资源简介

结构与设计
【使用说明】
1、课前完成B案：阅读教材并填写学案，记住基础知识，标记疑难问题。
2、课堂完成C案：课堂探究解决疑难问题；当堂检测巩固所学知识。
3、课后完成A案：拓展深化知识。
B案（课前预习）
要求：（1）利用课前20分钟，完成下列学案内容。
（2）熟记，理解课本重点知识，找出自己不明白的问题。
【学习目标】
1、了解结构的含义，从力学角度理解结构的概念和一般分类，会分析相关案例。
2、能通过技术试验分析影响结构的稳定性和强度的因素，并写出试验报告
3、能从技术和文化的角度欣赏并评价典型结构设计的案例
【重点难点】
结构与力；结构的类型；影响结构稳定性和强度的因素。
【知识要点】
1、结合课本举例得出结构的含义：
（1）结构：事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列，确定的搭配和排列决定了物体的性质和形态。结构的各组成部分，通常称为构件。
（2）结构与力：从力学角度来说，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。简单的说，结构的本质就是为了承受力和抵抗变形。
一般结构会受到以下五种力：拉力、压力、剪切力、弯曲力和扭转力。
构件的基本受力形式：拉力、压力、剪切力、扭转力和弯曲力。
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
弯曲力 作用于物体 ,使它产生弯曲的力
2、结构的类型： 实体结构、框架结构、壳体结构
（1） 实体结构：结构体本身是实心的结构。受力特点：外力分布在整个体积中。如：铅球、实心墙、大坝、铁锤、冰山、泰山等。
（2） 框架结构：结构体由细长的构件组成的结构。受力特点：支撑空间而不充满空间。如：栅栏、铁塔、脚手架、板凳、鸟巢、楼房、课桌、餐桌、床等。
（3） 壳体结构：层状的结构。受力特点：外力作用在结构体的表面上。如：贝壳、飞机汽车的外壳、安全帽、贝壳。
3、结构与稳定性
（1）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。
例如：台风过后，东倒西歪的广告牌或标牌；因货物堆得过高而弯道处返倒的三轮车；路边倒地的自行车等。（因为当物体受到外力作用时，原有的平衡状态被打破而出现的不稳定现象。）
（2）影响结构稳定性的主要因素
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。
①重心位置的高低：重心越低,稳定性越好；重心越高,稳定性越差。
结构重心所在点的垂线是否落在结构底面的范围内，落在底面就是稳定的，没有就是不稳定的。
②结构的底座，结构与地面接触所形成的支撑面的大小。
支撑面越大越稳定，越小越不稳定。如：高塔的共同特点都是上端小而下端大。
③结构的形状
结构的形状不同，其稳定性也不同，如板凳只有两条腿就不稳定，而有不在同一条直线上的三条腿就有比较好的稳定性。
影响结构稳定性的因素是相互关联的，需要综合考虑各种因素来讨论结构的稳定性。
4、结构与强度
（1）结构的强度：是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。
如：在拔河比赛中，绳子被拉断了，说明绳子不具有抵抗两队拉力的能力；6级地震中一幢小楼倒塌了，说明这座小楼不具有抵抗6级地震的能力。
（2）影响结构强度的主要因素：
结构的强度与结构的形状、使用的材料、构件之间的连接方式等因素有密切的关系。
不同形状的结构有着不同的强度。例如：吊兰支撑架使用三角支架结构，而不使用由一根直杆挑起的结构；在建筑物两根平行支撑柱之间增加一根斜柱；A字形梯子不采用铝合金薄片，而采用长方形截面的构件。这些都是为了增加结构的强度。
材料方面：吊兰的三角形支架使用的是钢管而不是木条或塑料，是因为钢管抗拉力性能好。
连接方式：吊兰的三角形支架的构件是焊接的而不是捆绑的，是因为这种连接方式更牢固。
①结构的形状: 三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳定，所用材料最少。
②结构的材料与连接：不同材料构成的结构，其强度各不相同。
一个坚固的梁的材料必须具有好的抗拉力、压力、剪切力和扭曲力的性能，所以，梁通常由不止一种材料制成。如一根混凝土梁含有加固钢筋，混凝土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力，它们共同形成了非常牢固的结构。
结构构件的连接通常有两种：
1）铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动，具体有松螺栓、松铆等。如：折叠伞伞骨间的连接、门与门框的连接等。
2）刚连接：被连接的构件在连接处既不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等，如：固定铁床架的连接、不可移动的桌腿与桌面的连接等。
自主学习：
1、指出下列物体的结构类型，并写出受力特点。
物体结构 实体结构① 框架结构② 壳体结构③ 受力特点
栅栏
圆形陶瓷装饰品
冰山
高层建筑的穹顶
钢化玻璃锅盖
竹排
汽车外壳
2、好多药瓶的瓶盖侧面都设计有密集的竖条纹，其目的是 ，有的矿泉水瓶子有若干凸起的横向纹路，它的作用是 ， 。
3、不同的材料一般采用不同的连接方式，金属一般采用 方式，木材一般采用 方式，塑料一般采用 方式，玻璃一般采用 方式。
4、我国的硬木家具之所以受到世界瞩目的主要原因是 。
5、赵州桥最大的科学贡献在于它的“ ”的创造。
C案（课堂探究）
一、合作探究
要求：自主思考，小组讨论，成果展示，教师点拨。
1、当出现交通事故时，摩托车手的头盔是如何避免外力对头骨的撞击的？请回答头盔属于什么结构类型？分析头灰的受力情况，并举出类似的物品或产品二到三件。
2、人们最早利用混凝土的时候，只是把它当作人造石材。作为人造石材的混凝土与一般石材一样，虽然有较好的耐压性能，但是经不起拉力。当人们把混凝土跟钢材结合起来做梁后发现：这样的梁既能受压，也能受拉（因为钢材结合起来做梁后发现：这样的梁既能受压，也能受拉（因为钢材善于受拉，混凝土善于受压），其强度比用混凝土做成的梁的强度大得多。
（1）钢筋混凝土梁中混凝土主要是起着抗压的作用，而钢筋主要是起抗拉的作用，如下图，楼板和阳台的加固钢筋位置都安装正确的是（ ）
（2）、任何构件在设计和使用过程中都要考试构成材料的各种属性，下图中上部钢筋混凝土构件使用最优的是
（3）、钢筋混凝土梁中比无钢筋的水泥梁的 强度更强
A、抗弯 B、抗压 C、抗拉 D、抗剪
思路：
3、小明制作了一个卡通造型的花盆架（如图所示，脚掌由铁板制成，其余部分为钢筋材料）。
（1）制作中，小明使用了手锯，请将锯条上椭圆内区域的放大图绘在答题纸指定位置。
（2）花盆架脚掌与钢筋的连接方式最优的是（ ）
A捆绑 B黏结 C焊接 D铆接
（3）在花盆架中，两个脚掌之间连接有钢筋，其作用主要是
（4）小明设计了一个简易的试验方案，他用花盆作为试验器材，来检验该花盆架在平地上站立时左右翻倒的稳定性。请在下列横线上补全试验方案的内容。
试验名称：
试验目的：
试验准备：带有不同重量标记的花盆若干，待测试花盆架
试验过程：将花盆架在平地上站立放稳：
（5）若花盆架左右稳定性不够，为了提高其稳定性，请提出一条具体的改进措施：
4、案例分析：
探究：中国古代建筑的结构多以木材为材料。请你从材料与构件的连接方式等角度, 分析中国古代建筑稳固的原因。
中国古建筑以木材、砖块为主要建筑材料，以木构架结构为主要结构方式，此结构式由立柱、横梁、顺模等主要构件建造而成，各个构件之间的连接点以榫卯相吻合,构成富有弹性的框架。
木构架结构有很多优点。首先，承重与围护结构分工明确，屋顶重力由木构架来承担，外墙起遮挡阳光、隔热防寒的作用，内墙起分割室内空间的作用。由于墙壁不承重，这种结构赋予建筑物以极大的灵活性。其次, 有利于防震、抗震。木构架结构很类似今天的框架结构，由于术材具有的特性，且构架的结构所用斗拱和榫卯又都有若干伸缩余地，因此在一定限度内可减少由地震对这种构架所引起的危害。“墙倒屋不塌”形象地表达了这种结构的特点。
斗拱也是中国木构架建筑特有的结构构件，由方形的斗、升和矩形的拱、斜的昂组成。在结构上挑出承重，并将屋顶的大面积荷载经斗拱传递到柱上。它有一定的装饰作用，又是屋顶和屋身上的过渡。此外，它还是封建社会中森严的等级制度的象征和重要的建筑尺度衡量标准。
斗拱一般使用在高级的官式建筑中，称为大式建筑。大体可分为外檐斗拱和内檐斗拱，外檐斗拱中“斗”是最下面的构件，斗口的大小决定着整个建筑的尺寸，“拱”指木，“昂”是斗，拱中斜置的构件室外为下昂，室内为上昂。
因为斗拱的重要性，历代建筑对它十分重视，使它成为判断建筑时代的重要标志之一。
技术角度：结构使用功能的实现、结构的稳固耐用、结构造型设计的创意和表现力、材料使用的合理性、工艺制造的精美程度。
文化角度：结构的文化寓意与传达、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。
二、当堂训练
巩固练习
1、赵州桥是隋朝著名匠师李春修建的，是当今世界上年代最久跨度最大的敞肩型石拱桥。所谓敞肩型就是大拱两肩砌了4个并列的小孔，这四个小孔的作用是
①增大流水通道 ②减少冲力，加速泄洪 ③减少桥身重力 ④节省石料
A、①②③ B、②③④ C、①②③④ D、①②④
2、《建筑抗震设计规范》中明确规定：在地震多发区建造多层砖混结构建筑物，尤其是大空间大跨度的建筑物，禁止使用水泥预制构件（尤其是水泥预制圆孔楼板）。这考虑到了影响结构稳定性因素中的
A、形状 B、材料 C、重心位置 D、连接方式
3、钻石有令人难以置信的强度，就是因为它的分子结构为四面体，每个四面体都有四个角、四个面和六条边，每一个面都是一个三角形，说明钻石的强度与 有关。
A、结构的形状 B、使用的材料 C、构件之间的连接方式 D、稳定性
4、在这次冰雪灾害中，南方部分输电电塔倒塌，其主要原因是承载力不够，结构稳固性低。若要提高电塔稳固性，下列说法不正确的是
A、增加竖向支撑构件的数量 B、加粗竖向支撑构件的尺度
C、增大电塔底部支撑面积 D、增大上部水平连接构件的数量
5、我们常用的A形梯不直接采用铝合金片，而用长方形截面的铝合金构件，这说明了 影响着结构强度
A、材料 B、构件的形状 C、重心的高低 D、连接方式
6、小明的铝合金书架断裂了，他最好采用哪种连接方式进行修补
A、焊接 B、榫接 C、胶接 D、铆接
7、汽车的传动轴主要受力的作用是
A、拉力 B、压力 C、弯曲力 D、扭转力
8、自行车的辐条，一头穿在轴盘上，另一头拧在穿过轮圈的空心螺纹上，辐条在工作中的承受力是
A、拉力 B、压力 C、弯曲力 D、扭转力
9、黎明同学为了装饰开国大典缩微图，用木条、乳胶等制做长方形像框，共有四种设计方案。你认为不合适的方案是
10、小兰家的茶几的一个铁质脚断裂了，她最好采用那种连接方式进行修补
A、焊接 B、榫接 C、胶接 D、铆接
11、以下哪种结构是受自然界对结构设计形状的启发而产生的
A、电灯泡 B、乒乓球 C、飞机的机翼 D、篮球架
12、分别在一根竹杆和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物，竹杆比脆性塑料杆能挂列多重物而不会断裂，说明了 影响结构的强度
A、材料 B、结构的形状
C、构析横截面形状 D、构件的连接方式
13、在日常生活中，你所见到的以下哪一个结构是不属于利用不稳定的结构实现某些功能的
A、游乐设施的跷跷板功能结构 B、房间门口的活页功能结构
C、学校运动场的篮球架结构 D、圆珠笔的笔嘴结构
14、家用落地风扇的底座一般做得比较重，这是为了
A、增加风扇的强度 B、增加电风扇的稳定性 C、安装电线的需要 D、更加美观
A案（课后拓展）
课后拓展一
1、走刚丝的人手上拿着一条长棒的目的是（　）
A、美观 B、降低重心 C、调节重心 D、支撑
2.下列结构是受自然界事物结构启发而产生的（　）
　　A、口杯 B、衣服 C、飞机 D、手表
3、设计一个方便人户外活动携带，保护卫生、环境污染的水壶，则该产品的结构应是（）。
A 、折叠式不锈钢杯 B、塑料壶 C、一次性杯D、铁水壶
4、可以用受力结构的稳定性来解释的事实是( )
A 拔河的绳子断裂 B 广告牌被台风吹倒
C 鸡蛋在某种情况下可以承受很大的外力 D 耳机与电脑主机的插口接触不良，听不到音乐
5、 分析下列物体的结构类型，判断哪个不属于壳体结构。（ ）
　　　　A、摩托车头盔 B、圆形陶瓷饰品 C、贝类 D、金字塔　
6、现实生活中的艺术品可以说是数不胜数。比如，不倒翁，它在某些艺术家的眼中被称为是“幽默的线条”。原因总是“不倒”，那么我们看其“不倒”的原因是
A、构成其材料的强度大 B、其形状美观性较好
C、其重心低 D、其重心低，并且底部是光滑的弧面
课后拓展二：2008年9月25日，我国“神舟”七号载人飞船在酒泉卫生发射基地成功发射，标志着中国已跨入了载人航天工程的第三步，同时开展了相关的空间科学与应用实验。
1、观察“神舟”七号发射图，下列对运载火箭主体和发射塔主体部分的设计结构，判断正确的一组是 ①实体 ②壳体 ③框架
A、①② B、①③ C、②③ D、②①
2、“神舟”七号是利用液氢和液氧做助推剂的，对这种助推剂的优点判断正确的一项是
①不会对环境造成污染 ②热值高 ③爆炸极限宽 ④沸点低
A、②③ B、①③ C、①② D、②④
3、酒泉卫星发射基地在我国的
A、四川 B、新疆 C、甘肃 D、内蒙古
4、“神舟”七号飞船在酒泉卫星发射场成功发射。对选择酒泉作为卫星发射基地的主要区位因素，判断正确的一组是
①纬度高，有利于卫星发射 ②地处内陆，降水稀少，有利于卫星发射
③农业发达，可为航天基地提供丰富的农产品 ④人口稀少，对其他经济活动和人们生活的干扰较少
A、①② B、②③ C、②④ D、①④
5、“太空育种”是将蔬菜等农作物的种子搭载飞船上天，利用空间环境培育出高产、优质、早熟、抗病的良种。“神舟”七号飞船也进行了同类实验。进行“太空育种”的原理是
A、基因重组 B、转基因 C、细胞分裂 D、基因突变
6、“神舟”七号载人飞船在太空属于 的卫星。
A、太阳 B、地球 C、月亮 D、银河系
7、上刀梯是湘西苗族的传统活动，表演者为保证脚不受割伤，必须力求脚面垂直落在刀刃上，绝不滑动。此时脚面承受
A、拉力 B、压力 C、剪切力 D、弯曲力
8、材质相同，截面粗细不同的两个杆件，在相同的拉力作用下，遭受破坏的程度不一样，细截面的杆件先被破坏，原因是
A、截面越大，杆件的内力越大
B、截面越小，杆件的内力越小
C、截面越大，杆件单位面积承受的应力越大
D、截面越小，杆件单位面积承受的应力越大
9、2007年8月3日下午五点左右，一场13级的大风暴雨“突袭”上海国际赛车场。导致临时看台的座椅被整体掀翻，吹倒在F1赛道上，但整体结构基本未被破坏。从结构与力角度分析，这主要座椅结构的什么问题
A、结构强度不高 B、安放位置不合适
C、结构稳定性不高 D、不属于以上问题
10、用木条制作简易相框，从牢固的角度考虑，相框四个边框的连接宜采用
A、榫接 B、胶接 C、榫接加上胶接 D、焊接
部分答案
2、增大手与药瓶之间的摩擦力，便于旋开和旋紧。增加瓶子的强度，不易变形；增大手与药瓶之间的摩擦力，不易滑落（每点必须包括原理和作用）
3、焊接、铆接；榫接、胶接；胶接、铆接； 胶接
4、采取了榫卯的连接方式，比较结实耐用
5、敞肩拱
合作探究一
头盔属于结构当中的壳体结构；
头盔属于壳体结构，壳体结构的受力特点是把力均匀的分解开，所以戴头盔，当发生车祸的时候冲击力可以均匀分解，使人头部受力均匀，而不是某一点受很大的力。
类似的物品：龟的坚硬外壳、汽车的外壳，天文台的球形外壳。
合作探究二
1）A（2）B (3)C
巩固练习：CBADB DDACA CACB
课后拓展一 CCABDD
课后拓展二 CCCCD BCDCC
PAGE
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