，记录建造浮桥所用的时间。
4.检验作品。搭建完毕，对搭建的浮桥进行检测。检测标准如下（每条标准根据好、中、差分别记3、2、1分）：
①承重性：这段浮桥至少能承载一个人（承载质量越大，得分越高）。
②经济性：采购单上的费用不超过100元（用钱越少，得分越高）。
③稳定性：工程师能稳定站立于浮桥之上（站立时间越长，得分越高）。
④牢固性：不散架和变形（零件掉落越少，不变形，得分越高）。
⑤工效性：搭建时间不超过20min（所用时间越短，得分越高）。
5.改进完善。在工程师检测浮桥的过程中，项目总监及时地发现和记录浮桥存在的缺陷，对存在的问题组织讨论，也可以对比其他小组的浮桥，改进作品，找到解决方案，并将讨论结果记录在表中。
6.发布成果。对作品修改和完善后，展示和发布成果。
（1）设计图纸展评。设计图纸包括设计意图、设计特色、小组设计制作过程中的感悟等。
（2）浮桥改建连接。根据完善的方案进行改建，全班把各组的短浮桥连接成一座长6m的浮桥，并在浮桥上铺设木板，搭建成一座可供人通行的临时浮桥。（3）使用最优浮桥。对本年级各班的浮桥进行评比，最好的浮桥永久保留，并在需要时供人通行。
四、问题讨论
在整个浮桥搭建工程实践过程中，你遇到了哪些困难？是如何克服困难的？搭建浮桥的过程中有哪些收获？
【课堂总结】
【课堂练习】
1.在某市的一条跨度较小的内河上建有一座如图甲所示的桥梁。现准备对桥梁结构进行改造，移除原先支撑梁板的墩柱，将该桥梁改造成如图乙所示。请回答第7~8题。
（1）与图甲相比，图乙的梁板应该重新进行设计，以提高强度，增强的性能是(　　)
A．抗压 B．抗扭转 C．抗弯曲 D．抗拉
（2）下列各种说法中，最能有效增加图乙梁板强度的是 (　　)
A．使用具有一定厚度的长条状的石板作为桥的梁板
B．浇筑混凝土梁板时，在梁板的不同位置分别放置钢筋
C．浇筑混凝土梁板时，添加能迅速使混凝土凝结的添加剂
D．增加梁板的长度
2．如图为某桥梁施工中的预制梁场，其优点是（　　）
A．缩短工期 B．降低精度 C．增加成本 D．依赖天气
3．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
4．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。
5．桥的研究
（1）港珠澳大桥是我国境内连接香港、珠海和澳门的桥隧工程，全长55公里，是目前世界上最长的跨海大桥，也是我国交通史上技术最复杂、建设要求和标准最高的工程之一，它在2018年 10月24 日开通运营
港珠澳大桥图示部分的桥体从结构上看属于我们学过的　 　桥。这种桥的特点是跨度大，抗风性能好，稳定性强。
（2）小科和他的研究小组要共同设计建造一座桥。要求桥能跨越20cm 宽的峡谷，桥面的宽度要大于10 cm，至少能承重200 g的小车。图1是他们第一次设计的结构图。
①设计中，如果小科将桥面的宽度增加到20cm，那么桥面的承重能力会　 　。
②他们将桥面设计成圆纸管平铺(图4)，其最终目的是　 　。
③第二次改进时(图3)，增加了桥塔设计，下列三种设计中，如果其他条件相同，缆绳承受拉力最小的是　 　。
④用对比实验研究“桥塔高度对桥面承重能力的影响”，题(2)③中的三种桥梁设计图中，最合理的选择是　 　和　 　。
⑤从结构上看，图3结合了　 　和　 　两种桥的设计结构
【课后练习】
1．近几十年来，我国的基础建设一骑绝尘，被人们乐称为“基建狂魔”，桥梁的建造是一个国家和地区基础建设的重要内容之一。学习了“桥梁的结构与制作”后，你认为下列说法中，正确的是（　　）
A．桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，其分类依据主要是桥梁外观形状
B．桥梁的荷载只包括桥梁承载的车辆与行人的重量
C．桥的主梁在荷载作用下，上、下两侧均发生拉伸形变
D．析架的横杆、竖杆、斜杆三种杆件中，对析架的稳定性起决定作用的是斜杆
2．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．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响
D．设计中计算最大荷载时应考虑各种可能的受力情况
3．如图所示为某悬索桥的结构示意图，以下关于该桥各构件主要受力形式分析不正确的是（　　）
A．设计中计算应力时应考虑各种可能的荷载
B．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响
C．主索受拉，吊索受拉，塔柱受压
D．刚性梁受弯曲，锚碇受压
4．如图，玩具汽车停在模型桥面上。下列说法正确的是（　　）
A．桥面受向下的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变
B．汽车没有发生形变，所以汽车不受弹力
C．汽车受向上的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变
D．汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了形变
5．下面的桥梁中，属于梁式桥的是（　　）
A．云南建水双龙桥 B．广东琶洲大桥 C．广西鹧鸪江大桥 D．贵州北盘江大桥
6．桥梁是供铁路、道路、渠道、管线及行人等跨越河流、山谷或其他障碍物时使用的具有承载能力的专门的人工构造物。下列几种常见的桥梁中，最适合建造大跨度桥的是（　　）
A．梁桥 B．拱桥 C．悬索桥 D．斜拉桥
7．某地一座桥突然整体垮塌，经过调查得知，这次事故主要是因为工程质量问题，主要问题如下：桥的主要受力拱架钢管焊接质量不合格，存在严重缺陷，个别焊缝有陈旧性裂痕；钢管内混凝土抗压强度不足，低于设计标准的 ；连接桥梁、桥面和拱架的拉索、锚具和锚头严重锈蚀。根据材料，下列选项中，不属于该桥坍塌的主要原因是 （　　）
A．组成结构所使用的材料质量太差影响了结构的强度
B．组成结构的各构件之间的连接不合格影响了结构的强度
C．结构形状的设计错误影响了结构的强度
D．结构设计在实施时存在严重的偷工减料现象，影响了结构的强度
8．余姚城中有一座横跨姚江的石砌三孔两墩石拱桥————通济桥。该桥原是姚江上最长、最高的桥，故有“浙东第一桥”之说。通济桥有较高的历史价值和艺术价值，是全国重点文物保护单位，下列桥梁中，与它结构相似的是( )
A．余姚兰墅大桥 B．赵州桥 C．港珠澳大桥 D．杭州湾大桥
9．如图所示为悬索桥的主要结构示意图。请回答下列问题：
（1）悬索桥结构图中，序号③的名称是　 　，是悬索桥的主要承重结构。
（2）桥的主梁是图中的序号　 　，通过吊杆或吊索，即图中的序号　 　将桥的结构③和④连接起来。
（3）悬索桥的结构②承载着结构③产生的向下的力，结构②的名称是　 　。
10．鱼沼飞梁位于山西省太原晋祠的圣母殿前，是一座精致的古桥建筑。鱼沼飞梁是中国少有的一种十字桥梁形式，桥面呈十字形，四向相通，东西宽阔。中心石柱上置大斗，斗上置十字形华拱承托梁架，承托梁枋，华拱与梁枋改变了石桥面的推力传递方向，使重量垂直传到桥柱上，桥柱从梁枋荷载角度分布间距宽窄不等。古往今来，桥梁多为“一字形”或拱形，唯有此桥连通沼之四岸，桥面结成“十字形”，被誉为我国最早的十字形立交桥的雏形。
请从技术、历史和文化角度欣赏“鱼沼飞梁”。
参考答案
课堂练习
1【答案】（1）．C
（2）B
【知识点】桥梁的受力；搭建人行浮桥
【解析】【分析】（1）根据图片分析梁板的受力情况即可；
（2）根据提高结构强度的方法的知识分析。
1．与图甲相比，图乙的梁板应该重新进行设计，以提高强度，增强性抗弯性能。
故选C。
2．在浇筑混凝土梁板时，在梁板的不同位置分别放置钢筋可以有效地增加结构的强度，而其他的方法相比较而言，都不是最好的办法；
故选B。
2．【答案】A
【知识点】建筑结构的功能；桥梁的组成与分类；搭建人行浮桥
【解析】【分析】桥梁预制场是为桥梁工程建设服务的关键环节，主要用于生产混凝土构件。施工控制质量相比现浇梁要好；施工快，与桥梁下部同时作业，不耽误工期，施工效率高；对施工现场周边的城市环境影响较小，环保。
【解答】A、在桥梁施工中设置预制梁场，将梁在预制场提前预制。这种预制施工方式可以和桥梁下部结构施工等其他工序同时进行。例如，当桥墩在现场进行施工时，梁在预制场同步预制，待桥墩施工完成，预制梁也制作好了，能较快进行架设，极大地减少了因等待梁制作而产生的时间浪费，从而有效缩短了整个桥梁工程的工期。所以选项A“缩短工期”是预制梁场的优点。
B、预制梁场一般配备较为专业的设备和技术人员，在相对稳定的环境中进行梁的预制，相比现场现浇等方式，更有利于控制施工精度，精度应该是提高而不是降低。所以选项B“降低精度”不符合预制梁场的实际情况，不是其优点。
C、虽然预制梁场前期需要投入一定的建设成本，包括场地建设、设备购置等，但从整体工程来看，预制梁场实现了规模化、标准化生产，提高了生产效率，减少了因天气等因素导致的窝工等情况，从长远和整体成本核算，并不一定会增加成本，反而有可能降低成本。所以选项C“增加成本”不是预制梁场的优点。
D、预制梁场在室内或有一定防护措施的场地内进行施工，相比完全露天的现场浇筑，受天气影响较小。例如遇到雨天、大风天等恶劣天气，在预制梁场内仍可以较为正常地开展预制工作。所以选项D“依赖天气”不符合预制梁场特点，不是其优点。
故答案为：A。
3．【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。
4．【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。
5．【答案】（1）斜拉
（2）增大；增加桥面承重能力；C；A；B；斜拉桥；拱桥
【知识点】建筑结构及其分类；桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作；搭建人行浮桥
【解析】【分析】对比实验是一种特别的收集证据的方法。通过有意识地改变某个条件来证明改变的条件和实验结果的关系。 钢索桥的结构：由钢缆、桥塔、桥面组成。钢缆是桥承重的主要构件，桥塔是支承钢缆的主要构件。桥塔修得高，是为了降低钢缆的拉力。
【解答】1）根据对桥的结构的认识，港珠澳大桥图示部分的桥体从结构上看是属于我们学过的斜拉结构的桥。这种桥的特点是跨度大，抗风性能好，稳定性强。
（2）小科和他的研究小组要共同设计建造一座桥。要求桥能跨越20厘米宽的峡谷，桥面的宽度要大于10厘米，至少能承重200克的小车。图1是他们第一次设计的结构图。
①材料宽度影响抗弯曲能力，材料越宽，抗弯曲能力越强。设计中，如果小科将桥面的宽度增加到20厘米，那么桥面的承重能力会增大。
②他们将桥面设计成圆纸管平铺（图4），其最终目的是提高桥面承载能力。
③小组合作设计制作“桥梁”时，经历了五个环节：a.明确任务；d.交流初步想法；b.共同设计方案；e.制作“桥梁”；c.改进设计方案，再次制作。
④第二次改进时（图3），增加了桥塔设计，下列三种设计中，如果其他条件相同，缆绳承受拉力最小的是C。桥塔修得高，是为了降低钢缆的拉力。
⑤用对比实验研究“桥塔高度对桥面承重能力的影响”，上题所示的三种桥梁设计图中，最合理的选择是A和B，只改变桥塔高度一个变量。
⑥从结构上看，图3结合了斜拉桥和拱桥两种结构。
课后练习
1．【答案】D
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作
【解析】【分析】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的重力，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。按照结构和受力特点，桥梁可分为梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等。
1、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，工程师直接把主梁的两端架在桥台上。
2、拱桥：拱桥是用拱圈或拱肋作为桥身主要承重结构的桥。
3、悬索桥：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。
4、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、拉索和主梁组成。
【解答】A、桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，其分类依据主要是桥梁的受力方式，而非外观形状，A错误。
B、桥梁的荷载不仅包括桥梁承载的车辆与行人的重量，还包括桥梁自身的重量、风力等其他荷载，B错误。
C、桥在主要荷载作用下，不同类型的桥受力和形变情况不同，并非上、下两侧均发生拉伸形变，C错误。
D、在框架的横杆、竖杆、斜杆三种杆件中，斜杆对框架的稳定性起决定作用，D正确。
故答案为：D。
2．【答案】B
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作
【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】A、构件M和构件N在桥梁结构中，主要承受压力。所以它们应具备良好的抗压性能，该选项正确。
B、构件的横截面积并非越大越好。从力学角度看，横截面积过大可能会增加桥梁的自重，还可能造成材料的浪费，并且会影响桥梁整体的结构合理性等。所以“各主要构件都应该具备足够大的横截面积”这种表述错误，该选项不正确。
C、施工中擅自加长桥面，会改变桥梁原有的受力平衡，可能导致桥梁承受的力超出设计范围，对桥梁产生不利影响，该选项正确。
D、设计中计算最大荷载时，考虑各种可能的受力情况，才能保证桥梁在实际使用中安全可靠，该选项正确。
故答案为：B。
3．【答案】D
【知识点】桥梁的受力
【解析】【分析】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，同时还要考虑结构的安全性、强度、稳定性、适用性、成本等。
【解答】A、在设计桥梁时，为了确保桥梁的安全性和稳定性，必须考虑各种可能的荷载，如静荷载（桥梁自身重量、永久设备重量等）、动荷载车辆荷载、风荷载、地震荷载等），这样才能准确计算构件的应力，保证桥梁在各种情况下都能正常工作，故A正确；
B、施工中擅自加长桥面会增加桥面的重量和车辆荷载等，这些额外的荷载会作用在桥梁的各个构件上，可能导致构件的应力超过设计值，从而对桥梁产生不利影响，甚至可能危及桥梁的安全，故B正确；
C、在悬索桥中，主索主要承受拉力，它是将桥面荷载传递到锚碇的主要构件；吊索也要承受拉力，将桥面的荷载传递给主索；塔柱则承受来自主索的拉力，产生向下的压力，故C正确；
D、刚性梁主要承受的是弯曲力，因为桥面荷载会使刚性梁产生弯曲变形；而锚碇是承受主索拉力的构件，它受到的是拉力，而不是压力，故D错误；
故答案为：D。
4．【答案】C
【知识点】桥梁模型的制作；桥梁的受力
【解析】【分析】（1）弹力是由于物体发生弹性形变而产生的，发生弹性形变的物体要恢复原状，会对与它接触的物体产生弹力的作用；
（2）只要物体发生了弹性形变，就会产生弹力；
（3）弹力的施力物体是发生弹性形变的物体；
（4）汽车受向上的弹力，其施力物体是桥梁，是因为桥梁发生了弹性形变。
【解答】A、桥面受到向下的弹力，这个弹力的施力物体是汽车，因为汽车停在桥面上，汽车发生了弹性形变，要恢复原状，就会对与之接触的桥面产生向下的弹力，而不是因为桥梁发生了弹性形变，故A错误；
B、汽车停在桥面上，汽车对桥面产生向下的压力，使桥面发生了弹性形变，从而桥面对汽车产生了向上的支持力，即汽车受到了弹力，故B错误；
C、汽车受到向上的弹力，这个弹力的施力物体是桥梁，桥梁在汽车的压力作用下发生了弹性形变，要恢复原状，就会对与之接触的汽车产生向上的弹力，故C正确；
D、汽车受向上的弹力，其施力物体是桥梁，是因为桥梁发生了弹性形变，而不是因为汽车发生了形变，故D错误。
故答案为：C。
5．【答案】B
【知识点】桥梁的组成与分类
【解析】【分析】梁式桥是一种以梁为主要承重结构的桥梁，其受力特点是主要依靠梁的抗弯能力来承受荷载，据以上分析解答。
【解答】A、云南建水双龙桥从外观等特征来看，更倾向于石拱桥，以拱为主要承重结构，不是梁式桥，故A错误；
B、广东琶洲大桥属于梁式桥，它以梁作为主要的承重结构，符合梁式桥的特点，故B正确；
C、广西鹧鸪江大桥从结构形式等方面判断，不属于典型的梁式桥，故C错误；
D、贵州北盘江大桥属于悬索桥，主要依靠悬索来承重，不是梁式桥，故D错误；
故答案为：B。
6．【答案】C
【知识点】桥梁的组成与分类
【解析】【分析】（1）梁桥、拱桥的跨度限制：梁桥以梁为主要承重结构，跨度受梁的抗弯能力制约，一般跨度较小；拱桥以拱圈为主要承重结构，跨度受拱圈材料和结构形式限制，跨度不如悬索桥大。
（2）悬索桥、斜拉桥的跨度特点：悬索桥以缆索为主要承重结构，缆索受拉，能有效分散荷载，在各类桥梁中跨越能力最大；斜拉桥跨度较大，但相比悬索桥仍有差距。
【解答】A、梁桥跨度受梁的抗弯能力限制，不适合大跨度，故该选项错误。
B、拱桥跨度受拱圈限制，不适合大跨度，故该选项错误。
C、悬索桥以缆索为主要承重结构，跨越能力在各种桥梁中最大，最适合建造大跨度桥，故该选项正确。
D、斜拉桥跨度较大，但不如悬索桥的跨越能力，故该选项错误。
故答案为：C。
7．【答案】C
【知识点】建筑结构的功能；桥梁的受力
【解析】【分析】 结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力，它与结构的形状、使用的材料、构件之间的连接方式等因素有密切的关系。结构的稳定性是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力，影响因素主要有重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状等。
【解答】 组成结构所使用的材料质量太差影响了结构的强度；组成结构的各构件之间的连接不合格影响了结构的强度；结构设计在实施时存在严重的偷工减料现象，影响了结构的强度，故C符合题意，而ABD不合题意。
故选C。
8．【答案】B
【知识点】桥梁的组成与分类
【解析】【分析】桥梁结构类型相关知识：石拱桥是用天然石料作为主要建筑材料，以拱券为桥身作为主要承重结构的桥梁。
【解答】A、余姚兰墅大桥属于斜拉桥，与通济桥（石拱桥）结构不同，故该选项错误。
B、赵州桥是石拱桥，和通济桥（石砌三孔两墩石拱桥）结构相似，故该选项正确。
C、港珠澳大桥包含多种桥梁结构，主要不是石拱桥结构，与通济桥结构不同，故该选项错误。
D、杭州湾大桥属于跨海大桥，结构为梁桥等，与通济桥（石拱桥）结构不同，故该选项错误。
故答案为：B。
9．【答案】（1）缆索
（2）④；⑥
（3）塔架
【知识点】桥梁的组成与分类；桥梁模型的制作
【解析】【分析】（1）悬索桥的主要承重结构：悬索桥的缆索是主要承重结构，承受拉力，将荷载传递到塔架和锚碇。
（2）悬索桥的构件连接：主梁是桥的主要承载结构，通过吊杆（吊索）将缆索和主梁连接起来，实现荷载的传递。
【解答】（1）序号③是悬索桥的缆索，是主要承重结构，承受拉力。
（2）序号④是主梁，序号⑥是吊杆（吊索），用于连接缆索（③）和主梁（④）。
（3）序号②是塔架，承载缆索（③）产生的向下的力，将力传递到基础。
10．【答案】鱼沼飞梁西依圣母殿，东邻献殿，是介于两座殿宇之间的桥梁，位于鱼沼之上。关于鱼沼，古人以圆形为池，方形为沼，且水中多鱼，故名，是晋水三泉之一。沼上十字形桥梁为“飞梁”。古人云：“飞梁石碴，陵跨水道”，“架虚为桥，若飞也”，故名。《水经注》记载：“沼西际山枕水，有唐叔虞祠，水侧有凉堂，结飞梁于水上。“可见，飞梁应是创建于北魏以前。桥东西长19.6米，宽5米；南北长18.55米，宽4.91米。此桥高出地面1.3米，两侧做成坡桥下斜，与地面相接，形如鸟之两翼。它是集占建园林雕塑壁画、诗文碑刻、古树名木于一体，融、释道于一处的历史遗存，也是世界建筑、园林、雕刻艺术中极为辉煌壮美、堆璨绚烂的篇章。晋祠文化遗存极为丰厚，中国古代建筑史上北宋时期的代表作圣母殿，我国桥梁建筑史上其为罕见的宋代建筑鱼沼飞梁，稳如大败、巧似凉亭的金代建筑献殿.被誉为晋祠三大国宝建筑。
【知识点】建筑结构的功能；桥梁的组成与分类
【解析】【分析】赏析结构设计作品，可从技术与文化两个角度进行。技术的角度主要有：结构功能、稳固耐用、造型设计的创意和表现力、材料使用的合理性，工艺制造的精湛程度等。文化的角度主要有：文化寓意与传达，公众认可的美学原则，反映的时代、民族、习俗方面的特征、结构的个性特征等。
【解答】鱼沼飞梁西依圣母殿，东邻献殿，是介于两座殿宇之间的桥梁，位于鱼沼之上。关于鱼沼，古人以圆形为池，方形为沼，且水中多鱼，故名，是晋水三泉之一。沼上十字形桥梁为“飞梁”。古人云：“飞梁石碴，陵跨水道”，“架虚为桥，若飞也”，故名。《水经注》记载：“沼西际山枕水，有唐叔虞祠，水侧有凉堂，结飞梁于水上。“可见，飞梁应是创建于北魏以前。桥东西长19.6米，宽5米；南北长18.55米，宽4.91米。此桥高出地面1.3米，两侧做成坡桥下斜，与地面相接，形如鸟之两翼。它是集占建园林雕塑壁画、诗文碑刻、古树名木于一体，融、释道于一处的历史遗存，也是世界建筑、园林、雕刻艺术中极为辉煌壮美、堆璨绚烂的篇章。晋祠文化遗存极为丰厚，中国古代建筑史上北宋时期的代表作圣母殿，我国桥梁建筑史上其为罕见的宋代建筑鱼沼飞梁，稳如大败、巧似凉亭的金代建筑献殿.被誉为晋祠三大国宝建筑。
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核心素养
科学观念：运用阿基米德原理等知识，理解浮力与浮桥承重的关系，认识工程设计的科学依据。
科学思维：通过设计、计算、搭建与改进，培养工程设计思维和问题解决能力。
探究实践：通过一些有趣的小活动，初步感受科学就在身边，科学与生活息息相关，初步感悟合作学习和交流分享是学习科学的重要方法；
态度责任：树立成本控制与安全意识，增强团队协作能力，体会科学技术的实际应用价值。
【课前预习】
一、核心原理
阿基米德原理（浮力决定浮桥承重）
二、设计与材料
1、材料：桶装水空桶、饮料瓶、扎带、木条、复合板等（含规格、单价）
2、分工：项目总监、采购员、绘图师、工程师
三、搭建流程
明确问题→设计方案（绘图）→采购材料→搭建→检验→改进→成果发布
四、检验标准
承重性、经济性、稳定性、牢固性、工效性
【课中研学】
一、目标
1.根据浮桥设计要求，明确工程验收标准，设计浮桥施工图纸，培养应用创新思维。
2.通过浮桥的设计与制作过程，初步认识工程的关键是设计，工程是设计方案物化的结果。
3.增强成本控制意识，提高浮桥的性价比；运用科学知识和计算思维，确保浮桥的安全性和稳定性；运用批判性思维，根据实际反馈，不断改进浮桥。
二、器材
材料 规格（每个） 单价 数量
桶装水空桶 体积：19L 质量：800g 高度：50cm 15元/个
饮料瓶1 体积：1.5L 质量：40g 0.5元/个
饮料瓶1 体积：1.5L 质量：40g 0.5元/个
饮料瓶2 体积：500mL 质量：20g 4个/组 1元/组
宽胶带 体积：19L 质量：800g 15元/个
长扎带 高度：50cm 体积：1.5L 质量：40g 0.5元/个
短扎带 长度：25cm 长度：30cm 0.5元/根
木条 长度：1.2m 长度：1m 长度：0.8m 2.5元/根
复合板 任意规格 3元/块
三、过程
1.明确问题。
运用阿基米德原理和力学相关知识，利用身边的简易材料，用较低的成本搭建一座长6m、可供一个约70kg的人安全通行的浮桥，浮桥要具有稳定性和牢固性。
2.设计方案。
（1）分工讨论。由于浮桥搭建工程比较复杂，全班分成6个小组，每个小组一张采购单（提供100元资金），每组负责建造1m长的浮桥。将小组的分工安排填写在表中，项目总监组织讨论浮箱的设计。
分工 项目总监 采购员 绘图师 工程师（3～4名）
职责 负责人员分配，组织讨论，督促项目实施，辅助工程师搭建浮桥，汇报浮桥的优缺点 统计需要用到的材料，用代金券去老师处采购；负责材料的整理及多余材料的处理 汇总小组意见，根据计算得出的材料数量，绘制图纸 给设计提建议，按设计方案组织成员搭建浮桥（搭建完成时，1名工程师与项目总监请老师验收浮桥）
负责人
（2）绘制图纸。根据讨论结果，确定浮桥搭建方案，画出设计草图。（工程图纸需要标注尺寸和材料名称）
3.实施计划。
（1）选择材料。根据图纸确定材料的数量，填好材料采购单。杭州市丁荷中学“浮桥大冒险”。
（2）采购材料。采购员凭采购单采购材料，并免费领取所需的建造工具。
（3）搭建浮桥。根据浮桥设计图进行搭建，记录建造浮桥所用的时间。
4.检验作品。搭建完毕，对搭建的浮桥进行检测。检测标准如下（每条标准根据好、中、差分别记3、2、1分）：
①承重性：这段浮桥至少能承载一个人（承载质量越大，得分越高）。
②经济性：采购单上的费用不超过100元（用钱越少，得分越高）。
③稳定性：工程师能稳定站立于浮桥之上（站立时间越长，得分越高）。
④牢固性：不散架和变形（零件掉落越少，不变形，得分越高）。
⑤工效性：搭建时间不超过20min（所用时间越短，得分越高）。
5.改进完善。在工程师检测浮桥的过程中，项目总监及时地发现和记录浮桥存在的缺陷，对存在的问题组织讨论，也可以对比其他小组的浮桥，改进作品，找到解决方案，并将讨论结果记录在表中。
6.发布成果。对作品修改和完善后，展示和发布成果。
（1）设计图纸展评。设计图纸包括设计意图、设计特色、小组设计制作过程中的感悟等。
（2）浮桥改建连接。根据完善的方案进行改建，全班把各组的短浮桥连接成一座长6m的浮桥，并在浮桥上铺设木板，搭建成一座可供人通行的临时浮桥。（3）使用最优浮桥。对本年级各班的浮桥进行评比，最好的浮桥永久保留，并在需要时供人通行。
四、问题讨论
在整个浮桥搭建工程实践过程中，你遇到了哪些困难？是如何克服困难的？搭建浮桥的过程中有哪些收获？
【课堂总结】
【课堂练习】
1.在某市的一条跨度较小的内河上建有一座如图甲所示的桥梁。现准备对桥梁结构进行改造，移除原先支撑梁板的墩柱，将该桥梁改造成如图乙所示。请回答第7~8题。
（1）与图甲相比，图乙的梁板应该重新进行设计，以提高强度，增强的性能是(　　)
A．抗压 B．抗扭转 C．抗弯曲 D．抗拉
（2）下列各种说法中，最能有效增加图乙梁板强度的是 (　　)
A．使用具有一定厚度的长条状的石板作为桥的梁板
B．浇筑混凝土梁板时，在梁板的不同位置分别放置钢筋
C．浇筑混凝土梁板时，添加能迅速使混凝土凝结的添加剂
D．增加梁板的长度
2．如图为某桥梁施工中的预制梁场，其优点是（　　）
A．缩短工期 B．降低精度 C．增加成本 D．依赖天气
3．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
4．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。
5．桥的研究
（1）港珠澳大桥是我国境内连接香港、珠海和澳门的桥隧工程，全长55公里，是目前世界上最长的跨海大桥，也是我国交通史上技术最复杂、建设要求和标准最高的工程之一，它在2018年 10月24 日开通运营
港珠澳大桥图示部分的桥体从结构上看属于我们学过的　 　桥。这种桥的特点是跨度大，抗风性能好，稳定性强。
（2）小科和他的研究小组要共同设计建造一座桥。要求桥能跨越20cm 宽的峡谷，桥面的宽度要大于10 cm，至少能承重200 g的小车。图1是他们第一次设计的结构图。
①设计中，如果小科将桥面的宽度增加到20cm，那么桥面的承重能力会　 　。
②他们将桥面设计成圆纸管平铺(图4)，其最终目的是　 　。
③第二次改进时(图3)，增加了桥塔设计，下列三种设计中，如果其他条件相同，缆绳承受拉力最小的是　 　。
④用对比实验研究“桥塔高度对桥面承重能力的影响”，题(2)③中的三种桥梁设计图中，最合理的选择是　 　和　 　。
⑤从结构上看，图3结合了　 　和　 　两种桥的设计结构
【课后练习】
1．近几十年来，我国的基础建设一骑绝尘，被人们乐称为“基建狂魔”，桥梁的建造是一个国家和地区基础建设的重要内容之一。学习了“桥梁的结构与制作”后，你认为下列说法中，正确的是（　　）
A．桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，其分类依据主要是桥梁外观形状
B．桥梁的荷载只包括桥梁承载的车辆与行人的重量
C．桥的主梁在荷载作用下，上、下两侧均发生拉伸形变
D．析架的横杆、竖杆、斜杆三种杆件中，对析架的稳定性起决定作用的是斜杆
2．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．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响
D．设计中计算最大荷载时应考虑各种可能的受力情况
3．如图所示为某悬索桥的结构示意图，以下关于该桥各构件主要受力形式分析不正确的是（　　）
A．设计中计算应力时应考虑各种可能的荷载
B．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响
C．主索受拉，吊索受拉，塔柱受压
D．刚性梁受弯曲，锚碇受压
4．如图，玩具汽车停在模型桥面上。下列说法正确的是（　　）
A．桥面受向下的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变
B．汽车没有发生形变，所以汽车不受弹力
C．汽车受向上的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变
D．汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了形变
5．下面的桥梁中，属于梁式桥的是（　　）
A．云南建水双龙桥 B．广东琶洲大桥 C．广西鹧鸪江大桥 D．贵州北盘江大桥
6．桥梁是供铁路、道路、渠道、管线及行人等跨越河流、山谷或其他障碍物时使用的具有承载能力的专门的人工构造物。下列几种常见的桥梁中，最适合建造大跨度桥的是（　　）
A．梁桥 B．拱桥 C．悬索桥 D．斜拉桥
7．某地一座桥突然整体垮塌，经过调查得知，这次事故主要是因为工程质量问题，主要问题如下：桥的主要受力拱架钢管焊接质量不合格，存在严重缺陷，个别焊缝有陈旧性裂痕；钢管内混凝土抗压强度不足，低于设计标准的 ；连接桥梁、桥面和拱架的拉索、锚具和锚头严重锈蚀。根据材料，下列选项中，不属于该桥坍塌的主要原因是 （　　）
A．组成结构所使用的材料质量太差影响了结构的强度
B．组成结构的各构件之间的连接不合格影响了结构的强度
C．结构形状的设计错误影响了结构的强度
D．结构设计在实施时存在严重的偷工减料现象，影响了结构的强度
8．余姚城中有一座横跨姚江的石砌三孔两墩石拱桥————通济桥。该桥原是姚江上最长、最高的桥，故有“浙东第一桥”之说。通济桥有较高的历史价值和艺术价值，是全国重点文物保护单位，下列桥梁中，与它结构相似的是( )
A．余姚兰墅大桥 B．赵州桥 C．港珠澳大桥 D．杭州湾大桥
9．如图所示为悬索桥的主要结构示意图。请回答下列问题：
（1）悬索桥结构图中，序号③的名称是　 　，是悬索桥的主要承重结构。
（2）桥的主梁是图中的序号　 　，通过吊杆或吊索，即图中的序号　 　将桥的结构③和④连接起来。
（3）悬索桥的结构②承载着结构③产生的向下的力，结构②的名称是　 　。
10．鱼沼飞梁位于山西省太原晋祠的圣母殿前，是一座精致的古桥建筑。鱼沼飞梁是中国少有的一种十字桥梁形式，桥面呈十字形，四向相通，东西宽阔。中心石柱上置大斗，斗上置十字形华拱承托梁架，承托梁枋，华拱与梁枋改变了石桥面的推力传递方向，使重量垂直传到桥柱上，桥柱从梁枋荷载角度分布间距宽窄不等。古往今来，桥梁多为“一字形”或拱形，唯有此桥连通沼之四岸，桥面结成“十字形”，被誉为我国最早的十字形立交桥的雏形。
请从技术、历史和文化角度欣赏“鱼沼飞梁”。
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