常见结构的认识 - 图文

常见结构的认识

江苏省扬州高级中学 杨春贵

[教学课题] 常见结构的认识

[教学目的] 了解结构的含义，从力学的角度理解结构的概念和一般分类，能结合1-2种简单的结构案例，分析结构是如何承受力的，理解结构的类型。

[教学重点] 结构与力，结构的类型 [教学难点] 结合案例分析 [教学过程]

一、无处不在的结构

[引入新课] 放映蜂窝、蜘蛛网、大树、恐龙与人的身体及器官等结构图。 引导学生观察结构图。

引导学生分析蜂窝的结构。这种结构的优点在哪里？

[归纳结构概念] ：结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。 （一）自然界事物结构

[阅读案例] 苍耳子与尼龙搭扣 [学生思考] 鲁班发明锯子 从传说中可以看出，鲁班所以会想到制造锯子来锯大树，主要是因为他从丝茅草划破他的手指这件事中得到了启发。既然象丝茅草这样较薄脆弱的小草，由于两边有许多小细齿，就那样锋利，能轻易地把人的手指划开一条口子，那末，如果将铁片的边上也刻成许多小细齿，自然会更加锋利，可以用来更快地伐倒大树了。很显然，从思维的推论过程来说，鲁班就是根据丝茅草与铁片的共同点的类比，再由丝茅草因有小细齿而更加锋利的事实推出结论：如果铁片边上刻上细齿，也将会更加锋利。很据这样的推理，鲁班发明了锯子。

从鲁班发明锯子的传说来看，鲁班在发明锯子的过程中，主要是运用了类比推理这种推理形式。

[阅读案例] 鸟与飞机;

人类飞翔的梦想源于展翅高飞的鸟，鸟因为有它自由流畅的体形和翅膀结构，飞机原型源于飞鸟形体结构的仿生。

[阅读案例] 鹰眼与导弹跟踪系统。

鹰可以在几千米的高空准确无误地辨别地面上的动物,这是因为它的眼部结构比较特殊。人类每只眼睛的视网膜上都有一个凹槽,叫做中央凹。而老鹰眼中的中央凹却有两个, 这两

个中央凹的作用不同, 其中一个专门用于接收来自鹰头侧面物体的像, 另一个用于接收来自鹰头前方物体的像。这样,老鹰的视觉范围就宽多了,能兼顾前方和侧面。根据鹰眼的结构,人们正在研制“ 鹰眼”导弹系统。这种导弹系统能自动寻找、识别目标并跟

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踪攻击。

[学生思考] 生产生活中还有哪些产品的结构是受到自然界事物结构的启发而产生的？

大自然是最完美的设计师

[启发学生回答] 通过对自然界中形形色色的结构的分析和研究, 给了人们无限的创造灵感和启示。人们将其成果应用到技术领域, 更好地服务于人类。

（二）技术领域中的结构

魁北克大桥的坍塌。

[学生思考] 大桥坍塌的原因是什么？

擅自改变桥的结构。1907年，加拿大魁北克附近的圣劳伦斯河上落成了全球最长的拱桥。该桥采用了比较新颖的悬臂构造，这样的结构非常流行。尽管只比苏格兰爱丁堡福斯河上非常成功的悬臂大桥稍长一点，但魁北克大桥存在设计问题，还未完工就坍塌了。

目前，钢索斜拉桥的技术应用已经达到了极限，远远超乎了设计者们最初的想象。斜拉构造的普遍成功让这种桥型几乎无处不在。于是，桥面长度的日益增长已经步入了曾导致事故的做法后尘。钢索斜拉桥重大事故是否会很快出现，还是会出现在历史提示的2030年，这并不取决于计算机分析，而是取决于桥梁工程师是否了解过去的历史，并下定决心避免事故的重演。

（三）社会领域中的结构

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一篇文章的内容结构影响文章的表达与质量, 一家企业的人员结构关乎企业的运行与效率。

[学生思考] 请分别列举自然界、技术领域、社会领域给你印象较深的有关结构的事例？

〖探究活动一〗

用三张相同的纸,分别制作出高和侧面积相等的三棱体、四棱体和圆柱体。测试哪个物体的结构放进笔的数量最多？

二、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。

[分析] 椅子的受力情况

[学生思考] 去年南方雪灾输电线遭受巨大损失的原因是什么？

[马上行动] 指出下例结构可以抵抗来自外界那些方面的作用力。

餐桌

建筑物的窗户

[学生思考] 一个火腿肠，如何在中间截为两段？

[讲解] 构件的基本受力形式：拉力、压力、剪切力、扭转力和弯曲力。

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[学生概括] 五种基本受力形式：

拉 力 压 力 物体所承受的拉拽力 挤压物体的力 两个距离很近 ,大小相等,方向相反,且作用于同一物体剪切力 上的平行力 扭转力 弯曲力 反方向向物体两端均匀施力 ,使物体发生扭转形变的力 作用于物体 ,使它产生弯曲的力

[分析案例] 学习横梁、简易桥梁的受力,分析结构是如何承受力的。

[展示] 一些采用架、梁、拱结构的建筑物的图片。

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〖探究活动二〗

要在教室的墙壁上悬挂一盆吊兰，请同学们设计一个悬挂吊兰的支架。 【思考与讨论】观察右图,说明石磨的推杆为什么要用绳子吊起来。

〖探究活动三〗比较不同形状的纸板承受压力的大小。 回答问题：

1．哪种情况下纸板的抗压能力最强?

2．举例说明这一结论在实际应用中有什么意义。

3．如果把纸板折成瓦楞状,试验结果会发生什么变化?

三、结构的类型：

1实体结构：实心结构

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受力特点：外力分布在整个体积中

实体结构可以连续传递载荷，适于承受压力。 案例分析 实心墙等

2框架结构：细长的构件

受力特点：支撑空间而不充满空间

框架结构是由杆件或板件连接而成的，构件可以是空心，也可以是实心；可以是平面框架，也可以是空间框架。由于这种结构用料少，可以承受多种载荷，因此用得很广泛。

3壳体结构：层状结构

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受力特点：外力作用在结构体的表面上

壳体结构是用薄壁壳状构件来替代空间框架而形成的一种空间结构。由于它可以将作用在其上的集中横向载荷分散为沿壳体的压力。因此在场馆建设中用得很多。

[案例分析] 头盔，汽车外壳等

[学生讨论] 进入工地时总是被要求戴上安全帽，为什么？ 总结：大多数现代建筑的结构是由若干种基本结构类型组合而成的，往往整体是框架结构，地基、柱等是实体结构，有的建筑的屋顶则是壳体结构。

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埃菲尔铁塔，它的塔腿由石砌墩座组成，塔身由钢铁部件的框架组成。 自行车也是由若干结构组合而成的。其中承重部分是框架结构，挡泥板是壳体结构，脚踏与链轮之间是传动结构（属于机械结构）等。

〖课后探究活动〗

同学们可自主选择以下任一项，也可自主设置活动。以小组合作的方式，对我们身边的建筑物或生活用品的结构特征进行调查

活动1：调查3座以上不同形状的桥梁。 活动2：调查3种以上不同形状的房屋。 活动3：调查3种以上不同样式的椅子。

上述调查活动可从以下几个方面展开：了解制造时间、用途、所用材料等；观察它们的形状（最好绘制草图或用相片纪录）、主要组成部分、各部分的连接方式等；注意归纳不同桥梁、房屋和椅子各自的共同点。

自我反思：

这节课主要是让同学们对一些简单结构有一个比较清楚的认识，所以这节课采取了比较直观的方式，举了许多现实中的实例，历举了大量的图片，学生反应热烈。通过一些实验让学生积极的参与到课堂教学当中来，整个课堂的气氛都被调动起来了。这节课节奏掌握的比较好，条理清楚，讲解流畅，学生的反应也不错。由于时间关系，有些地方可能讨论的不到位。

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