第2节 桥梁的结构与制作 第2课时（导学案）科学浙教版2024八年级上册

该初中科学导学案聚焦桥梁的结构与制作，核心知识点包括桥梁设计的核心因素、一般过程，模型承重影响条件及控制变量法探究。通过工程实践活动导入，联系结构稳定性知识，以设计、制作、测试步骤为学习支架，引导学生掌握知识脉络。 特色在于以工程实践为主线，通过设计制作桥梁模型培养探究实践能力，运用控制变量法体现科学思维，任务驱动与团队协作渗透态度责任。习题结合选材、承重测试等实际情境，助力学生将科学观念转化为解决问题的能力，提升学习实效。

第2节 桥梁的结构与制作（第2课时）（导学案） 1、明确桥梁设计的核心因素与一般过程，知晓模型承重的影响条件。 2、通过设计制作桥梁模型，运用控制变量法探究承重相关因素。 3、体验工程设计与实践乐趣，培养创新意识和团队协作精神。 1、桥梁设计的核心因素与一般过程。（重点） 2、桥梁模型的设计、制作与测试流程。（难点） 1、结构设计需综合考虑安全性、强度、稳定性、适用性、 和 等核心因素。 2、结构设计的一般过程包括明确内容、制订设计方案、制作模型或原型以及 四个环节。 3、桥梁模型制作中，在正四边形结构里加入 可增强结构牢固性，因为该结构能将不稳定的四边形转化为稳定的三角形。 4、探究桥梁模型承重能力的实验需遵循 法，重点研究桥面厚度、桥梁跨度、桥梁结构等因素对承重的影响。 工程实践：桥梁模型的制作与探究 一、目标 依据条件设计和制作高承重、有创意的桥梁模型，对桥梁模型进行测试，并开展相关实验探究。 二、器材 三、过程 1. 确定标准依据选用的材料对桥梁的长度、宽度等基本参数设定标准，并填写到表中。 2. 设计方案依据配件或自选器材，设计桥梁的整体结构，绘制设计图。 3. 制作桥梁 （1）学习技术。 ①基本结构。直杆A为各接口间的连接杆。将2根直杆拼接后可作为非等腰直角三角形的斜边。将斜杆B作为等腰直角三角形的斜边。盖板作为桥梁中间的路面连接。 ②斜拉加强杆。正四边形是一个很不稳定的形状，在正四边形里加入斜拉加强杆后，结构就会变得异常牢固。 （2）按照设计图纸组装、制作桥梁模型。 4. 测试评价依据标准对桥梁的长度、宽度、高度、自重、承重能力等参数进行测量、评价，设计记录表格，将结果记录于表中。 四、问题讨论 桥梁模型的承重能力与哪些因素有关？请设计实验方案并进行实验，撰写实验报告。 1．如图所示的桥梁模型，通过杆件穿插、叠压而成。材料甲与材料乙的相关尺寸如图所示，分析下表，下列关于杆件的选材及摆放方案，最合理的是（σ的值越小表示强度越强）（　　） 抗压强度 σ 抗弯强度 σ A．选择材料甲，24作为尺寸h B．选择材料甲，16作为尺寸h C．选择材料乙，22作为尺寸h D．选择材料乙，18作为尺寸h 2．世界上任何事物都存在结构，不同材料构成的结构其强度各不相同。下列材料最适合用于建造桥梁的支撑结构的是（　　） A．木材 B．塑料 C．钢材 D．玻璃 3．如图所示为一座桥梁的施工方案示意图。下列分析中，不正确的是（　　） A．构件M和构件N应具备良好的抗压性能 B．各主要构件都应该具备足够大的横截面积 C．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响 D．设计中计算最大荷载时应考虑各种可能的受力情况 4．近几十年来，我国的基础建设一骑绝尘，被人们乐称为“基建狂魔”，桥梁的建造是一个国家和地区基础建设的重要内容之一。学习了“桥梁的结构与制作”后，你认为下列说法中，正确的是（　　） A．桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，其分类依据主要是桥梁外观形状 B．桥梁的荷载只包括桥梁承载的车辆与行人的重量 C．桥的主梁在荷载作用下，上、下两侧均发生拉伸形变 D．析架的横杆、竖杆、斜杆三种杆件中，对析架的稳定性起决定作用的是斜杆 5．小陈在“桥梁模型的制作与探究”的工程实践活动中，选用了如图所示的模型材料，这些材料最适合制作的桥梁模型是（　　） A．斜拉桥模型 B．拱桥模型 C．桁架桥模型 D．悬索桥模型 6．如图所示为某组同学在科学课上设计的“木质桥梁”。为测试桥面最大承重力，下列实验方法中，合理的是(　　) A．用手直接摇晃木桥 B．将木桥放在水平地面上，让学生踩上去 C．把木桥两端架好，在桥面上不断增加重物 D．把木桥两端架好，在左右栏杆上不断增加重物 7．小陈在“桥梁模型的制作与探究”的工程实践活动中，选用了如图所示的模型材料，这些材料最适合制作的桥梁模型是（　　） A．斜拉桥模型 B．拱桥模型 C．桁架桥模型 D．悬索桥模型 8．在校科技节木桥承重比赛中，小叶设计制作了如图所示的桥梁模型，并进行了承重测试。在承重测试中，承重板通过挂钩与电子秤相连。通过往承重容器中不断加入重物来比较不同桥梁的承重能力，直至木桥受损。 温馨提示：该电子秤既可以测质量，也可以测重力。 （1）在承重测试中，往承重容器加入细沙而不是钩码作为重物的优点是　 　。 （2）已知承重板与桥梁的垂直接触面积约为20平方厘米，小叶的桥梁下方电子秤悬挂重物的最大重力为150N，不计电子秤、承重板的自重，求该桥梁所能承受的最大压强。(列式计算) （3）请你说说有哪些方法可以增大桥梁的承重能力?　 　。(说出一条即可) 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2节 桥梁的结构与制作（第2课时）（导学案） 1、明确桥梁设计的核心因素与一般过程，知晓模型承重的影响条件。 2、通过设计制作桥梁模型，运用控制变量法探究承重相关因素。 3、体验工程设计与实践乐趣，培养创新意识和团队协作精神。 1、桥梁设计的核心因素与一般过程。（重点） 2、桥梁模型的设计、制作与测试流程。（难点） 1、结构设计需综合考虑安全性、强度、稳定性、适用性、美观和成本等核心因素。 2、结构设计的一般过程包括明确内容、制订设计方案、制作模型或原型以及优化与完善四个环节。 3、桥梁模型制作中，在正四边形结构里加入斜拉加强杆可增强结构牢固性，因为该结构能将不稳定的四边形转化为稳定的三角形。 4、探究桥梁模型承重能力的实验需遵循控制变量法，重点研究桥面厚度、桥梁跨度、桥梁结构等因素对承重的影响。 工程实践：桥梁模型的制作与探究 一、目标 依据条件设计和制作高承重、有创意的桥梁模型，对桥梁模型进行测试，并开展相关实验探究。 二、器材 三、过程 1. 确定标准依据选用的材料对桥梁的长度、宽度等基本参数设定标准，并填写到表中。 2. 设计方案依据配件或自选器材，设计桥梁的整体结构，绘制设计图。 3. 制作桥梁 （1）学习技术。 ①基本结构。直杆A为各接口间的连接杆。将2根直杆拼接后可作为非等腰直角三角形的斜边。将斜杆B作为等腰直角三角形的斜边。盖板作为桥梁中间的路面连接。 ②斜拉加强杆。正四边形是一个很不稳定的形状，在正四边形里加入斜拉加强杆后，结构就会变得异常牢固。 （2）按照设计图纸组装、制作桥梁模型。 4. 测试评价依据标准对桥梁的长度、宽度、高度、自重、承重能力等参数进行测量、评价，设计记录表格，将结果记录于表中。 四、问题讨论 桥梁模型的承重能力与哪些因素有关？请设计实验方案并进行实验，撰写实验报告。 ①桥梁模型的承重能力与桥面厚度、桥梁跨度、桥梁结构有关。 ②实验设计遵循控制变量法。 ③承重测试参考：将承重板通过挂钩与电子秤相连，往承重容器中不断加入重物来比较不同桥梁的承重能力，直至桥梁变形受损。 1．如图所示的桥梁模型，通过杆件穿插、叠压而成。材料甲与材料乙的相关尺寸如图所示，分析下表，下列关于杆件的选材及摆放方案，最合理的是（σ的值越小表示强度越强）（　　） 抗压强度 σ 抗弯强度 σ A．选择材料甲，24作为尺寸h B．选择材料甲，16作为尺寸h C．选择材料乙，22作为尺寸h D．选择材料乙，18作为尺寸h 【答案】A 【解析】 A、选择材料甲，24作为尺寸h，材料甲的b=16，h=24，横截面积S = 16×24；bh2=16×242； B、选择材料甲，16作为尺寸h。此时b=24，h=16，横截面积S = 24×16；bh2=24×162。对比选项A，bh2更小，抗弯强度更低； C、选择材料乙，22作为尺寸h。材料乙的b=18，h=22，bh2=18×222；计算可得16×242=16×576=9216，18×222=18×484 =8712，16×242＞18×222，抗弯强度不如选项A； D、选择材料乙，18作为尺寸h。此时b=22，h=18，bh2=22×182=22×324=7128，比选项A的bh2小很多，抗弯强度低； 综合来看，选项A中bh2最大，抗弯强度高；横截面积S也较大，抗压强度也能得到保障。 2．世界上任何事物都存在结构，不同材料构成的结构其强度各不相同。下列材料最适合用于建造桥梁的支撑结构的是（　　） A．木材 B．塑料 C．钢材 D．玻璃 【答案】C 【解析】 A、木材的强度较低，且易受腐蚀、虫蛀等影响，无法承受桥梁支撑结构所需的大荷载，故该选项错误。 B、塑料的强度和刚度都很低，不能满足桥梁支撑结构的受力要求，故该选项错误。 C、钢材具有较高的强度、韧性和良好的力学性能，能够承受桥梁支撑结构的巨大荷载，故该选项正确。 D、玻璃质地脆，强度低，受外力易破碎，不适合用于建造桥梁的支撑结构，故该选项错误。 3．如图所示为一座桥梁的施工方案示意图。下列分析中，不正确的是（　　） A．构件M和构件N应具备良好的抗压性能 B．各主要构件都应该具备足够大的横截面积 C．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响 D．设计中计算最大荷载时应考虑各种可能的受力情况 【答案】B 【解析】 A、构件M和构件N在桥梁结构中，主要承受压力。所以它们应具备良好的抗压性能，该选项正确。 B、构件的横截面积并非越大越好。从力学角度看，横截面积过大可能会增加桥梁的自重，还可能造成材料的浪费，并且会影响桥梁整体的结构合理性等。所以“各主要构件都应该具备足够大的横截面积”这种表述错误，该选项不正确。 C、施工中擅自加长桥面，会改变桥梁原有的受力平衡，可能导致桥梁承受的力超出设计范围，对桥梁产生不利影响，该选项正确。 D、设计中计算最大荷载时，考虑各种可能的受力情况，才能保证桥梁在实际使用中安全可靠，该选项正确。 4．近几十年来，我国的基础建设一骑绝尘，被人们乐称为“基建狂魔”，桥梁的建造是一个国家和地区基础建设的重要内容之一。学习了“桥梁的结构与制作”后，你认为下列说法中，正确的是（　　） A．桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，其分类依据主要是桥梁外观形状 B．桥梁的荷载只包括桥梁承载的车辆与行人的重量 C．桥的主梁在荷载作用下，上、下两侧均发生拉伸形变 D．析架的横杆、竖杆、斜杆三种杆件中，对析架的稳定性起决定作用的是斜杆 【答案】D 【解析】 A、桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，其分类依据主要是桥梁的受力方式，而非外观形状，A错误。 B、桥梁的荷载不仅包括桥梁承载的车辆与行人的重量，还包括桥梁自身的重量、风力等其他荷载，B错误。 C、桥在主要荷载作用下，不同类型的桥受力和形变情况不同，并非上、下两侧均发生拉伸形变，C错误。 D、在框架的横杆、竖杆、斜杆三种杆件中，斜杆对框架的稳定性起决定作用，D正确。 5．小陈在“桥梁模型的制作与探究”的工程实践活动中，选用了如图所示的模型材料，这些材料最适合制作的桥梁模型是（　　） A．斜拉桥模型 B．拱桥模型 C．桁架桥模型 D．悬索桥模型 【答案】C 【解析】 A、斜拉桥主要依靠斜拉索，给定材料中未体现类似斜拉索的关键部件，A错误。 B、拱桥主要是拱形结构，材料中没有直接能构成典型拱形的部件，B错误。 C、桁架桥由直杆和节点连接组成，给定材料中有直杆 A、斜杆 B 以及多种接口，非常适合搭建桁架桥的结构，C正确。 D、悬索桥主要靠悬索，材料中没有类似悬索的部件，D错误。 6．如图所示为某组同学在科学课上设计的“木质桥梁”。为测试桥面最大承重力，下列实验方法中，合理的是(　　) A．用手直接摇晃木桥 B．将木桥放在水平地面上，让学生踩上去 C．把木桥两端架好，在桥面上不断增加重物 D．把木桥两端架好，在左右栏杆上不断增加重物 【答案】C 【解析】 A、用手直接摇晃木桥，这种方式不能准确测量桥面的最大承重力，无法得到可靠数据，故该选项错误。 B、将木桥放在水平地面上让学生踩上去，学生的体重和踩踏方式不固定，不能精确、稳定地测试桥面最大承重力，故该选项错误。 C、把木桥两端架好，在桥面上不断增加重物，这样能模拟桥面实际承受垂直荷载的情况，通过逐渐增加重物重量可准确测试出桥面最大承重力，故该选项正确。 D、把木桥两端架好，在左右栏杆上不断增加重物，栏杆并非桥面，这样测试的不是桥面的承重力，不符合测试要求，故该选项错误。 7．小陈在“桥梁模型的制作与探究”的工程实践活动中，选用了如图所示的模型材料，这些材料最适合制作的桥梁模型是（　　） A．斜拉桥模型 B．拱桥模型 C．桁架桥模型 D．悬索桥模型 【答案】C 【解析】 A、斜拉桥模型需要斜拉索等构件，题目中的材料没有相关索类构件，故该选项错误。 B、拱桥模型以拱圈为主要结构，题目中的材料以直杆、斜杆和接口为主，不适合制作拱桥模型，故该选项错误。 C、桁架桥由直杆、斜杆通过接口连接成三角形结构，题目中的盖板、直杆 A、斜杆 B 和各种接口正好符合桁架桥的制作需求，故该选项正确。 D、悬索桥模型需要缆索等构件，题目中的材料没有缆索，故该选项错误。 8．在校科技节木桥承重比赛中，小叶设计制作了如图所示的桥梁模型，并进行了承重测试。在承重测试中，承重板通过挂钩与电子秤相连。通过往承重容器中不断加入重物来比较不同桥梁的承重能力，直至木桥受损。 温馨提示：该电子秤既可以测质量，也可以测重力。 （1）在承重测试中，往承重容器加入细沙而不是钩码作为重物的优点是　 　。 （2）已知承重板与桥梁的垂直接触面积约为20平方厘米，小叶的桥梁下方电子秤悬挂重物的最大重力为150N，不计电子秤、承重板的自重，求该桥梁所能承受的最大压强。(列式计算) （3）请你说说有哪些方法可以增大桥梁的承重能力?　 　。(说出一条即可) 【答案】 （1）可以连续改变重力大小 （2）根据压力等于重力，即F=G=mg=15kg×10N/kg=150N；压强； （3）适当增加材料的横截面积 【解析】 （1）往承重容器加入细沙而不是钩码作为重物，优点是沙子可以连续改变重力大小，便于准确确定最大承重； （2）根据压力等于重力，即F=G=mg=15kg×10N/kg=150N； 压强； （3）根据材料的横截面积影响承重能力，因而可以适当增加材料的横截面积。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $