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(共62张PPT)
第一单元　结构与设计
第二节 稳固结构的探析
汪崇立
【观看体会】台风强大的强大的摧毁力——记者勇闯台风中心，图片给了我们很大的震撼。
一、结构的稳定性
二、结构的强度
影响结构稳固的因素有哪些？
一、结构的稳定性
结构的稳定性是指结构在负载的作用下维持其原有的平衡状态的能力。
结构的稳定性与什么因素有关？
想一想
【支撑面积实验探究】
影响结构稳定性的因素
1、将A、B两瓶矿泉水瓶（少量水）一正一倒放置课桌台上，打开风扇。
学生观察哪个先倒，为什么？B瓶倒（直觉经验）
2、为什么大坝的横截面总是建成梯形的？
想一想
【试验结论总结】结构与地面接触所形成的支撑面的大小影响结构的稳定性。支撑面越大越稳定，越小越不稳定。
【链接生活】请同学们想一想生活中有哪些事例是运用增大支撑面积来增加稳定性的？
为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？
想一想
因素三：结构的形状
影响结构稳定性的因素
怎样让一本书更好地直立在桌面上？
A字形梯为什么载人时能够保持稳定？
如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？
想一想
【结论总结】结构或构件的形状影响其稳定性。
【链接生活】（三角形稳定性的应用）：建筑中广泛运用了三角形的稳定性。房子、桥梁的桁架大多都是由多个三角形构成的；钢架结构的十字梁同样是运用这一原理，在四边形的框架中用两条杆件作对角线，形成多个三角形，既节省了材料，减轻了结构的质量，又有效地加强了结构的强度和稳定性。十字钢梁也是建筑中常用的构件，如在高压输电的铁塔、悬索桥的塔架，以及摩天大楼钢架结构中都被普遍地采用。
想一想
照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状？
影响因素之间的关系探求
【重心与支撑面积之间的关系】
比萨斜塔为什么不倒塌？
想一想
【得出结论】对于一个结构体而言，如果重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，就是稳定的，不会出现倾倒。
辽宁瑞州古塔，现存塔身高10米，塔身向东北方向倾斜12度，塔尖水平位移1.7米。该塔建成之后虽几经地震与洪水破坏，却始终斜而不倒，堪称奇迹。
小资料：中国的斜塔
单脚支撑的自行车放稳的原因分析？
想一想
自行车单脚支撑示意图
【动态平衡 】
现象一：鸡蛋的当从侧面让它旋转起来时，它就会竖直地站立起来
现象二：硬币的旋转
影响结构稳定性的因素：
重心位置的高低 支撑面积 结构的形状
结论
【思考】利用结构稳定性分析：在开始上课的小活动中如何取胜？
降低重心，两脚分开
【知识拓展】结构的稳定性在日常生活中有着广泛的应用，在很多时候我们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面也利用不稳定的结构来为我们生活提供便利。
小结
一、结构的稳定性
影响结构稳定性的三个因素：重心位置、支撑面积的大小和结构的形状。
结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。
二、结构的强度
【链接生活】你能不能举出遇到的结构强度被破坏的的示例呢？
【区别】结构强度和稳定性是不是相同呢
内力——结构的强度是通过构件和材料来体现的。构件在外力的作用下会变形。同时构件内部各质点之间的作用力发生了改变，这种作用力的改变称作内力。
应力——构件单位截面面积所受的内力称为构件的应力。
公式表示：应力、内力和横截面积之间的定量关系。
公式： σ = N/A
σ——应力 兆帕 (MPa)
N——内力 牛 N
A——横截面积 米 m
当应力达到某一极限时，结构就会遭到破坏。
让我们来做一个小游戏：
你能否不用任何工具，仅凭你的两只手将一双筷子折断？然而你能用同样的力把十双筷子折断吗？
【结论】这就是由于在相同的作用下，由于十双筷子的受力面积较大，根据公式可知，其应力较小，因此不容易断。
我们知道强度是研究不被外力破坏的能力。一般说来，外力越大，则构件的内力越大。内力达到一定程度时，构件就会被破坏。在工程设计中，不允许任何构件在正常工作情况下被破坏。
【例如】我们刚才举的椅子的例子，椅子能够承受人的重力这是一个强度问题，那么椅子会不会左右晃动，摇摆，那就是一个稳定性问题了。
◆ 使用的材料
◆ 结构的形状
◆ 构件之间的连接方式
想一想
结构的强度与什么因素有关？
2.2 强度与材料
结构的强度与材料有关
VS
纸杯
钢杯
不同的材料，构成的结构其强度各不相同。结构的强度与材料有关；从强度角度看，外力越大，构件内力随之越大，构件危险就越大。
公式：σ = N/A
σ——应力 兆帕 (MPa)
N——内力 牛 N
A——横截面积 米 m
公式表示：应力、内力和横截面积之间的定量关系。由公式可知，在内力不变的情况下，构件和材料的横截面积越大，应力越小，危险性就越小。
同截面垂直的应力称为正应力或反应力。如，柱体垂直受压时，其横截面上的应力就是正应力。
同截面相切的力称为剪应力或切应力，如剪切物体时，剪切面上就有剪应力。而梁弯曲时，其横截面上除了具有正应力外，还有剪应力。
使用钢筋混凝土结构的好处是什么？
拓展
混凝土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力
测试用不同截面形状的构件做成的悬梁的强度
小试验
注意
同一杆件做悬臂，截面朝向不同，所承受的拉力也是不同的。
结构的形状
◆ 外部形状：三角形、拱形等。
◆ 截面形状：工字形、十字形、长方形、L形、圆形、U形。
各种形状的横截面构件，所承受力的程度是不一样的。
三角形是框架结构最基本的形状之一，结实、稳定、材料最少。在四边形、六边形构件中，加上三角形支撑件，就可大大增加构件的牢固程度。
结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。
2.3 结构的连接
【技术试验3】
分别用A4白纸，围成两个四棱柱体杆件，其中一个，接口处用透明胶带粘连，分别作承重试验。观察现象并分析。
结论：结构的强度与结构的连接方式有关。不同的连接方式，结构的强度也不同。
结构构建的连接通常有以下两类：
◆ 铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。
胶接
焊接
榫接
◆ 刚连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。
结点是从连接的效果来划分。一个结点可以有多种连接方式。不同的材料有不同的连接方式；构件的连接方式不同，结构的强度也不同。
在自行车的个部件之间的连接中
三脚架属于 连接
刹车连杆之间属于 连接
辐条和钢圈之间属于 连接
刚
铰
铰
三段木头制成小凳，有哪几种连接方式？
（1）
（2）
（3）
（4）
【案例分析】从吊兰支架的结构试分析吊兰支架的结构强度
小结
结构的强度
1.结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。2.影响因素
（1）结构形状：构成的形状略有改变，强度就会改变。
（2）结构材料：不同材料有不同承受应力极限的能力。形状相同，材料不同，强度就不同。
（3） 材料的连接方式：不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样。
金刚石及其内部结构
【提问】是什么导致了石墨和金刚石的这些差异呢？
在探求物质的微观世界中我们发现是碳原子排列的不同，就是结构的差异。
三、结构与功能
结构对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导致功能的改变。
多功能起子
【马上行动]】列举生产生活中结构改变导致功能改变的事例，并加以说明
功能拓展
宝马自行车
宝马自行车
宝马自行车
宝马自行车
宝马自行车
扑克牌建筑模型之最
据报道，现年33岁的布赖恩·伯格是美国新墨西哥州圣达菲市的一名建筑师。然而，布赖恩却并非用砖头石块来造房子，他的“建筑材料”是一张张削薄的扑克牌。布赖恩用扑克牌搭建出来的“房子”有的高达六七米，它们有的是“摩天大楼”的模型，有的是“圆形穹顶”模型，有的是“大教堂”或“大型体育场”的模型。令人惊讶的是，布赖恩搭建的“扑克牌房子”虽然高达数米，但布赖恩却完全是一张张垒叠上去的，他在搭建“扑克牌房子”的过程中从来不使用任何胶水、胶带或其他粘合剂。
任务布置：以一副扑克牌为材料，设计并搭建一个建筑模型。
要求：建筑模型的类型不限，高度10cm以上结构稳定岂能承受一定的重量，自重小。
材料：纸牌一副，胶水
活动提示1：的填写可以先请同学回答前面课程中所讲的有关结构强度和稳定性的知识，然后填写。
影响结构稳定性的因素——
影响结构强度的因素——
活动提示2：同学分组讨论扑克牌这种材料在制作建筑模型时的特点和如何进行连接和固定？
纸牌这种材料用在制作建筑模型结构时的特点：表面光滑、便于裁剪；硬度较大，能够承受比较大的拉力，但是受压力非常小。
胶水直接粘连；用剪刀剪开口子后，两张牌插接；随着连接部位和材料多少的不同，强度和稳固性各有不同的变化。
活动提示3：可以进行几个关于结构受力的小测试：
（1）可以折叠、可以卷曲，折叠成三棱柱或者卷曲成圆柱体后可以承受比较大的压力，但是卷曲时表面很难光滑；
（2）多张扑克牌叠加后，能够承受更大的力。

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