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新课导入
同学们，薄薄的鸡蛋壳看似一碰就碎，可用力握住却很难握碎。建筑师从蛋壳和拱形结构中汲取灵感，建造出了无数坚固的建筑。今天我们就学习《蛋壳与薄壳结构》，解锁其中的科学奥秘。
苏教版小学科学五年级上册第五单元 仿 生
18.蛋壳与薄壳结构
1.认识拱形与薄壳结构，知道二者分散压力、承重能力强的特点。
2.通过平桥与拱桥抗压对比实验和蛋壳抗压实验，能解释拱与薄壳的承重逻辑。
3.了解拱形、薄壳结构在建筑与生活中的广泛应用。
学习目标
一、观察感知，初识拱形结构
1、观察蛋壳形态，建立拱的概念
请同学们拿出准备好的鸡蛋，在蛋壳表面画一条线，从侧面观察这条线是什么形状的？
从侧面观察，这条线是弯弯的弧形，像拱一样。
一、观察感知，初识拱形结构
1、观察蛋壳形态，建立拱的概念
外形为弧形的建筑结构就称为拱。古今中外很多建筑都用到了拱结构，以此提升自身的坚固程度。
一、观察感知，初识拱形结构
2、阅读案例，感知拱的应用
阅读教材中赵州桥和重庆朝天门长江大桥的内容，说一说这两座桥梁有什么共同特点？
一、观察感知，初识拱形结构
2、阅读案例，感知拱的应用
阅读教材中赵州桥和重庆朝天门长江大桥的内容，说一说这两座桥梁有什么共同特点？
它们的桥身都是拱形的，都属于拱桥；而且跨度都很大，结构非常坚固。
赵州桥由隋代工匠李春设计建造，距今已有1400多年，是世界上现存年代最久远、跨度最大、保存最完整的石拱桥；重庆朝天门长江大桥552米的主跨曾刷新世界纪录，代表我国大跨度拱桥技术跻身世界前列。
二、实验探究，揭秘拱的承重秘密
1、平桥与拱桥承重对比实验
（1）用两张完全相同的 A4 纸，分别做成平桥和拱桥，保持桥墩跨度完全一致。
（2）往桥面中间逐个添加相同的木块，记录每座桥能承受木块的个数。
实验设计：
大家先预测一下，哪座桥能承受更多的木块？
应该拱桥能承受更多木块，拱形看起来比平面更结实。
猜 测：
二、实验探究，揭秘拱的承重秘密
1、平桥与拱桥承重对比实验
（1）平面桥和拱形桥的桥间距必须一样；
（2）所承重物必须一样；
（3）测量时重物要轻拿轻放，减少对桥面的撞击力；
（4）一张纸只能做一次实验，不能重复使用；
（5）承重重物数量为桥面倒塌时的数量减1。
实验注意事项：
二、实验探究，揭秘拱的承重秘密
2、观看视频，学会实验方法再进行实验。
二、实验探究，揭秘拱的承重秘密
1、平桥与拱桥承重对比实验
实验记录：
√
√
相同条件下，拱桥的承重能力比平桥强很多。
实验结论：
二、实验探究，揭秘拱的承重秘密
2、 拱的压力分解原理
为什么拱形能承受更大的重量？压力在拱形结构上是如何传递的？试着用箭头在图中标出拱将压力分解的方向。
压力从拱顶竖直向下施加，会沿着拱形的弧面向两边分散，最终传递到两侧的桥墩位置。
二、实验探究，揭秘拱的承重秘密
2、 拱的压力分解原理
假如拱的两侧没有坚实的基础，拱的承重力还会这么大吗？
不会。如果两侧没有坚固的基础抵住，拱的两边会被压力向外撑开、发生变形，拱的承重力就会大幅下降。
3、寻找建筑中的拱结构
二、实验探究，揭秘拱的承重秘密
观察南京的无梁殿和古罗马的水渠，找一找它们和拱桥有什么共同点？
它们都包含大量的拱形结构，都是利用拱来分散压力、提升建筑的承重能力，让建筑更加坚固耐用。
三、深度探究，蛋壳与薄壳结构
1、探究蛋壳抗压奥秘
实验一：手握生鸡蛋
请大家用整个手掌均匀攥住 1 枚生鸡蛋，慢慢用力握一握，试一试能不能把鸡蛋握碎？（注意：要均匀用力，不要用指甲抠。）
用了很大的力气也很难把鸡蛋握碎，薄薄的蛋壳居然能承受这么强的握力。
三、深度探究，蛋壳与薄壳结构
1、探究蛋壳抗压奥秘
实验二：4枚鸡蛋承重实验
（1）将4枚鸡蛋立在桌面上（每枚鸡蛋的上下两端用塑料瓶盖固定）；
（2）在上面放一块平板；
（3）再在平板上逐个加放重物。
实验设计：
重物要轻放，逐步放，越往后重物越要小心轻放。
注意：
实验现象：
4枚鸡蛋能承受很多本书的重力。
实验结论：
鸡蛋壳虽然很薄，但能承受很大的压力。
1、探究蛋壳抗压奥秘
实验二：4枚鸡蛋承重实验
三、深度探究，蛋壳与薄壳结构
1、探究蛋壳抗压奥秘
实验三：蛋壳凸面与凹面对比
三、深度探究，蛋壳与薄壳结构
注意：铅笔要从同一高度下落，蛋壳的断裂面要平整，蛋壳无裂纹。
实验设计：
如右图：用铅笔分别从蛋壳的凸面（蛋壳外面）和凹面（蛋壳里面）向下戳，哪种情况下蛋壳不容易被戳破？
1、探究蛋壳抗压奥秘
实验三：蛋壳凸面与凹面对比
三、深度探究，蛋壳与薄壳结构
当外力从凸面施加时，压力会沿着蛋壳的弧形向四周均匀分散，力被分摊到整个蛋壳上，局部受到的力很小，所以蛋壳不容易被戳破。当外力从凹面施加时，力无法向四周有效分散，会集中在受力的那一个点上；所以蛋壳容易被戳破。
实验现象：
从凸面往下戳的时候，蛋壳不容易破；从凹面往里戳，蛋壳很容易就破了。
现象分析：
1、探究蛋壳抗压奥秘
如果经过蛋壳上的某一点画拱，你能发现蛋壳承重的奥秘吗？
三、深度探究，蛋壳与薄壳结构
蛋壳是球形的曲面，从任何一个点看都有拱形结构。受到压力时，力会被均匀分散到整个蛋壳上，所以虽然蛋壳很薄，却能承受很大的力。
蛋壳这种曲面结构，能将受到的压力均匀分散到壳体的各个部分，实现 “薄而抗压”。工程师正是从蛋壳中得到启示，发明了轻薄又坚固的薄壳结构。
2. 薄壳结构的生活应用
阅读资料，说一说薄壳结构的建筑有哪些优点？生活中还有哪些薄壳结构的物品？
三、深度探究，蛋壳与薄壳结构
2. 薄壳结构的生活应用
阅读资料，说一说薄壳结构的建筑有哪些优点？生活中还有哪些薄壳结构的物品？
三、深度探究，蛋壳与薄壳结构
2. 薄壳结构的生活应用
说一说薄壳结构的建筑有哪些优点？生活中还有哪些薄壳结构的物品？
三、深度探究，蛋壳与薄壳结构
薄壳结构的优点是用料少、抗压能力强，还有很好的结构美感。生活里的国家大剧院、安全帽、灯泡、雨伞、石拱门，都用到了相关原理。
安全帽是日常生活中非常重要的薄壳结构用品。受到撞击时，它能把冲击力均匀分散到整个壳体，保护我们的头部安全，是关键的 “生命保护罩”。
课堂小结
通过本节课的学习，我们知道了拱和薄壳结构的承重特点，掌握了对比实验的探究方法，学会了分析结构与功能的对应关系，懂得了仿生设计的基本原理。
一、填空题
1.外形为弧形的建筑结构称为______。
2.隋代工匠李春设计建造的______，是世界上现存年代最久远的石拱桥。
3.蛋壳能将压力均匀分散到壳体各处，工程师受此启发发明了_____结构。
4.薄壳结构的核心优点是______、抗压能力强。
5.生活中常见的______（举一例）是利用薄壳结构原理制作的物品。
课后作业
拱形
赵州桥
用料少
薄壳
安全帽
课后作业
二、判断题
1.相同条件下，平桥的承重能力比拱桥更强。（ ）
2.拱形结构能将压力向两侧分解，依靠拱脚的基础承担推力。（ ）
3.用手掌均匀攥住生鸡蛋，很容易就能把鸡蛋握碎。（ ）
4.蛋壳凸面受力时，比凹面受力更不容易被戳破。（ ）
5.薄壳结构建筑用料多、自重大，但坚固性很强。（ ）
6.安全帽利用薄壳结构分散压力的原理，保护人的头部安全。（ ）
√
×
√
√
×
×
课后作业
三、选择题
1.下列建筑中，不属于拱桥的是（ ）
A.赵州桥 B.重庆朝天门长江大桥 C.南京无梁殿 D.国家大剧院
2.拱形承受竖直压力时，力的传递方向是（ ）
A. 只向下传递 B. 向拱的两侧分散传递
C. 只向上传递 D. 集中在拱顶不动
3.生鸡蛋不容易被攥碎的根本原因是（ ）
A. 蛋壳厚度大 B. 球形曲面均匀分散压力
C. 蛋壳材质极硬 D. 手的力气不足
4.下列物品中，没有利用薄壳结构原理的是（ ）
A. 雨伞 B. 白炽灯泡 C. 平板玻璃 D. 安全头盔
D
B
B
C
课后作业
四、连线题：
灯 泡
拱形结构 安全帽
赵州桥
薄壳结构 石拱门
国家大剧院
课 程 结 束

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