资源简介

§1—2 探究结构
本节课主要在认识上节课认识结构的内容基础上，进一步对结构强度和稳定性进行探究，并认识结构的两种连接方式。
教学目的：
1、理解内力、强度、应力的概念；能进行简单的应力计算；会用应力和强度的关系来解释一些日常现象。
2、通过简单的实验，使学生加深强度与材料、强度与材料的形状有密切关系的了解。
3、从日常生活中经常碰到的物品以及工程中常见的结构连接，使学生了解结构连接的各种方培养学生对身边事物的观察能力。
教 学 重 难 点
重点：理解强度的概念，强度与应力、强度与材料及材料的形状、强度与结构的连接的关系。
难点：利用所学知识解释生活中相关的现象。
教学过程和内容：
复习引入新课
复习结构的概念、种类。利用习题引入新课
物体结构、实心结构、框架结构、壳体结构、组合结构
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、人的头盖骨、古罗马斗兽场
进行新课
观看幻灯片，一两个不稳定的结构案例引入稳定性的定义。
一、结构的稳定性(stability)：是指结构在负载的作用下维持其原有的平衡状态的能力。它是结构的重要性质之一
1、结构的稳定性与它的几何形状、支撑面积的大小和重心位置密切相关。
2、结构要达到稳定：①它的整体几何结构必须科学合理；②一个物体支撑面积越大，重心越低，其稳度越大。
3、在进行结构设计时，要尽可能使其重力集中在底部，降低重心，并使重心垂线落在底面积内，就可提高结构的稳定性。
利用不倒翁和比萨斜塔的例子：结构的稳定性与重心的高低有关
利用空调架和晾衣架的例子：结构的稳定性与结构的形状有关
利用小桌子的实验：结构的稳定性与结构和地面接触所形成的支撑面的大小有关
对比三个结论得出，结构稳定的基本条件：
重心所在点的垂线落在结构底面的范围内
拓展：结构不稳定性的利用：地雷、地动仪。
影响结构稳固的一个主要因素：结构的稳定性。影响结构稳固的另外两个因素：结构的强度和结构的连接。
二、结构的强度
利用海啸的例子，引入结构的强度。
利用三根木棍的实验：不同材料构成的结构，其强度各不相同。有抗拉力、压力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同结构不同要求中，选择不同特性的材料。
利用幻灯片：各种形状的横截面构件，所承受力的程度是不一样的。
㈠强度与应力
1、结构的强度是指结构具有的抵抗破坏的能力。（可与稳定性作比较）
指出：结构的强度是通过构件和材料来体现的。
设问：想一想，在材料相同的情况下，构件被破坏的危险程度与什么有关？
2、强度：在工程技术中，不允许任何构件在正常工作情况下被破坏，这就要求构件和材料必须具有抵抗破坏的能力，这种能力称作强度(strength)。
A、分析：
⑴内力(internal force):构件在外力的作用下会变形，同时其内部各质点之间的相互作用力发生了改变，产生一种抵抗外力的力，称为内力。
一般来说，外力越大，构件的内力随之越大，构件被破坏的危险就越大。
⑵横截面积。
演示实验：在相同外力及材料的条件下，粗细不同的两根泡沫塑料杆的承重试验。引导学生得出结论：构件被破坏的危险程度还与它的截面积有关，横截面积越大，被破坏的危险性越小。
⑶在材料相同的情况下，构件被破坏的危险程度与它的内力以及横截面积有关，我们把这两者的比值称为应力。用公式表示：δ＝N/A。
应力：构件单位截面面积所受的内力称为构件的应力。应力的单位是帕（Pa），与压强相同。
应力又分为正应力和剪（切）应力。同截面垂直的的应力称为正应力或反向应力；同截面相切的应力称为剪应力或切应力。
B、深入：
（1）建筑物的支柱是怎样承受压力的？假设支柱的横截面为边长L的正方形，支柱顶受轴向压力P，支柱重力G，求支柱的底截面l-l上的应力。
生：讨论回答
师：（分析解答）做截面，将柱子上半部分隔离，则其受到的力为P+G。
根据平衡条件可知，内力N＝P+G。
所以应力δ＝N/S＝(P+G)/S。
（2）扭绞的绳子为什么不容易拉断？拔河用的绳子为什么要做成这个样子？
生：讨论回答
师：分析解答：拔河的时候，绳受到两边拉力的作用，内部就产生了抵抗拉力的张力。当张力超过一定值时，绳子就会在应力最大的地方被拉断。若把多股细绳绞合在一起，既可以防止它们之间的相对移动，保证各股细绳同时受力，实际上也就是有效地增大了绳子的横截面积，减少了绳子的应力。
㈡、强度与材料
1、强度与材料
我们都会有这样的经验，用手挤压纸杯，纸杯就会变形；而用同样的力挤压不锈钢杯，不锈钢杯的外形则无明显改变。这说明了结构强度与材料有关。
当应力达到某一极限值时，构件便会被破坏，因而设计中必须使构件的强度留有必要的余量，作为设计时应力的最高限度，这个最高限度值称为许用应力。许用应力分许用抗压应力和许用抗拉应力。如表1-3。
2、强度与材料的形状
如工字钢、薄板折叠设计等
材料的横截面积的形状极大地影响它的强度。
三、结构的链接
1、连接：通过一定的方式把两个以上的物体连在一起。结构的连接是通过一定的连接物将构件组成整体结构。
2、科学合理的连接，不仅可保证结构或构件的形状稳定，还能提高结构的强度使它足以支持自身质量及荷载。（构件连接处的强度是影响整个结构强度和稳定性的重要因素，而构件连接处的强度取决于它的连接方式、连接技术和连接处的牢固程度等）
3、常用的连接方式：榫接、螺栓连接、胶粘、绳系、焊接、铆接等。
4、构件的两种结点：
铰连接——被连接的构件在连接处不能相对移动，但能相对转动。
刚连接——既不能相对移动，也不能相对转动。
四、结构的强度和稳定性试验
技术试验的方式：撞击试验、承载试验和模拟试验
课后作业：设计一各稳定结构的利用和收集一些材料的结构强度。

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