通用技術(shù)2探究結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度

第1頁(yè)，共35頁(yè)。國(guó)家大劇院第2頁(yè)，共35頁(yè)。第3頁(yè)，共35頁(yè)。黃鶴樓岳陽(yáng)樓第4頁(yè)，共35頁(yè)。魁北克大橋的垮塌上海樓房倒塌

高壓電線(xiàn)塔的垮塌

第5頁(yè)，共35頁(yè)。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下，維持原有平衡狀態(tài)的能力。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？想一想：第6頁(yè)，共35頁(yè)。A.落地電風(fēng)扇或者賓館里的落地?zé)簦鼈兌加幸粋€(gè)比較大的底座。結(jié)構(gòu)的底座，結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面大,穩(wěn)定。因素一：支撐面積的大小第7頁(yè)，共35頁(yè)。B：為什么大壩的橫截面總是建成梯形？大壩需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的沖擊力、壓力等等，要起到防洪的作用，大壩必須要求非常穩(wěn)固。大壩建成梯形，增大了與地面接觸所形成的支撐面，支撐面越大越堅(jiān)實(shí)，穩(wěn)定性就越好。第8頁(yè)，共35頁(yè)。2．結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)。物體重心越低，越穩(wěn)定。因素二：重心位置A.不倒翁為什么不倒？如果在它脖子上掛上一定數(shù)量的鐵環(huán)，它還會(huì)不倒嗎？第9頁(yè)，共35頁(yè)。

不倒翁的重心很低，就在它與地面的接觸點(diǎn)上，所以不倒，如果往它的脖子掛上鐵環(huán)，它的重心位置升高了，當(dāng)鐵環(huán)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，不倒翁就不在是不倒翁了。重心的高低影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。重心越低,穩(wěn)定性越好;重心越高,穩(wěn)定性越差。第10頁(yè)，共35頁(yè)。B.以前的農(nóng)作物個(gè)子高，遭遇暴風(fēng)驟雨容易傾覆，造成減產(chǎn)；現(xiàn)在的農(nóng)作物普遍個(gè)子矮。就是利用了重心低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的原理。C.比薩斜塔為什么不倒塌？1590年，意大利的偉大科學(xué)家伽俐略，曾在斜塔的頂層做過(guò)自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，讓兩個(gè)重量相差10倍的鐵球，同時(shí)從塔頂落下，結(jié)果，兩球同時(shí)著地，一舉推翻了束縛人們思想近2000年的希臘著名學(xué)者亞里士多德關(guān)于重量不同的物體其下落的速度也不相同的“物體下落速度與重量成正比”的理論。伽俐略開(kāi)創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)物理的新時(shí)代，被人們稱(chēng)為“近代科學(xué)之父”，而他用來(lái)做實(shí)驗(yàn)的斜塔也因而更加遐邇聞名。

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通過(guò)分析長(zhǎng)方體重心的垂線(xiàn)位置與穩(wěn)定性示意圖，使學(xué)生容易理解，比薩斜塔不倒的原因是它的重心所在點(diǎn)的垂線(xiàn)落在塔的底面的范圍內(nèi)。當(dāng)塔傾斜到一定程度，重心的垂線(xiàn)不再落在塔的底面時(shí)，塔就會(huì)傾倒。結(jié)構(gòu)重心的位置：結(jié)構(gòu)重心所在點(diǎn)的垂線(xiàn)是否落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)，落在就是穩(wěn)定的，沒(méi)有就是不穩(wěn)定的。第12頁(yè)，共35頁(yè)。3、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。

A、A字形梯為什么載人時(shí)能夠保持穩(wěn)定？如果沒(méi)有梯子中間的拉桿將會(huì)怎么樣？

一般情況下，梯子打開(kāi)的時(shí)候，梯面與地面組成三角形，梯子本身就能站得穩(wěn)。當(dāng)連接兩個(gè)梯面的橫桿拉直時(shí)，兩個(gè)梯面的上半部分就與橫桿構(gòu)成了穩(wěn)定的三角形，這就進(jìn)一步加強(qiáng)了梯子的穩(wěn)定性，保證梯子能承受人體的壓力。如果沒(méi)有梯子中間的拉桿，載人時(shí)就不能保持穩(wěn)定。第13頁(yè)，共35頁(yè)。因?yàn)槿侵Ъ芘c地面有三個(gè)接觸點(diǎn)，形成的三角形結(jié)構(gòu)使照相機(jī)的支撐架更容易穩(wěn)定。B、照相機(jī)的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形狀？因素三：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。

第14頁(yè)，共35頁(yè)?？偨Y(jié)影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性因素:因素一：支撐面積的大小1.穩(wěn)定性與支撐面積的大小有關(guān)支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。因素二：重心位置2.結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)。物體重心越低，越穩(wěn)定。因素三：幾何形狀3.結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。第15頁(yè)，共35頁(yè)。補(bǔ)充：三角形穩(wěn)定性的應(yīng)用：建筑中廣泛運(yùn)用了三角形的穩(wěn)定性。房子、橋梁的桁架大多都是由多個(gè)三角形構(gòu)成的；鋼架結(jié)構(gòu)的十字梁同樣是運(yùn)用這一原理，在四邊形的框架中用兩條桿件作對(duì)角線(xiàn)，形成多個(gè)三角形，既節(jié)省了材料，減輕了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，又有效地加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。十字鋼梁也是建筑中常用的構(gòu)件，如在高壓輸電的鐵塔、懸索橋的塔架，以及摩天大樓鋼架結(jié)構(gòu)中都被普遍地采用。

第16頁(yè)，共35頁(yè)。練習(xí):1.在擁擠的公共汽車(chē)上已沒(méi)有座位，你必須站著，而扶手你讓給了旁邊的老人，你在公共汽車(chē)上要如何才能保持自己的沒(méi)摔倒？(2)貨物應(yīng)盡量放在船艙里還是甲板上？為什么？人的身體的穩(wěn)定性取決于支撐面的大小和人體姿勢(shì)重心的高低，在一定范圍內(nèi)，兩腳分得越開(kāi)，則重心越低，支撐面變大，越穩(wěn)定！第17頁(yè)，共35頁(yè)。拓展：不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)應(yīng)用：如移動(dòng)門(mén)、折疊椅等等１.倒置的啤酒瓶可以預(yù)報(bào)地震。２.在打水的桶口邊掛一重物，在水面時(shí)能自動(dòng)翻倒打水。第18頁(yè)，共35頁(yè)。（二）結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是指：強(qiáng)度與穩(wěn)定性的聯(lián)系與區(qū)別：

我們知道穩(wěn)定性是研究物體的保持平衡狀態(tài)的能力，強(qiáng)度是研究不被外力破壞的能力。例如我們剛才舉的椅子的例子，椅子能夠承受人的重力這是一個(gè)強(qiáng)度問(wèn)題，那么椅子會(huì)不會(huì)左右晃動(dòng)，搖擺，那就是一個(gè)穩(wěn)定性問(wèn)題了。第19頁(yè)，共35頁(yè)。根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)填寫(xiě)下表：馬上行動(dòng)：事件結(jié)果原因分別在一根竹竿和一根同樣尺寸的脆性塑料桿上不斷加掛相同質(zhì)量的重物

沿著垂直于重心線(xiàn)的方向撞擊一根完整的鋼管與用同樣的方法撞擊一根中間有焊接縫的鋼管竹竿比脆性塑料桿能掛更多的重物而不會(huì)斷裂不同材料的抗拉性能不同中間有焊接縫的鋼管受到撞擊時(shí)容易損壞因?yàn)橛羞B接點(diǎn)第20頁(yè)，共35頁(yè)。1.影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素

吊蘭支撐使用的三角形支架結(jié)構(gòu)，而不使用由一根直桿挑起的結(jié)構(gòu)。從材料方面考慮，吊蘭的三角形支架使用的是鋼管而不是木條或塑料，鋼管抗拉力性能好。從連接方式考慮，吊蘭的三角形支架的構(gòu)件是焊接而不是捆縛，這種連接方式更牢固。第21頁(yè)，共35頁(yè)。1)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的幾個(gè)主要因素結(jié)構(gòu)的形狀使用的材料構(gòu)件之間的連接方式結(jié)構(gòu)外部形狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀鉸連接剛連接p22第22頁(yè)，共35頁(yè)。(1)結(jié)構(gòu)的形狀:

A.不同橫截面形狀的構(gòu)件所能承受力的程度是不一樣的。注意：結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度的影響有兩點(diǎn)，一是結(jié)構(gòu)的外部形狀，二是結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀。第23頁(yè)，共35頁(yè)。小實(shí)驗(yàn)：P019（2）因素2：使用的材料①結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與材料有關(guān)紙杯鋼杯塑料杯第24頁(yè)，共35頁(yè)。（3）因素3：構(gòu)件之間的連接方式：結(jié)構(gòu)的連接是指通過(guò)一定的連接物將構(gòu)件組成整體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)構(gòu)建的連接通常有以下兩類(lèi)：鉸連接剛連接第25頁(yè)，共35頁(yè)。鉸連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對(duì)移動(dòng)，但可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，具體有松螺栓、松鉚等。第26頁(yè)，共35頁(yè)。

剛連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對(duì)移動(dòng)，也不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，具體有榫接、膠接、焊接等。膠接榫接結(jié)點(diǎn)是從連接的效果來(lái)劃分。一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多種連接方式。不同的材料有不同的連接方式；構(gòu)件的連接方式不同，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也不同。

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結(jié)構(gòu)對(duì)事物的功能和作用產(chǎn)生著直接的影響，結(jié)構(gòu)的改變可能導(dǎo)致功能的改變多功能起子（三）、結(jié)構(gòu)與功能:第28頁(yè)，共35頁(yè)。第29頁(yè)，共35頁(yè)。小結(jié)一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三個(gè)因素：重心位置、支撐面積的大小和結(jié)構(gòu)的形狀二、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的三因素：結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)構(gòu)的材料與連接三、結(jié)構(gòu)與功能第30頁(yè)，共35頁(yè)。為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？這是為了進(jìn)一步增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性。第31頁(yè)，共35頁(yè)。接觸面支撐面注意：支撐面≠接觸面。接觸面:是物體與地面接觸形成的面。支撐面:是物體與地面接觸形成支撐點(diǎn)的連線(xiàn)與地面構(gòu)成的面。第32頁(yè)，共35頁(yè)。A．支撐面越來(lái)越