专题五 结构及其设计-普通高中春招考试备考教材 通用技术(第六版)

2024-08-19
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技术与设计二 专题五  结构及其设计 课程标准 1.从力学的角度理解结构对技术产品及其功能实现的独特价值,了解结构的一般分类 和简单的受力分析,并从技术和文化的角度赏析经典结构案例。 2.通过技术试验或技术探究分析影响结构的强度和稳定性的因素,并写出试验报告。 3.结合生活中的实际需求进行简单的结构设计,并绘制设计图样,做出模型或原型。 考试要求 知识点 内  容 考试层次 A B C 结构的概念 结构的内涵 √ 结构的类型 基本结构类型:实体结构、框架结构、壳体 结构 √ 结构与力 受力的基本形式 √ 结构稳定性 影响稳定性的因素:重心位置的高低、支撑 面大小、结构的形状 √ 结构的强度 影响结构强度的因素、外力与内力 √ 结构的设计 草图设计绘制,实物模型或原型的制作 √ 欣赏与评价 从技术和文化的角度欣赏并评价典型结构 设计案例 √ 98 知识点拨 第一节 结构与力 1.结构的概念 结构是指可承受一定外力的架构形态,具有保持原来形状和大小的性质。 一个较复杂 的结构通常是由多个部件和零件组成,在工程中将这些部件和零件称为构件。 2.结构的类型 根据结构形态在受力时承受和传递力的方式的差别,将结构分为三种基本类型:实体结 构、框架结构、壳体结构。 •实体结构:结构体本身是实心的。 利用自身来承受荷载,主要承受压力。 例如,实心 砖头、铅球、大坝等。 •框架结构:结构体由细长的构件组成。 通过条状物的连接来承受荷载,既可以承受压 力又能够承受拉力。 例如,建筑用脚手架、防盗网、户外输电的铁架、人字梯架等。 •壳体结构:结构体由片状或层状结构组成。 通过壳体来传递力和承受荷载,特别是当 壳体顶部受到压力时,它能将力均匀扩散。 例如,乒乓球外壳、飞机外壳、摩托车手的头 盔等。 3.构件受力的基本形式 结构的受力分析有别于物理学的受力分析,在技术课程中受力分析强调构件受力后的 整体形变,而非质点的受力分析。 构件受力的基本形式通常有拉力、压力、扭转力、弯曲力、 剪切力等,如图 5⁃1 所示。 图 5⁃1 •拉力:拉拽的物体所承受的力。 例如,手提水桶时手臂所受的力。 •压力:受到挤压的物体所承受的力。 例如,支撑桥梁的桥墩所受的力。 •扭转力:由于物体两端反向受力产生扭转形变而承受的力。 例如,衣服拧干时所受 的力。 •弯曲力:在受到其他力如拉力、压力时,使构件产生弯曲或有弯曲的趋势,此时构件所 受的力。 例如,钓鱼竿钓起鱼时所受的力。 •剪切力:两个距离很近、大小相等、方向相反的平行力。 剪切力的作用距离很近,且作 用于同一物体上,但不在同一条直线上。 例如,剪刀的铆钉。 09 典型案例分析                                                   图 5⁃2 【案例 1】有如图 5⁃2 所示的大桥,从结构的形 态来看,横跨于两个桥墩之间的桥梁所属的基本结 构类型是(    )。 A.实体结构 B.框架结构 C.壳体结构 D.组合结构 【答案】B 【解析】本题主要考查结构的类型。 结构一般分为三种基本类型:实体结构、框架结构、 壳体结构。 大多数现代建筑物的结构是由若干种基本结构类型组合而成的。 大桥的桥墩是 实体结构,横跨桥墩之间的桥梁是框架结构。 故本题的正确答案是 B。 【案例 2】大多数城市的下水管道截面是圆形的,从结构视角分析,其主要是因为(    )。 A.方便运输 B.容易畅通 C.节省材料 D.地面压力可以沿外表面扩散 【答案】D 【解析】本题主要考查壳体结构受力的特点。 壳体结构通过壳体来传递力和承受荷载, 特别是当壳体顶部受到压力时,它能将力均匀扩散。 故本题的正确答案是 D。 【案例 3】如图 5⁃3 所示,在晾晒衣服时,横杆和衣架勾主要受到的力有(    )。 图 5⁃3 A.弯曲力和压力 B.弯曲力和拉力 C.剪切力和拉力 D.扭转力和压力 【答案】B 【解析】本题主要考查结构的受力分析。 结构的受力分析有 别于物理学的受力分析,重点分析强调构件受力后的整体形变, 而非质点的受力分析。 横杆整体的形变为弯曲,而衣架勾会受到 向上的拉力,否则会落下。 因此本题的正确答案是 B。 【案例 4】在下列操作过程中,主要的受力形式为既受压力又受扭转力的工具是(    )。 A.台钻钻孔时的麻花钻 B.锉削的锉刀 C.冲眼的样冲 D.拧螺帽的扳手 19 【答案】A 图 5⁃4 【解析】本题主要考查结构的受力分析。 结构的 受力分析有别于物理学的受力分析,重点分析强调 构件受力后的整体形变,而非质点的受力分析。 台 钻钻孔时,麻花钻除了受到向下的压力外,还要受到 扭转力的作用。 因此本题的正确答案是 A。 【案例 5】如图 5⁃4 所示是一种压紧机构。 在力 F 的作用下,推杆 1 通过连杆 1、摆杆、连杆 2 推动推 杆 2 将物体压紧。 下列受力形式分析中,正确的是(    )。 A.连杆 1 受弯曲力、摆杆受拉力、推杆 2 受压力与弯曲力 B.连杆 1 受压力、连杆 2 受压力、推杆 2 受压力与弯曲力 C.连杆 1 受压力、摆杆受拉力、推杆 2 受压力 D.连杆 1 受压力、连杆 2 受压力、推杆 2 受压力 【答案】B 【解析】本题主要考查结构的受力分析。 在力 F 的作用下推杆 1 往左运动,带动连杆 1 往左运动,连杆 1 两端分别受到摆杆的斜向下的反作用力和推杆 1 斜向上作用力,故连杆 1 受压力;摆杆两端分别受向左的作用力和连杆 2 的反作用力,故摆杆受弯曲力;连杆 2 两端 受的作用力作用在同一条线上面,连杆 2 主要受压力;推杆 2 前端受连杆 2 斜向下的作用 力,可分解为水平方向和竖直方向,前端受物体的水平反作用力,有变短和变弯的趋势,故受 压力和弯曲力。 因此本题的正确答案是 B。 检测练习 单项选择题                                                        1.下列结构中,属于壳体结构的是(    )。 A.水库大坝 B.竹篮子 C.教学楼 D.安全帽 2.下列结构中,不属于 ∙∙∙ 壳体结构的是(    )。 A.天文台穹顶 B.鸡蛋外壳 C.金字塔   D.安全帽 3.下列物体中,属于实体结构的是(    )。 A.房屋的墙体 B.教室的门窗 C.化工厂的储油罐 D.煮饭用的高压锅 4.下列物体中,属于框架结构的是(    )。 A.汽车引擎盖 B.喝水的水杯 C.防盗网 D.建筑大桥上的钢梁 29 5.多数自行车都采用框架结构设计,从结构上分析,其主要原因是(    )。 A.框架结构制作工艺很简单 B.框架结构所用的材料最少 C.各条状构件不仅能支撑人体的压力,而且具有很强的拉力 D.构件能保证人坐车的安全 6.奥运会上运动员手握单杠做大回环动作时,运动员的手和单杠的受力形式分别是 (    )。 A.受拉力和压力 B.受弯曲力和拉力 C.受剪切力和拉力 D.受拉力和弯曲力 7.小张的书桌桌面松了,正用螺丝刀将一颗螺丝钉旋紧钉入,这时螺丝刀的主要受力形 式是(    )。 A.受弯曲力、剪切力 B.受压力、扭转力 C.受压力、剪切力 D.受弯曲力、扭转力 8.在外墙上,通常用膨胀螺栓固定放空调外机的三角铁架,在安装上空调后,安装在三 角铁架与墙体之间底侧的膨胀螺栓的主要受力形式是(    )。 A.受剪切力 B.受拉力 C.受压力 D.受弯曲力 图 5⁃5 9.如图 5⁃5 所示为装吊夹钳,在夹持重物上吊过程中, 构件 1、铆钉和构件 2 的受力形式分别是(    )。 A.受拉力、受剪切力、受弯曲力 B.受弯曲力、受剪切力、受拉力 C.受拉力、受剪切力、受拉力 D.受弯曲力、受弯曲力、受拉力 10.如图 5⁃6 所示是一款手动压力装订器。 在力 F 的作 图 5⁃6 用下,手柄通过连杆 1、摇杆、连杆 2 带动压杆向下运动,将 工件压紧。 连杆 1、 摇杆、 连杆 2 的主要受力形式是 (    )。 A.连杆 1 受拉力,摇杆受弯曲力,连杆 2 受压力 B.连杆 1 受压力,摇杆受扭转力,连杆 2 受拉力 C.连杆 1 受拉力,摇杆受弯曲力,连杆 2 受拉力 D.连杆 1 受压力,摇杆受扭转力,连杆 2 受压力 11.如图 5⁃7 所示为一款防爆断线钳,小明拿它剪粗铁 图 5⁃7 丝,在剪断粗铁丝的过程中,粗铁丝和手柄的主要受力 形式是(    )。 A.粗铁丝受压力,手柄受弯曲力 B.粗铁丝受剪切力,手柄受弯曲力 39 C.粗铁丝受压力,手柄受压力 D.粗铁丝受剪切力,手柄受压力 图 5⁃8 12.如图 5⁃8 所示为一款台虎钳。 丝杠装在活动钳 身上,可以旋转,但不能轴向移动,并与安装在固定钳身 内的丝杠螺母配合。 当摇动手柄使丝杠旋转,就可以带 动活动钳身相对于固定钳身做轴向移动,起到夹紧或松 开工件的作用。 在夹紧工件的过程中手柄和丝杠的主 要受力形式是(    )。 A.手柄受压力,丝杠受弯曲力、拉力 B.手柄受弯曲力,丝杠受扭转力、拉力 C.手柄受拉力,丝杠受扭转力、压力 D.手柄受弯曲力,丝杠受剪切力、扭转力 图 5⁃9 13.如图 5⁃9 所示为垃圾桶,当用脚踩下踏板打开时,各 构件受力变形分析正确的是(    )。 A.连杆主要受压力,踏杆主要受弯曲力,弹簧主要受 压力 B.连杆主要受拉力,踏杆主要受弯曲力,弹簧主要受 压力 C.连杆主要受压力,踏杆主要受弯曲力,弹簧主要受 扭转力 D.连杆主要受压力,踏杆主要受压力,弹簧主要受扭 转力 图 5⁃10 14.如图 5⁃10 所示是水泥梁的受力分析示意图。 水 泥梁的下表面有钢筋,在受力后会发生形变,此时它的 上、下表面(沿表面)的受力形式分析最合理的是(    )。 A.梁的上表面受压力,下表面受压力 B.梁的上表面受压力,下表面受拉力 C.梁的上表面受拉力,下表面受压力 D.梁的上表面受拉力,下表面受拉力 图 5⁃11 15.如图 5⁃11 所示是一款单边吊伞,下面对连接杆 和支柱的主要受力分析正确的是(    )。 A.连接杆受压力,支杆受弯曲力 B.连接杆受拉力,支杆受压力 C.连接杆受拉力,支杆受弯曲力 D.连接杆和支杆都受弯曲力 49 第二节 结构稳定性与结构强度 1.结构的稳定性 结构的稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有的平衡状态的能力。 影响结构稳定 性的因素有三个方面。 •重心位置的高低:重心越低,结构越稳定。 为了结构稳定,要求重心垂线落在支撑 面内。 •支撑面大小:支撑面是指支撑结构(地面)接触部分所围成的面。 支撑面越大,结构越 稳定。 •结构的形状:几何形状要科学合理,结构才更加稳定。 采用三角形结构可增强结构的 稳定性。 2.结构的强度 结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。 •外力:对于研究构件而言,其他物体作用于该构件上的力。 •内力:构件受到外力变形时,引起内部各质点之间相互作用而产生的力。 外力增加, 内力增大,外力拆除,内力消失。 •应力:构件在单位面积上所受的内力。 该概念是针对受力相同、材料的截面大小不同 而提出的。 影响结构强度的因素有三个。 •结构的形状:包含结构的外部形状和结构的构件截面形状。 例如,薄板可用折叠或圆 管加固,材料相同时使用“工”字形或角钢等。 •结构的材料:通常情况下金属类材料的强度比木材、塑料类材料强度大。 •结构之间的连接方式:榫接、胶粘接、螺栓接、铆接、焊接等。 典型案例分析                                                   图 5⁃12 【案例 1】如图 5⁃12 所示为某企业设计的一款电脑桌,在实际使 用时很容易翻倒。 为了提高其稳定性,以下改进措施有效的是 (    )。 A.增加支撑腿的高度 B.桌面用更厚的木板制作 C.增加底部构件的质量 D.缩短底部各构件的长度 【答案】C 【解析】本题主要考查影响结构稳定的因素。 影响结构稳定性的因素有三个方面,第一 个是支撑面大小,第二个是重心的高低,第三个是结构的形状。 在本题的选项中,C 选项是 降低了重心,提高了结构的稳定性,其他各项的做法均错误,故本题的正确答案是 C。 59 【案例 2】如图 5⁃13 所示为防震桌,由桌面抵消撞击力,脚架采用斜三角形设计,要将此 桌子用在学校教室里,需增加其强度,下列措施不合理 ∙∙∙ 的是(    )。 图 5⁃13 A.桌腿都向外展开一个角度 B.增厚桌面 C.由铰连接变为刚连接 D.加粗桌腿 【答案】A 【解析】本题主要考查影响结构强度的因素。 影响结构 强度的因素有三个,分别为结构的形状、结构的材料和结构 的连接方式,其中 B、D 为改变材料,C 为改变连接方式,而 A 是增大支撑面积,B、C、D 说法 均正确,因此本题的正确答案是 A。 【案例 3】以下是一个水库的坝体结构,其中抗压能力最强的是(    )。 A. B.   C.       D. 【答案】C 【解析】本题主要考查结构的稳定性。 影响结构稳定性的因素有三个方面,C 选项就是 通过改变形状,增大底面积来增强坝体的稳定性,因此选择 C。 【案例 4】如图 5⁃14 所示是一款演奏音乐时放置乐谱的谱架,以下对该谱架结构的分析 中,不正确 ∙∙∙ 的是(    )。 图 5⁃14 A.构件①受弯曲力,设计时可将该构件设计得更长,使谱架 的结构更稳定 B.构件②受压力,设计时可以采用抗压能力强的钢材材料 C.构件③受拉力,设计时可以考虑用绳子作为材料 D.为了实现该谱架能够上下伸缩,构件②可以采用自调整螺 丝进行固定 【答案】C 【解析】本题主要考查结构的特性。 构件①受弯曲力,设计时 将该构件设计得更长,展开时与地面的支撑面将变大,稳定性变 好,选项 A 正确;构件②受压力,设计时可以采用抗压能力强的钢材材料,选项 B 正确;构件 ③受拉力,如果采用绳子,就不能保证底座的功能,选项 C 错误;构件②上下调整后可以用自 调整螺丝进行固定,选项 D 也正确。 故本题的正确答案是 C。 69 【案例 5】如图 5⁃15 所示为一款高度可调、灯罩角度可调的台灯,利用平行四边形结构和 高性能弹簧实现高度和角度的调节。 下列对该产品的描述中,不正确 ∙∙∙ 的是(    )。 图 5⁃15 A.当台灯处于图 A 所示位置时,杆 1 主要受压力,杆 2 主要受弯曲力 B.底座较重是为了防止使用时台灯 翻倒 C.用于支撑的杆采用塑钢铝材,可保 证结构强度 D.图 B 中甲处宜用元宝螺栓螺母连 接,乙处宜用铆钉连接 【答案】A 【解析】本题主要考查结构的特性。 在图 A 中,杆 1 主要受弯曲力,杆 2 主要受压力,因 此 A 错误,而其他各项都正确。 故本题的正确答案是 A。 检测练习 单项选择题                                                         图 5⁃16 1.如图 5⁃16 所示为某厂家设计制作的一款台灯,可以根据 使用者的需求调节角度和高度,但是这种灯很容易倾倒。 为了 提高其稳定性,下列优化措施最有效的是(    )。 A.将灯罩制作得更大 B.尽可能增大底座的面积和质量 C.采用强度大的塑钢铝材作为支架 D.采用节能环保灯管 2.下列选项中,影响结构稳定性的因素有(    )。 ①结构的形状;②结构的材料; ③材料之间的连接方式;④结构重心的位置 A.①②③ B.①④ C.②③ D.①②③④ 3.走钢丝的人手上拿着一条长棒的目的是(    )。 A.美观 B.改变重心 C.增加质量 D.支撑 4.下列结构中,不是 ∙∙ 利用不稳定性结构实现其功能的是(    )。 A.跨栏栏架 B.地动仪 C.跳高的支架 D.单杠 5.脚手架通常不采用块状钢条,而采用钢管,其主要原因是(    )。 A.节约材料 B.增加强度 C.方便连接 D.方便制作 6.下列选项中,最影响户外安装的钢筋混凝土电线杆的稳定性的是(    )。 A.电线杆的粗细 B.电线杆内加入钢筋的多少 C.电线杆埋入地下的深度 D.电线杆的形状 79 7.以下因素中,不能 ∙∙ 影响结构强度的是(    )。 A.形状 B.材料 C.材料的连接方式 D.重心高低 8.材质相同、截面积不同的两个杆件,在相同的拉力作用下,遭受破坏的程度不一样,截 面小的杆件先被破坏,原因是(    )。 A.截面越大,杆件承受的内力越大 B.截面越小,杆件承受的内力越小 C.截面越大,杆件承受的应力越大 D.截面越小,杆件承受的应力越大 9.下列有关结构的强度和稳定性的说法中,正确的是(    )。 A.物体的结构强度越大,其稳定性越好 B.照相机的三脚架稳定是因为它与地面的接触面积大 C.结构的形状也会影响结构的稳定性 D.运动的物体无法保持稳定                                                        10.下列关于结构强度的说法中,不正确 ∙∙∙ 的是(    )。 A.结构强度与使用的材料有关 B.在内力不变的情况下,构件的截面积越大,应力越小 C.材料截面的形状对强度没有影响 D.材料构件的连接方式会影响结构强度 11.折叠伞的伞骨之间的连接属于(    )。 A.铰连接 B.榫接 C.刚连接 D.焊接 12.有的矿泉水瓶上有若干凸起的横向纹路,从结构上分析其作用是为了(    )。 A.美观 B.增加强度 C.提高稳定性 D.节省材料 图 5⁃17 13.如图 5⁃17 所示是某厂家生产的一款塑料凳,很多客户反映凳脚强 度不足,容易变形或断裂,以下解决策略不可行 ∙∙∙ 的是(    )。 A.增加四条凳脚的宽度和厚度 B.采用强度更高的塑料作为凳脚材料 C.减少凳脚用料,降低凳子的重心 D.在相邻凳脚间利用塑料横档连接 14.下列构件连接方式属于不可相对运动 ∙∙∙∙∙∙ 连接的是(    )。 A.合页连接 B.轴承连接 C.单螺栓连接 D.胶链接 15.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 第三节 结构设计与欣赏 1.结构的设计过程 设计的结构一定要实用、安全、经济、美观和人性化,同时还要考虑它的稳定性、强度、连 接方式和材料的选用等。 结构设计过程如下: ①发现明确问题。 明确该产品设计的具体要求、设计的目的以及限制条件等。 89 ②收集信息,调查分析。 通过用户、互联网、市场收集相关产品信息,了解已有相似产品 (或结构)的大小、尺寸、类型、材质等。 ③方案分析与构思。 根据已有的材料、工具、可用的连接方式等构思设计方案,并绘制 草图。 ④方案的呈现与筛选。 根据构思的方案,对材料、连接和结构进行对比,筛选合理的材 料和工艺,设计制作相应的产品。 其过程为首先挑选材料,选择合适的工具,按图尺寸制作 各部分构件,再采用合理的连接将构件组装,最后打磨装饰。 ⑤产品的检测、优化与改进。 采用压重、转动、体验等方式对结构的强度、稳定性、舒适 度等进行测试,不断优化改进。 ⑥写出产品说明书。 其内容包括说明书的名称、产品的特点和功能、技术参数、使用方 法、使用注意事项等。 2.构件的外形设计 为了实现产品的功能,设计的结构内部构件之间要相互配合,下面为一些常见的结构构 件,为大家学习时提供参考,如图 5⁃18 所示。 99 图 5⁃18 001 3.结构的欣赏 地域的不同,民族的差异,历史、宗教、思想、文化背景的差别都会直接或间接影响建筑 结构的设计思想。 典型案例分析                                                  【案例 1】如图 5⁃19 所示是一款折叠式人字梯,从图中可以看到它的连接片、连接支撑脚 和梯架。 请分析人字梯的整体结构,回答以下问题。 图 5⁃19 (1)为了使支撑脚与梯架折叠方便,叉开后连接可靠,图中三个连接片可行的是 (选择一个,将序号填写在“ ”处)。 (2)加工连接片上的腰形槽,需要用到的设备和工具是 、 、 、 (从“①线锯;②样冲;③划针;④锉刀;⑤台钻;⑥板牙”中选择四种工具,将序号填 写在“ ”处)。 (3)若要检验该人字梯是否牢固,合理的试验方案是 (在“①在梯子最下面一 层踏脚板上放置与成人相当的重物,观察梯子是否损坏;②在梯子最上面一层踏脚板上放置 与成人相当的重物,观察梯子是否损坏;③同时在梯子各层踏脚板上放置与成人相当的重 物,观察梯子是否损坏;④在梯子最下面一层踏脚板上放置与成人相当的重物,然后将重物 逐层向上移动,观察梯子是否损坏”中选择一种,将序号填写在“ ”处)。 【答案】(1)②;(2)②③④⑤;(3)④ 【解析】(2)加工腰形槽需要钻孔,所以需要划针、样冲、台钻,钻孔后需要锉削,使用锉 刀。 (3)在使用梯子时,人是一个阶梯一个阶梯走上去的,所以试验时,重物也应逐层上移, 并观察梯子是否损坏。 【案例 2】根据所学知识,请设计一款便携式手机支架,便于使用者在办公室、家里等场 所使用,要求结构稳定,样式新颖,方便拆卸。 (1)请画出草图,正确标注主要尺寸。 (2)请用文字说明设计方案。 图 5⁃20 (3)请列出制作的材料及所需的工具。 【解析】本题是一个结构设计的案例,设计的结 构一定要实用、安全、经济、美观和人性化,同时还要 考虑它的稳定性、强度、连接方式和材料的选用等。 (1)草图(参考图 5⁃20 所示的实物图):须清 晰,比例恰当,标注正确。 101 (2)设计方案要求:能表达主要功能,设计合理,有一定创新性。 文字内容翔实,能表达 设计意图,功能表达清晰。 要点:①收集信息,调查分析。 通过用户、互联网、市场收集相关 产品信息,了解已有相似产品(或结构)的大小、尺寸、类型、材质等;收集本作品所处环境的 条件与要求。 ②方案分析与构思。 根据提出的要求,对选择的材料、连接方式以及结构组成 等进行分析。 ③方案的呈现。 画出草图,对其长、宽、高和功能特色进行介绍。 (3)可能所需材料:木板、PVC 板、PVC 管、铝皮、铁丝、钉子、粘接胶水、螺钉等(仅供参 考)。 可能所需工具(注:工具必须与列出的材料相对应。 仅供参考):画线工具类(木工铅 笔、划规等)、量具类(卷尺、角尺等)、锯割工具类(手锯、电锯等)、夹持工件的工具(台虎钳、 夹钳等)、打磨工具类(手锉、砂纸等)。 检测练习 一、单项选择题                                                         图 5⁃21 如图 5⁃21 所示是中国闻名天下的古代建筑岳阳楼。 它是一 座三层的纯木结构建筑,斗拱、飞檐的结构复杂,工艺精美,令人惊 叹。 斗拱使屋面凹曲,飞檐使沉重的建筑增添了轻快欲飞的美感, 体现了中国古代建筑高贵华美的风韵,丰富了中国古代建筑文化。 根据以上内容完成 1、2 题。 1.以上这段文字是对古代建筑的鉴赏,关于欣赏角度的分析最合理的是(    )。 A.从技术与工艺角度 B.从技术与民俗角度 C.从工艺与民俗角度 D.从技术与文化角度 2.关于木结构的加工工艺,通常是先加工各个构件,然后处理表面,最后进行榫卯连接。 其加工过程中用于表面抛光的工具是(    )。 A.锯 B.刨 C.锉 D.凿 3.飞檐是中国古代建筑屋顶结构的一种特色,在欣赏飞檐结构时,以下欣赏角度与内容 不相符 ∙∙∙ 的是(    )。 A.从技术角度看,飞檐结构复杂,施工难度大 B.从技术角度看,使采光面积增大,排泄雨水顺畅 C.从文化角度看,飞檐的曲线与房屋的直线和谐融合 D.从文化角度看,仅靠木质构件榫接而成,工艺精湛 图 5⁃22 如图 5⁃22 所示为某户外雨棚,该雨棚用钢管支撑, 结构简洁美观,请根据所学知识回答 4、5 题。 4.关于该雨棚的分析,下列说法不正确 ∙∙∙ 的是(    )。 A.雨棚的支撑钢管与顶棚钢架之间的连接方式是 刚连接 B.顶上雨棚部分属于框架结构 C.该结构与地面的支撑面较小,因而稳定性不佳 201 D.下雨造成顶棚积水时,支撑钢管所受的压力会增加 5.以下改进措施不能 ∙∙ 增强该雨棚的强度或稳定性的是(    )。 A.将钢管之间的连接方式改为铰连接 B.在支撑钢管和顶棚钢架间加装三角形加强筋 C.将顶棚换用高强度新型材料 D.增加支撑钢管的数量或增大支撑钢管直径 图 5⁃23 6.有如图 5⁃23 所示的椅子,为防止其翻倒,以下措施中合 理的是(    )。 A.增加靠背的长度 B.提高坐垫的高度 C.增加底部椅脚的长度 D.采用强度更大的合金材料制作 7.如图 5⁃24 所示,图甲为一高度可调的家用熨衣架,利用 图 5⁃24 支架卡在图乙所示的调节块凹槽的不同位置 来实现熨衣架的高度调节,调节块固定在熨衣 板的背面。 为了改善熨衣架的结构性能,以下 方案最合理的是(    )。 A.为了提高熨衣架的稳定性,采用更坚 硬的材料做支架 B.为了提高熨衣架的强度,将支架直接 固定在熨衣板的背面 C.为了提高熨衣架的稳定性,采用不锈钢板做熨衣板 D.为了提高熨衣架的强度,采用直径稍大一点的金属管做支架 图 5⁃25 8.如图 5⁃25 所示是一款创意纸巾盒,但抽取纸巾时发现纸 巾盒容易翻倒。 为了提高其稳定性,以下改进措施最有效的是 (    )。 A.抽纸口适当上移 B.增加腿的长度 C.增加两只脚板的长度 D.整体采用更薄的木板制作 图 5⁃26 如图 5⁃26 所示是一款折叠床,长期使用后床体中 部两侧的钢管下弯变形,床中部的纸质面板损坏下陷, 床面中部形成明显的凹坑。 根据描述回答 9、10 题。 9.关于该折叠床设计存在的不足,以下分析不合理 ∙∙∙ 的是(    )。 A.折叠床的床面板设计为纸板,承重不足 B.折叠床两侧的钢管跨度过长,容易变形 301 C.为了提高强度,可以适当增加钢管的厚度 D.为了增强稳定性,可以用相同截面的钢条代替钢管 10.以下改进措施不合理 ∙∙∙ 的是(    )。 A.用木板代替纸质面板 B.中部增加一组床脚 C.降低两腿脚的高度 D.适当减小两组床脚间的间距 二、综合分析题 1.自行车是我们生活中常见的结构,请根据你所学的有关结构的知识回答以下问题: (1)自行车的结构设计除了考虑稳定性,还主要考虑什么性质? 它跟什么因素有关? (2)自行车的车架为什么采用三角形结构? (3)自行车的支架部分采用了空心钢管材料,请说明使用这种材料的两种优点。 2.如图 5⁃27 所示为某学生设计的一款树形书架。 使用时将书架放于地面上,其中搁板、 支撑条均使用木质材料,各构件之间采用胶水粘接。 图 5⁃27 (1)分析有哪些改进方案可进一步提高该书架的稳定性(至少两种)。 (2)怎样测试书架构件连接的强度。 (3)为了增强书架的结构强度,以下选项中最有效的是 。 A.降低书架高度 B.改变搁板形状 401 C.改变构件间的连接方式 D.扩大底柱的支撑面 3.如图 5⁃28 所示,图(a)为抓拍摄像头,其底部有两个孔距为 100 mm 的 M5 螺纹孔。 现 要将其安装到路口的支架上,支架如图(b)所示。 支架安装杆截面是边长为 50 m 的正六边 形,其安装面上有两个孔距为 40 mm 的 M6 螺纹孔。 (1)请设计摄像头与支架之间的连接件,画出草图、标注必要的尺寸并进行简要说明。 设计要求如下:①能够实现摄像头与支架的连接;②摄像头能够实现从图(b)位置向下 45° 范围连续调节,并能在调节范围内可靠固定;③结构简单,安装调节方便;④材料为 2 mm 厚 钢板。 (2)连接件设计完成后,进行了以下技术试验,你认为不合理的是 (在“①安装连接件,连接摄像头与支架,试验安装是否方便;②调节摄像头角度,观察连接件 能否实现垂直 45°调节;③调节摄像头,观察摄像头能否准确对准车辆;④调节摄像头角度, 观察连接件能否在需要的角度可靠固定”中选择合适的选项,将序号填在“ ”上)。 图 5⁃28 知识结构 501 专题检测 一、单项选择题(共 22 小题,每小题 2 分,共 44 分) 1.下列的物体中属于实体结构的是(    )。 A.电灯泡 B.脚手架 C.橡皮擦 D.足球 2.下列物体中不属于 ∙∙∙ 壳体结构的是(    )。 A.摩托车头盔 B.汽车引擎盖 C.贝壳 D.金字塔 图 5⁃29 3.如图 5⁃29 所示,在攻丝的过程中,丝锥和 丝锥扳手的主要受力形式是(    )。 A.丝锥受压力、扭转力和丝锥扳手受剪 切力 B.丝锥受压力、剪切力和丝锥扳手受扭 转力 C.丝锥受扭转力和丝锥扳手受压力、弯 曲力 D.丝锥受压力、扭转力和丝锥扳手受弯曲力 图 5⁃30 4.如图 5⁃30 所示为室内灯具,下面对连接杆和支柱的主要受 力分析正确的是(    )。 A.连接杆受压力和支柱受弯曲力 B.连接杆和支柱都受压力 C.连接杆受弯曲力和支柱受压力 D.连接杆和支柱都受弯曲力 5.如图 5⁃31 所示是两边支架用钢钉固定在墙壁上的一款搁 板,把花盆放在中央时,支撑板和钢钉的主要受力形式是(    )。 图 5⁃31 A.搁板受拉力和钢钉受剪切力 B.搁板受拉力和钢钉受压力 C.搁板受弯曲力和钢钉受弯曲力 D.搁板受弯曲力和钢钉受剪切力 6.发生交通事故时,摩托车手的头盔能有效保护 车手的头部安全。 以下分析正确的是(    )。 A.头盔的壳体结构能分散撞到头盔上的力 B.头盔的壳体结构能吸收撞到头盔上的力 C.头盔的框架结构能分散撞到头盔上的力 D.头盔的组合结构能吸收撞到头盔上的力 601 图 5⁃32 7.如图 5⁃32 所示为一款创意太阳伞,若要提高它的稳定 性,有效的改进措施是(    )。 A.加粗中央立柱 B.伞面选用优质的碳钢材料 C.减轻底部底盘的质量 D.增加底部底盘的面积 8.以下关于不倒翁“不倒”的原因分析中,合理的是(    )。 A.其构成材料的强度大 B.下端大,上端小 C.底部接触面小 D.其重心低,底部接触面是光滑的弧面 9.下列是具有相同截面、相同长度、相同材质、结构不同的四种钢梁,它们中承重能力最 强的是(    )。 A. B. C.   D. 10.如图 5⁃33 所示,用两张相同的纸做结构强度对比试验,此试验可说明影响结构强度 的因素是(    )。 图 5⁃33 A.结构的材料 B.结构的面积 C.结构的形状 D.结构的支撑点 701   图 5⁃34     如图 5⁃34 所示是一款平衡吊,吊臂为平行四边形机构, 能在铅垂面内运动。 请完成 11—13 题。 11.在图 5⁃34 中,构件 1、构件 3 的主要受力形式是(    )。 A.构件 1 受压力,构件 3 受弯曲力 B.构件 1 受拉力,构件 3 受拉力 C.构件 1 受弯曲力,构件 3 受拉力 D.构件 1 受弯曲力,构件 3 受压力 12.起吊时,配重除了起平衡作用外,还可以(    )。 A.增加强度 B.减小载荷 C.改变支撑面 D.增加稳定性 13.构件 2、构件 3 与构件 1 之间的连接方式是(    )。 A.紧铆连接 B.铰连接 C.榫接 D.焊接 图 5⁃35 14.如图 5⁃35 所示是一款儿童用三轮车。 若要提高它的 稳定性,有效的改进措施是(    )。 A.增大两后轮的间距 B.缩短前后轮的距离 C.增大两后轮的直径 D.增大前轮的直径 如图 5⁃36 所示是一款钣金剪的结构示意图。 请完成 15、 图 5⁃36 16 题。 15.在加力杆上施加力 F 时,以下构件的主要受 力形式是(    )。 A.连杆受拉力,加力杆受弯曲力 B.连杆受压力,加力杆受弯曲力 C.连杆受拉力,加力杆受压力 D.连杆受压力,加力杆受压力 16.图 5⁃36 中的销轴可采用(    )。 A.铆钉 B.自攻螺钉 C.紧固螺钉 D.膨胀螺栓 图 5⁃37 17.如图 5⁃37 所示是一款手动冲压机,扳动手柄,通过连杆 带动压杆工作。 下列关于该冲压机的分析中, 正确的是 (    )。 A.手柄受力形式为受压力 B.压杆只能上下移动,不能转动,压杆与机座之间的连 接属于刚连接 C.冲压机的底座设计厚重,有利于提高冲压时的稳定性 801 D.手柄上施加力 F 时,压杆向上运动 18.为了增强结构的强度,用混凝土和钢筋制作房屋的大梁时,钢筋通常放在混凝土柱 的(    )。 A.上侧 B.下侧 C.中间轴线 D.都可以 19.两根材质匀称质量相同的木条,它们的长为 2.5 m,截面规格为 30 cm×10 cm,都分别 架在相距为 2 m 的支撑墙上。 按竖摆和横摆两种方式(图 5⁃38)摆放,则木质横梁的承重 (上往下压)能力为(    )。 图 5⁃38 A.甲图(竖摆方式)承重大 B.乙图(横摆方式)承重大 C.一样大 D.不确定 20.有一款办公桌使用一段时间后出现左右晃动的情况。 下列改进方案中,合理的是 (    )。 A. B. C. D. 图 5⁃39 21.如图 5⁃39 所示为一款折叠式书报架,为了提高其稳定性,以下措施 中不合理 ∙∙∙ 的是(    )。 A.降低书报架的高度 B.增大底部的支撑面积 C.采用较重的底座 D.将其中的连接方式由铰连接改为刚连接 22.如图 5⁃40 所示是一款木制双人秋千。 以下改进措施能增加其稳定 性的是(    )。 图 5⁃40 A.更换原材料,把木质改为不锈钢 B.把支撑架两脚的交叉角度增大,增大其支撑面 C.加粗横杆,加固座椅与钢索的连接 D.加固最上端横杠与钢索的连接部分 901 二、判断题(共 15 题,每小题 1 分,共 15 分) 1.实体结构的结构体本身是实心的,它利用自身来承受荷载,主要承受压力。 (    ) 2.框架结构的结构体由细长的构件组成,它通过条状物的连接来承受荷载,既可以承受 压力又能够承受拉力。 (    ) 3.壳体结构的结构体由片状或层状结构组成。 (    ) 4.手提水桶时手臂主要所受的力是压力。 (    ) 5.钓鱼竿钓起鱼时,鱼竿主要所受的力是拉力。 (    ) 6.剪切力是指大小相等、方向相反,作用于同一个物体上的一对平衡力。 (    ) 7.通常情况下,支撑面要比接触面大。 (    ) 8.采用三角形结构,有时既可增大结构的稳定性,还能增强结构的强度。 (    ) 9.结构的强度越强,越不易侧翻或倾倒。 (    ) 10.材质相同时,在相同截面积的结构中,工字形结构强度最大。 (    ) 11.一般情况下,在同一构件上,外力增加,内力增大,外力拆除,内力消失。 (    ) 12.相同的物体只要外力增大,应力就会增大。 (    ) 13.写产品说明书时,重点是介绍该产品的结构。 (    ) 14.地域、文化背景的不同会直接或间接影响建筑结构的设计。 (    ) 15.任何结构都可从技术、人文、思想、文化等方面进行欣赏评价。 (    ) 三、设计分析题(共 5 小题,1 题 5 分,2 题 8 分,3 题 8 分,4 题 5 分,5 题 15 分,共 41 分) 1.过去农村地区人们用木制水桶在深井中打水,常常要在水桶口的边缘绑上一个小重 物,水桶降到水面时能自动侧翻,方便水桶进水。 请根据所学的知识从结构的稳定性分析这 一做法。 图 5⁃41 2.如图 5⁃41 所示是意大利的比萨斜塔。 该塔向南倾斜大约 5.5°, 这意味着斜塔第七层的柱子比第一层要探出大约 4.5 m,但它没有倒 塌。 请分析比萨斜塔没有倒塌的主要原因。 3.自然界中的椰子、桂圆、贝类、蛋等都属于壳体结构。 它们遵循 着适者生存的法则,经过漫长岁月的演变,选择了最合理的外形。 它们以较薄的外壳,获得 了较大的承受外力的卓越性能。 这一事实,给我们带来了发明创造的宝贵灵感! 011 (1)为什么它们以较薄的外壳,获得了较大的承受外力的卓越性能? (2)人们运用仿生学,制造了许多壳体结构的物品,请举几例。 4.2004 年 5 月 23 日,巴黎戴高乐机场 2E 候机厅顶棚发生坍塌事故,造成包括两名中国 公民在内的 4 人死亡,3 人受伤。 事后成立的调查委员会指出该建筑的一些缺陷,钢筋混凝 土骨架强度不够或定位不好、连接水泥顶棚和下层玻璃的承梁抗击外力的能力不足,在某些 因素的触发下,顶棚就会发生坍塌。 根据上述案例,分析影响结构强度的因素有哪些? 图 5⁃42 5.张雷发现通用技术实验室里的投影仪不能调节高度,经拆解 发现投影仪支架结构如图 5⁃42 所示。 支架由上、下两部分组成,上 半部分连接到天花板上,下半部分与投影仪连接,上、下两部分的侧 边都有直径为 8 mm 的通孔。 请你帮张雷在支架的上、下两部分之 间设计一个连接件,设计要求如下: ①能对投影仪进行高度调节,调节范围至少有 100 mm; ②能使投影仪在某一个高度固定; ③连接件主要材料采用 30 mm 宽、3 mm 厚的条钢,辅助材料 自选; ④结构简单,调节方便。 (1)画出连接件的设计草图,必要时可用文字说明。 (2)在设计草图上标注连接件的主要尺寸。 111     (3)以下连接方式中最适合用于支架与连接件进行安装和调节的是 (在“①六 角螺栓与螺母;②紧定螺钉;③膨胀螺丝;④六角螺栓与元宝螺母;⑤自攻螺钉”中选择最适 合的一项,将序号填写在“ ”处)。 (4)连接件安装到投影仪支架上后,为了检验其是否达到设计要求,张雷进行了以下技 术试验,其中合理的有 (从下列项目中找出所有合理的项目,将序号填写在 “ ”处)。 ①在连接投影仪处挂上普通投影仪两倍重的砝码,观察所固定高度是否变化; ②将连接件置于潮湿环境中,看是否容易生锈; ③反复调节高度,看操作是否简便; ④敲击与天花板连接的圆柱,观察其与天花板连接的牢固程度; ⑤安装不同的投影仪到支架上,测试支架对不同投影仪的适应性。 211 专题五:结构及其设计 第一节:结构与力 (一)单项选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D C A C C D B A B A 11 12 13 14 15 A B A B C 第二节:结构稳定性与结构程度 (一)单项选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B B B D B C D D C C 11 12 13 14 15 A B C D C 第三节:结构设计与欣赏 (一)单项选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D B D B A C D C D C (二)综合分析题[参考答案] 1.(1)自行车的结构设计除了考虑稳定性,还主要考虑强度。它跟构件形状、材料、链接方式有关。 (2)自行车的车架用三角形结构为了增加强度。 (3)使用这种空心钢管材料的两种优点安全、质量轻,强度大。 2.(1)方法一:加粗支撑架,使支撑架底部面积增大;方法二:在支撑架底部设计一块面积合适的较重底板作为底座,既降低重心,又增大了支撑面积。 (2)固定底部支撑架,在搁板上放置袋装河沙,不断增加河沙重量,直到搁板脱落,记录下脱落前的那一次河沙重量,此重量即为构件连接的强度(大小)。 (3)C; 3.(1)草图参考(上孔距为40mm的M6螺纹, 下孔距为100mm的M5螺纹) (2)③。 专题检测 (一)单项选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C D D C D A D D A C 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 A D B A A A C B A B 21 22 D B (二)判断题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A A A B B B A A B A 11 12 13 14 15 A A B A A (三)设计分析题【参考答案】 1.在水桶边缘绑上重物,改变水桶重心,利用不稳定性,使水桶易侧翻。 2. 首先比萨斜塔倾斜角度处于安全范围内,中心的投影点还落在支撑面内。其次,斜塔本身具有一定强度,可以抵抗因倾斜而造成的弯曲应力。 3.(1)这种结构受到外力冲击时,壳形的结构表面能将外力均匀扩散,从而抵抗变形。 (2)头盔、安全帽、帐篷顶、灯泡等。 4. 影响结构强度的原因有:①结构的形状。结构的形状不同,强度就会改变。②结构的材料。不同的材料有承受不同应力极限的能力,材料不同,强度就不同。③结构之间的连接方式。不同的连接方式,受力传递方式和效果不一样。 结构的强度在工程技术设计中起着至关重要的作用,当结构的强度不够时,必然引起物体发生坍塌。 5.(1)(2)参考的草图如图所示,其尺寸腰形孔长度为100mm,直径8mm,选配6M的螺栓和元宝螺母。 (3)④;(4)③ 学科网(北京)股份有限公司 $$

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专题五 结构及其设计-普通高中春招考试备考教材 通用技术(第六版)
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