跨学科实践 桥（教学设计）物理新教材鲁科版（五四学制）八年级下册

跨学科实践 桥（教学设计） 【学业要求】 1.物理观念： 了解各种桥梁中蕴含的物理知识。 2.科学思维： 培养学生运用多学科知识解决实际问题的能力。 3.科学探究： 经历制作各种模型”桥“的过程。 4.科学态度与责任： 让学生了解我国古代、近代和现代在桥方面的科技成就，增强学生的民族自豪感。 【重点难点】 学习重点：搭建纸桥，并分析其中蕴含的物理知识。 学习难点：会搭建各种各样的桥。 【器材准备】 1.长木板、木块、细绳、A4纸等。 2.相关的视频、挂图、课件等。 【课时安排】 1课时（45分钟） 【教学过程】 一、新课引入： 从先人的独木踏溪，到后来的一桥飞跨南北，几千年来，桥作为交通枢纽、 防御要塞，跨越时空，方便了人们的生活，促进了经济的发展，加快了文化的交流，对交通运输和国防建设等发挥了重要的作用。让我们一起走进桥的世界? 本节课我们将一起学习桥。 二、合作探究： 主题一 从蔓藤到钢铁 1. 任务目标： （1）通过从蔓藤到钢铁的建桥材料的变迁，了解桥梁的发展历史，知道材料对桥梁发展的促进作用。 （2）认识梁桥和拱桥，了解梁桥和拱桥的受力情况。 （3） 调查家乡桥的分布、类型，了解它们的历史和作用。 2. 探究实践： （1）如图所示，将同样厚度的 A4 纸叠成不同形状。在纸上逐渐添加重物，直到 A4 纸被压扁，比较不同形状纸的承重能力。 （2）如图所 示， 以 书 本为“桥面”，仿照梁桥和拱桥的结构，在“桥面”上逐渐增加重物，直到“桥面”被压扁。思考桥面形状与承重的关系。 （3）文献研究 了解不同历史时期的著名梁桥和拱桥，查阅相关资料，用演示文稿呈现你的研究成果。 （4）实地考察 调查当地的一座古桥梁，通过实地考察收集相关资料，了解桥梁建设过程中的逸闻趣事，以及建桥前后当地交通、经济、文化等方面的变化。 主题二 天堑变通途 1. 任务目标： （1）了解悬索桥和斜拉桥的特点。 （2）知道悬索桥和斜拉桥的力学原理。 （3）了解我国桥梁建设取得的成就，增强民族自信心。 2. 探究实践： （1）如图 甲， 将 细 线分别固定在杠杆的 A、B、C 三处，记录 A、B、C 三处的拉力，比较拉力的大小；增加重物，重做实验，记录实验数据。如图 乙，降低杠杆高度，增大细线与杠杆的夹角，记录 A、B、C 三处的拉力。分析绳子的拉力与哪些因素有关。 （2）文献研究 收集我国著名悬索桥和斜拉桥的资料，从地貌环境、经济、文化、社会发展等方面分析架桥的必要性，用演示文稿呈现你的调查研究成果。 探主题三 设计桥梁 1. 任务目标： （1）撰写一份纸桥的设计说明书。 （2）动手实践，制作一座纸桥。 （3）举行纸桥承重比赛活动。 2. 探究实践： （1）设计纸桥，画出桥的设计图纸。 （2）选择纸和制作工具；搭建纸桥，测试桥的承重。 （3）举行纸桥承重比赛，比较不同类型桥的承重。 3. 交流评估： （1）以“桥的发展历史”为主题，与同学交流不同类型桥的力学知识，以及桥梁对交通、经济、文化等方面发展的促进作用。 （2） 以“中国桥”为主题，举行一次报告会。 （3）展示自己设计的桥梁图纸和制作的纸桥，与同学互相提出改进建议。 四、课堂小结： 同学们交流分享自己制作的“桥”，比一比谁的桥承重量最大。 五、当堂检测： 1．桥梁是跨越障碍物的承重构造物，按不同的依据，可以有多种分类方法。若依据桥梁的结构与受力来分，可以分为 、 、 、 等最基本的类型。 2．如图所示的苏通长江大桥是一座著名的斜拉桥，其建设过程创造了多项当时的世界之最。斜拉桥主要由 、 与 等组成。 3．查阅资料，探寻我国桥梁的发展历史：始建于隋朝，我国现存最早、保存最好的单孔敞肩石拱桥 是由著名匠师 设计建造的；由桥梁专家 主持设计的钱塘江大桥是我国自行设计建造的第一座双层铁路、公路两用桥；有着“争气桥”之称的 是长江上第一座由中国自行设计建造的双层铁路、公路两用桥； 是目前世界上最长的跨海大桥，被誉为世界桥梁建设史上的“王冠”。 4．10月18日，浙江路桥的钢结构桥身正式复位。此次大修，经过大桥路面材料采用密度较 的沥青替换原来钢筋水泥等手段，使桥体的质量从600多吨降至420吨；施工单位采用液压模块车在陆地上运送新的桥身（如图所示），其中一个原因是液压模块安有多个车轮，可与地面的接触面积较 ，使它对地面的压强较 。（均选填“大”或“小”） 5．在我国古代，简单机械就有了许多巧妙的应用，护城河上安装的吊桥装置就是一个例子，如图，在拉起吊桥过程中，吊桥可看 作支点为 （填“A”“B”或“C”）点的 （填“省力”“等臂”或“费力”）杠杆。 6．如图所示，福建泉州的洛阳桥是中国古代桥梁建筑史上的杰作，素有“海内第一桥”之称。据《天工开物》记载：筏形基础、种蛎固基法、浮运架梁法是洛阳桥的三大创新。“筏形基础”是向桥梁中轴线方向的江底抛置大量的石块，形成一条像筏子一样的矮石墙，它在水中 （选填“受”或“不受”）到浮力作用。以矮石墙作为桥的基础，在上面建设桥墩，由于其底面积大，在压力相同时，可以减小基底的 ，有效地增强基底的整体性，调整不均匀沉降。此外，洛阳桥桥墩被设计成船形，有助于 （选填“增大”“减小”或“不变”）水流对桥墩的冲刷。 7．对我国桥梁建设做出重大贡献的科学家是（　　） A．钱学森 B．袁隆平 C．茅以升 D．邓稼先 8．在进行桥梁设计时，下列选项中不是桥型选择的主要考虑因素的是（　　） A．地形地貌 B．交通流量 C．设计师个人偏好 D．地质条件 9．不同的几何图形结构承重能力是不同的。在钢结构桁架拱桥的设计中，要想实现以相对较轻的自重承受更大的压力，应采用下列图形结构中的（　　） A． B． C． D． 10．中国桥梁建设水平居于世界领先地位。下列和桥有关的表述中，正确的是（   ） A．行人对桥的压力是由桥的形变产生的 B．桥受到的重力和行人对桥的压力是一对相互作用力 C．人站在桥上，桥对人的作用力和人对桥的作用力是一对平衡力 D．在桥上行驶的汽车，如果所受的力突然全部消失，汽车将做匀速直线运动 11．如图（a），是某斜拉索桥的实景图，可逐步抽象成图b、图c所示的模型，为了减小钢索承受的拉力，在可能的前提下，下列做法可行的是（　　） A．增加桥塔高度 B．降低桥塔高度 C．选用更粗的钢索 D．增加桥面厚度 六、板书设计： 见课堂小结 七、课后反思： 谈谈你在本节课中： （1）收获有哪些？ （2）需要改进的有哪些？ / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 跨学科实践 桥（教学设计） 【学业要求】 1.物理观念： 了解各种桥梁中蕴含的物理知识。 2.科学思维： 培养学生运用多学科知识解决实际问题的能力。 3.科学探究： 经历制作各种模型”桥“的过程。 4.科学态度与责任： 让学生了解我国古代、近代和现代在桥方面的科技成就，增强学生的民族自豪感。 【重点难点】 学习重点：搭建纸桥，并分析其中蕴含的物理知识。 学习难点：会搭建各种各样的桥。 【器材准备】 1.长木板、木块、细绳、A4纸等。 2.相关的视频、挂图、课件等。 【课时安排】 1课时（45分钟） 【教学过程】 一、新课引入： 从先人的独木踏溪，到后来的一桥飞跨南北，几千年来，桥作为交通枢纽、 防御要塞，跨越时空，方便了人们的生活，促进了经济的发展，加快了文化的交流，对交通运输和国防建设等发挥了重要的作用。让我们一起走进桥的世界? 本节课我们将一起学习桥。 二、合作探究： 主题一 从蔓藤到钢铁 1. 任务目标： （1）通过从蔓藤到钢铁的建桥材料的变迁，了解桥梁的发展历史，知道材料对桥梁发展的促进作用。 （2）认识梁桥和拱桥，了解梁桥和拱桥的受力情况。 （3） 调查家乡桥的分布、类型，了解它们的历史和作用。 2. 探究实践： （1）如图所示，将同样厚度的 A4 纸叠成不同形状。在纸上逐渐添加重物，直到 A4 纸被压扁，比较不同形状纸的承重能力。 （2）如图所 示， 以 书 本为“桥面”，仿照梁桥和拱桥的结构，在“桥面”上逐渐增加重物，直到“桥面”被压扁。思考桥面形状与承重的关系。 （3）文献研究 了解不同历史时期的著名梁桥和拱桥，查阅相关资料，用演示文稿呈现你的研究成果。 （4）实地考察 调查当地的一座古桥梁，通过实地考察收集相关资料，了解桥梁建设过程中的逸闻趣事，以及建桥前后当地交通、经济、文化等方面的变化。 主题二 天堑变通途 1. 任务目标： （1）了解悬索桥和斜拉桥的特点。 （2）知道悬索桥和斜拉桥的力学原理。 （3）了解我国桥梁建设取得的成就，增强民族自信心。 2. 探究实践： （1）如图 甲， 将 细 线分别固定在杠杆的 A、B、C 三处，记录 A、B、C 三处的拉力，比较拉力的大小；增加重物，重做实验，记录实验数据。如图 乙，降低杠杆高度，增大细线与杠杆的夹角，记录 A、B、C 三处的拉力。分析绳子的拉力与哪些因素有关。 （2）文献研究 收集我国著名悬索桥和斜拉桥的资料，从地貌环境、经济、文化、社会发展等方面分析架桥的必要性，用演示文稿呈现你的调查研究成果。 探主题三 设计桥梁 1. 任务目标： （1）撰写一份纸桥的设计说明书。 （2）动手实践，制作一座纸桥。 （3）举行纸桥承重比赛活动。 2. 探究实践： （1）设计纸桥，画出桥的设计图纸。 （2）选择纸和制作工具；搭建纸桥，测试桥的承重。 （3）举行纸桥承重比赛，比较不同类型桥的承重。 3. 交流评估： （1）以“桥的发展历史”为主题，与同学交流不同类型桥的力学知识，以及桥梁对交通、经济、文化等方面发展的促进作用。 （2） 以“中国桥”为主题，举行一次报告会。 （3）展示自己设计的桥梁图纸和制作的纸桥，与同学互相提出改进建议。 四、课堂小结： 同学们交流分享自己制作的“桥”，比一比谁的桥承重量最大。 五、当堂检测： 1．桥梁是跨越障碍物的承重构造物，按不同的依据，可以有多种分类方法。若依据桥梁的结构与受力来分，可以分为 、 、 、 等最基本的类型。 【答案】 梁式桥 拱式桥 刚架桥 悬索桥/斜拉桥 【详解】[1][2][3][4]桥梁按结构及受力特点分类，主要依据其承重结构和传力方式。常见的分类如下：1、梁式桥，以梁作为主要承重构件，承受弯矩和剪力，支座提供垂直反力；2、拱式桥，通过拱形结构将荷载转化为轴向压力，传递至拱脚处的水平推力和垂直反力。3、悬索桥，由主缆、吊索和桥塔组成，主缆受拉力，桥塔受压，桥面荷载通过吊索传递至主缆；4、斜拉桥，通过斜拉索将桥面荷载传递至桥塔，桥塔受压，拉索受拉，主梁受弯压组合作用；5、刚架桥是一种介于梁与拱之间的一种结构体系，它是由受弯的上部梁（或板）结构与承压的下部柱（或墩）整体结合在一起的结构。由于梁和柱的刚性连接，梁因柱的抗弯刚度而得到卸荷作用，整个体系是压弯结构，也是有推力的结构，这五类桥梁的受力特点与结构形式差异显著，是桥梁工程中最基本的结构类型。 2．如图所示的苏通长江大桥是一座著名的斜拉桥，其建设过程创造了多项当时的世界之最。斜拉桥主要由 、 与 等组成。 【答案】 主梁 索塔 斜拉索 【详解】[1][2][3]苏通长江大桥是我国著名的斜拉桥之一，位于江苏省南通市和苏州市之间，是世界上主跨最长的斜拉桥之一，斜拉桥主要由主梁、索塔、斜拉索等组成。 3．查阅资料，探寻我国桥梁的发展历史：始建于隋朝，我国现存最早、保存最好的单孔敞肩石拱桥 是由著名匠师 设计建造的；由桥梁专家 主持设计的钱塘江大桥是我国自行设计建造的第一座双层铁路、公路两用桥；有着“争气桥”之称的 是长江上第一座由中国自行设计建造的双层铁路、公路两用桥； 是目前世界上最长的跨海大桥，被誉为世界桥梁建设史上的“王冠”。 【答案】 赵州桥 李春 茅以升 南京长江大桥 港珠澳大桥 【详解】[1][2]隋朝李春主持建造的越州桥，是中国现在最早、保存最好的单孔敞肩石拱桥。 [3]中国第一座现代桥梁，于1937年建成，是茅以升主持建造的。 [4]1968年建造完成的南京长江大桥，长江上第一座由中国自行设计建造的双层铁路、公路两用桥。 [5]2018年建造完成的港珠澳大桥是目前世界上最长的跨海大桥。 4．10月18日，浙江路桥的钢结构桥身正式复位。此次大修，经过大桥路面材料采用密度较 的沥青替换原来钢筋水泥等手段，使桥体的质量从600多吨降至420吨；施工单位采用液压模块车在陆地上运送新的桥身（如图所示），其中一个原因是液压模块安有多个车轮，可与地面的接触面积较 ，使它对地面的压强较 。（均选填“大”或“小”） 【答案】 小 大 小 【详解】[1]根据题意知道，此次大修，使桥体的质量从600多吨降至420吨，说明大桥路面材料采用的沥青密度比原来钢筋水泥的密度小。 [2][3]由于运送新的桥身时液压模块安有多个车轮，与地面的接触面积变大，使它对地面的压强较小。 5．在我国古代，简单机械就有了许多巧妙的应用，护城河上安装的吊桥装置就是一个例子，如图，在拉起吊桥过程中，吊桥可看 作支点为 （填“A”“B”或“C”）点的 （填“省力”“等臂”或“费力”）杠杆。 【答案】 B 省力 【详解】[1]由图可知，在拉起吊桥过程中，吊桥绕着B点转动，所以护城河上安装的吊桥的支点是B点。 [2]拉起吊桥是克服吊桥的重力，此时动力臂大于阻力臂，所以吊桥是省力杠杆。 6．如图所示，福建泉州的洛阳桥是中国古代桥梁建筑史上的杰作，素有“海内第一桥”之称。据《天工开物》记载：筏形基础、种蛎固基法、浮运架梁法是洛阳桥的三大创新。“筏形基础”是向桥梁中轴线方向的江底抛置大量的石块，形成一条像筏子一样的矮石墙，它在水中 （选填“受”或“不受”）到浮力作用。以矮石墙作为桥的基础，在上面建设桥墩，由于其底面积大，在压力相同时，可以减小基底的 ，有效地增强基底的整体性，调整不均匀沉降。此外，洛阳桥桥墩被设计成船形，有助于 （选填“增大”“减小”或“不变”）水流对桥墩的冲刷。 【答案】 不受 压强 减小 【详解】[1]浸在水中的洛阳桥的桥墩由于下底面没有与水接触，则水对其没有向上的压力，因此不受浮力的作用。 [2]洛阳桥的筏形桥基由于其底面积较大，可以在压力一定时，通过增大受力面积来减小对地基的压强，有效的增强桥基的整体性和稳定性。 [3]洛阳桥桥墩被设计成船形，可以有效分散水流，有助于减小水流对桥墩的冲刷。 7．对我国桥梁建设做出重大贡献的科学家是（　　） A．钱学森 B．袁隆平 C．茅以升 D．邓稼先 【答案】C 【详解】茅以升是我国著名的桥梁专家，他主持修建了中国人自己设计并建造的第一座现代化大型桥梁 —— 钱塘江大桥，为我国桥梁建设事业做出了卓越的贡献。他还参与了武汉长江大桥等众多重要桥梁工程的建设，在桥梁设计、施工和科研等方面有着深厚的造诣和丰富的经验，培养了大批桥梁工程专业人才，推动了中国桥梁建设技术的不断发展和进步。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 8．在进行桥梁设计时，下列选项中不是桥型选择的主要考虑因素的是（　　） A．地形地貌 B．交通流量 C．设计师个人偏好 D．地质条件 【答案】C 【详解】在进行桥梁设计时，需要考虑到当地的地形地貌、地质条件，以及交通流量，而设计师个人偏好不应作为桥梁设计的主要考虑因素。 故选C。 9．不同的几何图形结构承重能力是不同的。在钢结构桁架拱桥的设计中，要想实现以相对较轻的自重承受更大的压力，应采用下列图形结构中的（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】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，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 10．中国桥梁建设水平居于世界领先地位。下列和桥有关的表述中，正确的是（   ） A．行人对桥的压力是由桥的形变产生的 B．桥受到的重力和行人对桥的压力是一对相互作用力 C．人站在桥上，桥对人的作用力和人对桥的作用力是一对平衡力 D．在桥上行驶的汽车，如果所受的力突然全部消失，汽车将做匀速直线运动 【答案】D 【详解】A．行人对桥的压力，是由鞋的形变要恢复原状而对桥面产生的弹力，故A错误； B．桥受到的重力是地球施加的，和行人对桥的压力是人施加的，受力物体都是桥，不是一对相互作用力，故B错误； C．人站在桥上，桥对人的作用力和人对桥的作用力是一对相互作用力，故C错误； D．根据牛顿第一定律可知，在桥上行驶的汽车，如果所受的力突然全部消失，汽车将做匀速直线运动，故D正确。 故选D。 11．如图（a），是某斜拉索桥的实景图，可逐步抽象成图b、图c所示的模型，为了减小钢索承受的拉力，在可能的前提下，下列做法可行的是（　　） A．增加桥塔高度 B．降低桥塔高度 C．选用更粗的钢索 D．增加桥面厚度 【答案】A 【详解】AB．图c中，斜拉索桥相当于杠杆，O为支点，力F2是阻力，钢索承受的拉力F1为动力，增加桥塔的高度，则F1对应的力臂增大，在阻力和阻力臂不变时，据杠杆的平衡条件知，动力F1减小，故A符合题意，B不符合题意； C．选用更粗的钢索，阻力及阻力臂和动力臂不变，不能减小动力，即拉力F1，故C不符合题意； D．增加桥面厚度，会增大桥面的重力，则阻力F2增大，在阻力臂及动力臂不变的情况下，据杠杆的平衡条件知，动力增大，故D不符合题意。 故选A。 六、板书设计： 见课堂小结 七、课后反思： 谈谈你在本节课中： （1）收获有哪些？ （2）需要改进的有哪些？ / 学科网（北京）股份有限公司 $$