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(共26张PPT)
第 八 章 运 动 和 力
第5节 跨 学 科 实 践 桥
创设情景，引入新课
几千年前，人们为跨越小溪，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。
桥梁的结构
中国拥有许多古老而具有特色的桥梁，这些桥梁不仅是交通和交流的通道，也承载着历史和文化的传承。
桥梁的结构
1.桥梁设计的两大关键是
和 。
2.桥梁可以根据 和 分类。
材料
结构
结构
形状
梁桥
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。
拱桥
以拱为主要承重结构的桥，跨越能力较大，适用于宽阔河流或深谷等跨度较大、地基较好的桥梁工程。
悬索桥
斜拉桥
以缆索为主要承重构件的桥梁，悬索桥适用于超大跨度桥梁建设，如跨越宽阔的海峡或大河等。
以斜拉索为主要承重构件的桥梁，斜拉桥适用于大跨度且有通航桥梁建设。
3.桥梁由 和
组成。
桥面
承重结构
防止桥面弯曲
桥梁的整体设计原理是 。
桥梁的力学分析
探究实验：桥梁承重时的形变和受力
【实验方案】
用一块表面画有方格的海绵块模拟桥面，用手按压海绵块来模拟负载(桥梁承载的东辆、行人等对桥面的压力)。观察海绵块的
形变程度，并
记录。
【实验过程】
控制两个支撑物体之间的距离不变，用力按压海绵块，观察海绵上下层方格的形变程度，上层方格被挤压变窄，下层方格被拉长变宽；逐渐增大力度，观察海绵形变程度的变化。
【分析论证】
用较小的力度按压海绵块时，上层方格被挤压较窄，下层方格被拉拉伸较长。
用较大的力度按压海绵块时，上层方格被挤压更窄，下层方格被拉拉伸更长。
【实验结论】
桥梁上表面受到 ，下表面受到 。当负载增加时，桥梁弯曲 会随之增加，如果弯曲形变超出 ，桥梁就可能发生坍塌。
压力
拉力
形变程度
桥梁允许的形变范围
如果你是一名桥梁工程师，如何避免桥梁发生大的弯曲形变，提
高桥梁承重能力，避免桥梁坍塌呢
1.支撑结构受力情况
① 是以梁为主要的承重结构的桥，结构最简单的桥。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。
梁桥
② 是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的压力，并传递到如图所示的桥台和支撑结构上的桥梁。
拱桥
③ 是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
④ 是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
2. 所有 的合力与 的合力平衡。
3.根据 条件，无论什么样的桥梁结构，都会产生一个向上的合力作为桥面的 。
支撑桥面的力
桥面及负载
二力平衡
支撑力
支撑结构产生一个向上的合力，与桥面及负载的合力平衡
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，观察皮筋的形变，思考拱桥形状与桥面负载的关系？
手在施加压力的同时，橡皮筋逐渐被拉伸，拱桥的弧度逐渐变大。
拱形能把压力向下传递给相邻的部分在两端产生外推力和下压力，而且弧度越大，它的外推力越大，下压力越小，承重能力也就越强。
如何在桥梁负载增加时保持桥梁结构稳定、不易弯曲，这也是设计桥梁应考虑的问题。哪种几何元素构成的物体稳定性好呢
探究实验：几何体的稳定性
【实验方案】
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。利用悬挂重物对以上结构施加向下的力。比较三角形、矩形结构的稳定性有什么不同？
【实验过程】
利用悬挂重物对以上结构施加向下的力。实验中发现，三角形结构的物体受力时形状保持不变；矩形结构的物体受力时水平部分弯曲。
【实验结论】
利实验发现，三角形具有很好的结构稳定性。它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。
设计并制作一座自己的桥
【活动目标】
设计并制作一座可承载重物的纸桥，至少能跨越25cm的峡谷，宽度大于10cm，最小承重为0.2N。
【设计说明】
一张纸的表面大，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分散到各个支撑点上，三角形具有稳定性，纸桥就能支撑住物体的重量。　　
制作时可采用两张A4纸，一张折成波浪形垫底、一张做桥面。既能承重，又能使桥面平整。
【方案实施】
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. 制作步骤：
①将一张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；
②将一张A4纸用剪刀剪出一条宽2cm 的长条；并分成两半，用胶水粘成圆环形，做承重桥墩。
③将折好的波浪形A4纸垫底、另一张A4纸做桥面和桥墩组装起来，简易的纸桥便制作而成。
【测试要求】
1. 在桥上放置重物，且放上后需至少保持5s，纸桥不塌落，记下纸桥承重；
2. 同学们可分组进行，每组可尝试3次，取最高成绩。
组名
承 重
1
2
……
【交流讨论】
通过进一步实验可以发现，A4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A4纸折叠的楞的多少，以及张开的角度等都会影响纸桥的承重能力。同时如果将桥墩折成波浪形，则桥梁的稳定性也会大大增加。
中国正从桥梁大国迈向桥梁强国!一座座雄伟壮丽的现伏化桥梁正在把跨越大江、大河、高山、峡谷的千年梦想变成现实。纵观祖国大地百万座大桥，从赵州桥到港珠澳大桥，连接时代明的宏伟大桥正在贯通华夏大地!
观看视频：中国是世界桥梁建设第一大国
课堂练习
1.下列是常见桥梁的示意图，其中属于悬索桥的是_______ ，属于斜拉桥的是________，②中桥拱的作用是防止_______弯曲。
③
④
桥面
2.兰州中山桥是黄河上游修建最早和唯一保存至今的近现代钢架桥梁，属于全国重点保护文物，为了提升这座已通行百年的桥抵御自然灾害的能力，将其整体抬高了1.2m。做桥梁的钢架属于( )
A.非金属材料 B.有机合成材料 C.复合材料 D.金属材料
3.当三角形顶部受到压力时，关于两侧杆及底下横杆受到的力的方向，下列图中正确的是 （　　）
D
B
课堂小结
桥
梁桥
桥梁的结构
桥梁的力学分析
拱桥
悬索桥
斜拉桥
桥面承重时的形变和受力
支撑结构受力情况
探究几何体的稳定性
设计并制作一座自己的桥
设计
测试
制作
评估
下 课
Thanks!
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