第8章 5 跨学科实践：桥（讲解课件）-【优翼·学练优】2024-2025学年八年级物理下册同步备课（教科版2024）

跨学科实践：桥 5 第 8 章 运动和力 观察与思考 几千年前，人们发明了最早的桥。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。那么桥梁设计的关键是什么呢? 桥梁的结构 桥梁由桥面和承重结构组成。桥梁的承重结构具有不同的设计和样式。但是桥梁总体设计原理都是一样的——防止桥面弯曲。 桥梁的结构 桥梁可以根据其形状和结构分类。最常见的桥梁包括梁桥、拱桥、悬索桥和斜拉桥。 梁桥 斜拉桥 拱桥 悬索桥 桥梁的力学分析 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(桥梁承载的车辆、行人等对桥面的压力)。如图所示，海绵块在负载作用下发生了弯曲形变，上层方格被挤压变窄，下层方格被拉伸变宽。 桥面承重时的形变和受力 演示实验 桥梁的力学分析 分析可知，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 梁桥是结构最简单的桥，为减小桥面弯曲形变，在桥面下加一个桥墩，即可为桥面提供一个向上的力。所有支撑桥面的力的合力(用向上的蓝色箭头表示)，与桥面及负载的合力(用向下的红色箭头表示)平衡。可见，根据二力平衡条件，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力。 支撑结构受力情况 理论探究 桥梁的力学分析 支撑结构产生一个向上的合力，与桥面及负载的合力平衡。 支撑结构受力情况 理论探究 斜拉桥 拱桥 悬索桥 桥梁的力学分析 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。 体验拱桥的支撑结构 活动 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? 桥梁的力学分析 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。如图所示，利用悬挂重物对以。上结构施加向下的力。请比较三角形、矩形结构的稳定性有什么不同。 探究几何体的稳定性 实验探究 矩形结构的物体受力时还可能变形为平行四边形结构 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 材料 吸管、 橡皮筋、 细线等 桥梁的力学分析 三角形具有很好的结构稳定性。三角形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。因此，在设计上常常利用三角形结构来加固桥梁。 武汉长江大桥的三角形桁架结构 长沙猴子石大桥的“V”字形桥墩 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。 材料与工具选用参考 A4纸、双面胶、剪刀、刻度尺、铅笔、砝码和硬币等 1.在桥中间放置重物，要求放上后至少保 持5s,纸桥不塌落，记下纸桥承重; 2.每组可尝试3次，取最高成绩 测试要求 设计并制作一座自己的桥 各小组介绍设计思路，展示制作的纸桥，交流存在的问题和需要改进的地方。例如，可以使用哪些新技术?设计过程中如何对设计的模型进行负载测试? 交流评估 设计并制作一座自己的桥 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。 茅以升 （1896 — 1898） 钱塘江大桥 设计并制作一座自己的桥 中国正从桥梁大国迈向桥梁强国!一座座雄伟壮丽的现代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，连接时代文明的宏伟大桥正在贯通华夏大地! 沪苏通长江公铁大桥 矮寨大桥 港珠澳大桥 $$