5 跨学科实践：桥（教学课件）物理新教材教科版八年级下册

第5节 跨学科实践：桥 八年级物理下册 •教科版 第八章—运动和力 教学引入 1 　　几千年前，人们为跨越小溪，将树干跨放在小溪两岸，发明了最早的桥。早期的桥梁通常由木材和石块组成，现代桥梁通常由钢、混凝土和其他高强度材料构建，形状多种多样。 桥梁的结构 2 　　中国拥有许多古老而具有特色的桥梁，这些桥梁不仅是交通和交流的通道，也承载着历史和文化的传承。 1.桥梁设计的两大关键是          和           。 2.桥梁可以根据          和          分类。 材料 结构 结构 形状 桥梁的结构 梁桥 拱桥 悬索桥 斜拉桥 桥梁的结构 2 梁桥 拱桥 悬索桥 斜拉桥 　　以梁为主要承重结构的桥，是我国古代最早出现的桥型，梁桥是最常见的桥梁类型之一，适用于中小跨径的桥梁工程。 　　以拱为主要承重结构的桥，跨越能力较大，适用于宽阔河流或深谷等跨度较大、地基较好的桥梁工程。 　　以缆索为主要承重构件的桥梁，悬索桥适用于超大跨度桥梁建设，如跨越宽阔的海峡或大河等。 　　以斜拉索为主要承重构件的桥梁，斜拉桥适用于大跨度且有通航桥梁建设。 桥梁的结构 2 3.桥梁由              和               组成。 桥梁的整体设计原理都是                              。 桥面 承重结构 防止桥面弯曲 桥面 承重结构 桥梁的力学分析 3 　　用一块表面画有方格的海绵块模拟桥面，用手按压海绵块来模拟负载(桥梁承载的东辆、行人等对桥面的压力)。观察海绵块的形变程度，并记录。 探究实验：桥梁承重时的形变和受力 【实验方案】 【实验过程】 　　控制两个支撑物体之间的距离不变，用力按压海绵块，观察海绵上下层方格的形变程度，上层方格被挤压变窄，下层方格被拉长变宽；逐渐增大力度，观察海绵形变程度的变化。 桥梁的力学分析 3 【分析论证】 用较小力度按压海绵块时，上层方格被挤压较窄，下层方格被拉拉伸较长。 用较大力度按压海绵块时，上层方格被挤压更窄，下层方格被拉拉伸更长。 桥梁的力学分析 3 【实验结论】 　　桥梁上表面受到压力，下表面受到拉力。当负载增加时，桥梁弯曲形变程度会随之增加，如果弯曲形变超出桥梁允许的形变范围，桥梁就可能发生坍塌。 如果你是一名桥梁工程师，如何避免桥梁发生大的弯曲形变，提高桥梁承重能力，避免桥梁坍塌呢? 桥梁的力学分析 3 1.支撑结构受力情况 理论探究 ①           是以梁为主要承重结构的桥，结构最简单的桥。在竖直荷载作用下结构无水平反力，只利用梁的抗弯能力来承受荷载的桥梁。 桥本身重力 负载的重力 桥端反作用力 桥端反作用力 桥梁上部受到压缩，下部受到拉伸 桥本身重力 负载的重力 桥端反作用力 桥端反作用力 桥梁不堪重负的时候就会产生范性形变，甚至被压垮 桥本身重力 负载的重力 桥端反作用力 桥端反作用力 加入桥墩时，可以阻止桥梁的弯曲并产生向上的支撑力 桥墩的支撑力 梁桥 桥梁的力学分析 3 ②           是以拱为主要承重结构的桥，通过拱的弯曲形状将荷载转换为水平和竖向压力，并传递到桥台和支撑结构上的桥梁。 拱桥 当拱形的上部受向下的外力时，它能把压力向下传递给相邻的部分，在两端产生外推力和下压力。 拱形基座两端通过拱形将向上、向内的反作用力传给受力点。 桥梁的力学分析 3 ③               是通过将荷载从桥面传递到主缆，再由主缆传递到桥塔和锚锭的体系。 悬索桥 ④               是通过斜拉索将桥面荷载传递到桥塔上，由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种桥跨结构。 斜拉桥 桥梁的力学分析 3 2. 所有                               的合力与                          的合力平衡。 3.根据                        条件，无论什么样的桥梁结构，都会产生一个向上的合力作为桥面的                            。 支撑桥面的力 桥面及负载 二力平衡 支撑力 支撑结构产生一个向上的合力，与桥面及负载的合力平衡 桥梁的力学分析 3 活动 体验拱桥的支撑作用 　　找一个硬直筒圈，中间套一根橡皮筋，如图所示，用手轻压顶部，观察皮筋的形变，思考拱桥形状与桥面负载的关系？ 手在施加压力的同时，橡皮筋逐渐被拉伸，拱桥的弧度逐渐变大。 　　拱形能把压力向下传递给相邻的部分在两端产生外推力和下压力，而且弧度越大，它的外推力越大，下压力越小，承重能力也就越强。 桥梁的力学分析 3 　　如何在桥梁负载增加时保持桥梁结构稳定、不易弯曲，这也是设计桥梁应考虑的问题。哪种几何元素构成的物体稳定性好呢? 　　将几根橡皮筋连接起来后，穿过吸管再首尾连接，分别搭成三角形和矩形结构。利用悬挂重物对以上结构施加向下的力。比较三角形、矩形结构的稳定性有什么不同？ 探究实验：几何体的稳定性 【实验方案】 桥梁的力学分析 3 　　利用悬挂重物对以上结构施加向下的力。实验中发现，三角形结构的物体受力时形状保持不变；矩形结构的物体受力时水平部分弯曲。 【实验过程】 三角形结构的物体受力时形状保持不变。 矩形结构的物体受力时水平部分弯曲。 桥梁的力学分析 3 　　利实验发现，三角形具有很好的结构稳定性。它是现代桥梁的基本结构元素，它有相对较轻的自重，且能承受更大的压力和拉力。 【实验结论】 武汉长江大桥的三角形桁架结构 三角形桁架结构建筑 设计并制作一座自己的桥 4 设计并制作一座自己的桥 设计并制作一座可承载重物的纸桥，至少能跨越25cm的峡谷，宽度大于10cm，最小承重为0.2N。 【活动目标】 【设计说明】 一张纸的表面大，支撑力弱；纸被折叠后，形成多个像小山一样的支撑点，物体的重量就被均匀分散到各个支撑点上，三角形具有稳定性，纸桥就能支撑住物体的重量。 　　制作时可采用两张A4纸，一张折成波浪形垫底、一张做桥面。既能承重，又能使桥面平整。 设计并制作一座自己的桥 4 【方案实施】 1. 准备材料： A4 纸、双面胶、剪刀、刻度尺、铅笔、砝码和硬币等。 2. 绘制设计图： 根据生活经验和网上查阅资料绘制一座自己的桥的设计图。 3. 制作步骤： ①将一张A4纸对折成扇子的形状，如图所示，将纸连续 进行对折，摊开纸后，观察到纸上有多处折痕； ②将一张A4纸用剪刀剪出一条宽2cm 的长条；并分成两半， 用胶水粘成圆环形，做承重桥墩。 设计并制作一座自己的桥 4 ③将折好的波浪形A4纸垫底、另一张A4纸做桥面和桥墩组装起来，简易的纸桥便制作而成。 【测试要求】 1. 在桥上放置重物，且放上后需至少保持5s，纸桥不塌落，记下纸桥承重； 2. 同学们可分组进行，每组可尝试3次，取最高成绩。 组名 承重 1 2 ．．． 设计并制作一座自己的桥 4 【交流讨论】 　　通过进一步实验可以发现，A4纸张的形状改变后，相同一张纸的承受力度也会发生改变。其中A4纸折叠的楞的多少，以及张开的角度等都会影响纸桥的承重能力。同时如果将桥墩折成波浪形，则桥梁的稳定性也会大大增加。 设计并制作一座自己的桥 4 　　茅以升(1896-1989)土木工程学家，桥梁专家，主持修建了我国自己设计并建造的第一座现代化大型桥梁——钱塘江大桥。 　　中国正从桥梁大国迈向桥梁强国!一座座雄伟壮丽的现伏化桥梁正在把跨越大江、大河、高山、峡谷的千年梦想变成现实。纵观祖国大地百万座大桥，从赵州桥到港珠澳大桥，连接时代明的宏伟大桥正在贯通华夏大地! 赵州桥距今已有1400多年的历史。桥全长64.4m，桥面宽约10m。 设计并制作一座自己的桥 4 【视频欣赏】 1. 兰州中山桥是黄河上游修建最早和唯一保存至今的近现代钢架桥梁，属于全国重点保护文物，为了提升这座已通行百年的桥抵御自然灾害的能力，将其整体抬高了1.2m。做桥梁的钢架属于( ) A.非金属材料 C.复合材料 B.有机合成材料 D.金属材料 课堂练习 5 D 课堂练习 5 2. 当三角形顶部受到压力时，关于两侧杆及底下横杆受到的力的方向，下列图中正确的是 （　　） B 课堂练习 5 3. 下列是常见桥梁的示意图，其中属于悬索桥的是_______ ，属于斜拉桥的是________，②中桥拱的作用是防止_______弯曲。 桥面 ③ ④ 桥 课堂小结 6 桥梁的结构 桥梁的力学分析 设计并制作一座自己的桥 Lavf58.29.100 #[1920x1080][30.00fps][2789k][0k][s][tv=xxxx_atlas-5.8.6-23-gcada6dd][uploadSource=CP_WEB][p=f3CCL6Pj5S7W3E36u2M52A==][audioGain=0.0000] $$