第5章 建筑结构与工程（知识清单）科学新教材浙教版八年级上册

第5章 建筑结构与工程 第1节 建筑结构与功能 知识点 建筑结构与功能 一、建筑结构及其分类 结构是指组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列。结构普遍存在于自然界和人类创造的各种事物中，不同的事物往往具有不同的结构，不同的结构具有不同的功能 建筑工程能够很好地体现结构与功能的关系。建筑结构的分类多种多样依据受力情况，建筑结构一般可以分为框架结构、壳体结构和实体结构 1、框架结构是指以刚性的杆作为梁和柱组成的结构、刚性的杆按一定的规则在空间排布，支撑空间而不充满空间、共同承受所受的力。 2、壳体结构是指层状的结构、它是由若千块薄板组成的、薄板做成具有曲面轮廓的外形，看起来造型轻巧而优雅。 3、实体结构是指结构体本身是实心的结构，利用自身来承受力、承受的力分布在整个实体上。 二、结构受力与形变 实验表明，当物体受到不同的力作用时，会产生拉伸、压缩、弯曲等形变。通常情况，结构的构件可能会同时受到多个力的作用,此时，该构件会产生多种形式的形变。 常见的建筑结构：横梁 三角形桁架结构 弧形拱结构 三、建筑结构与功能 1、结构在外力的作用下，维持其原有的平衡状态的能力，叫作结构的稳定性。建筑物需要良好的结构稳定性。 2、结构的稳定性的影响因素：重心高低 支撑面的大小 3、结构的强度是指结构抵抗外力作用的能力。结构的强度与结构的形状、材料、连接方式等有密切的关系。三角形结构是最稳定的。 第2节 桥梁的结构与功能 知识点 桥梁的结构与功能 一、桥梁的结构 1、常见的桥梁一般由主梁、桥墩、桥台等组成。主梁直接承受自身重力以及车辆等重力，桥墩承受主梁向下的力并将力传到基座，桥台指桥的两端起支撑作用的部分。按照结构和受力特点,桥梁可分为梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等 2、梁式桥是指采用梁或桁架梁作为主要承重结构的桥梁。 3、拱桥是用拱网或拱肋作为桥身主要承重结构的桥 4、悬索桥通过索塔悬挂缆索，并将缆索锚固于两岸(或桥两端)从缆索上垂下吊杆，吊住桥面主梁 5、斜拉桥是将主梁用许多根拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁 二、桥梁的受力 梁式桥的受力 在荷载的作用下，桥的主梁受到向下的作用力发生形变而向下弯曲，主梁就产生向上的弹力，支撑着梁上的物体。 拱桥的受力 拱桥在竖直方向荷载作用下，对整座桥产生了一个指向桥台的挤压的力，把桥的拱部紧紧地挤压在一起:桥的拱部把受到荷载的重力传递至拱形结构的两端，因此，基座不仅受到竖直向下的压力，也受到水平方向的力。从而，两侧基座会给拱形结构施加相互作用力，即竖直向上的支持力和水平方向的力。 悬索桥的受力 悬索桥用悬挂在两边索塔上的缆索作为主要承重结构、并在两岸修筑巨大的锚碇结构来固定缆索的两端。桥面主梁通过吊杆吊在缆索上，在竖直方向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受拉力，支撑着桥的主梁。 斜拉桥的受力 斜拉桥将多根缆索的一端固定在索塔上，另一端拉着桥的主梁。荷载通过缆索传至索塔，再通过索塔传至桥的基座。 三、桥梁的设计与制作 结构设计必须遵循设计的一般过程，一般需经历如图所示的若干环节。 易错点一、结构分类易错（实体 / 框架 / 壳体） 1.❌自然界不存在结构，结构只有人造建筑才有 ✅贝壳、蜂窝、蛋壳都是自然界的壳体结构。结构是各部分有序搭配、空间排列，自然界和人造物都存在。 2.❌自行车、脚手架属于实体结构 ✅自行车、脚手架是框架结构，由杆件组成，支撑空间但不填满内部；实体结构是实心整体（实心墙、石块）。 3.❌壳体结构就是外壳很厚的结构 ✅壳体特点：薄、中空；外力可以分散到整个壳体表面，如蛋壳、安全帽、国家大剧院。不是越厚越强。 4.❌实心墙体属于框架结构 ✅实心墙体是实体结构，外力分布在整个体积。 易错点二、稳定性与强度 1.❌强度越高，稳定性一定越好 ✅二者独立。强度抵抗断裂；稳定性防止倾倒。一个构件可以强度很高，但重心高，容易倾倒。 2.❌增大支撑面积一定提升稳定性 ✅是支撑面（底部实际接触地面的范围），不是占地面积；重心落在支撑面以内才稳定。 3.❌增加竖杆可以提高四边形框架的稳定性 ✅四边形不稳定；增加斜杆，分割成多个三角形才能增强稳定；单纯加竖杆没用。三角形是几何不变结构。 4.❌混凝土抗拉能力强 ✅混凝土抗压好、抗拉弱；加入钢筋，利用钢筋优良的抗拉能力，形成钢筋混凝土。 5.❌材料越厚，强度一定越大 ✅材料、形状、截面都会影响强度；相同材料，合理的截面形状提升强度效果更明显。 易错点三、受力与形变易错 1.❌横梁弯曲时，上下两侧都受到压缩 ✅横梁受荷载向下弯曲：上侧压缩，下侧拉伸。 2.❌拱形结构受力时，拱主要承受拉力 ✅拱顶受压，力向两侧拱脚传递，拱结构主要承受压力，适合用抗压材料（石头）。 3.❌形变一定是有害的 ✅弹性形变是结构抵抗外力的方式；超过限度发生永久形变，才会造成结构破坏。 易错点四、桥梁相关易错 1.❌桁架桥不属于梁式桥 ✅桁架桥属于梁式桥，主梁采用桁架结构。 2.❌拱桥的拱脚只受到向下的压力 ✅拱对拱脚有向下 + 向外的推力，地基需要抵抗向外的推力。 3.❌悬索桥、斜拉桥主要构件承受压力 ✅钢索、拉索主要承受拉力。 易错点五、工程设计流程易错 1.❌工程顺序：制作模型→方案设计→测试评价 ✅正确流程：明确任务→收集信息→方案设计→制作模型→测试评价→改进完善→展示交流；设计一定在制作模型前面。 2.❌工程设计只需要考虑强度 ✅工程要综合：安全、成本、材料、环境、施工难度，不能只追求坚固。 【对点训练】 1. 悬索桥（图甲）是目前世界上跨度最大的桥梁，它的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，小珊观察了悬索桥后，想知道两个拉力产生的作用效果与互成的角度有什么关系，于是她进行了下面的实验。 设计方案：如图乙，用两个互成角度的弹簧测力计拉固定在木板上的橡皮筋，依据拉力与弹簧的伸长量成正比，当每次把橡皮筋拉到相同位置时，可以认为这两个拉力产生的作用效果相同。 （1）按照设计方案，小珊用两个大小相等的拉力拉同一根橡皮筋完成了实验，将实验结果记录如表：（拉力F是拉橡皮筋到达预定位置的力） 角度/° 0° 30° 45° 60° 90° 120° 拉力F1/N 2 2.1 2.2 2.3 2.8 4 拉力F2/N 2 2.1 2.2 2.3 2.8 4 拉力F/N 4 ①分析上表可知，两个拉力F1与F2产生的作用效果与互成的角度 （选填“有关”或“无关”），即当作用效果相同时，互成的角度越大，两个拉力 （选填“越大”或“越小”）。 ②在上表中，当两个拉力互成角度为0°时，拉力F1与F2之和与拉力F的大小 ，当两个拉力相等且互成180°时，此时F1和F2是一对 力，橡皮筋保持静止状态。 （2）根据实验结果，请你提出正确的安装晾衣架承重钢丝（图丙）的建议： 。 2. 闽侯县白龙洲大桥是目前国内唯一的水滴型桥塔+竖琴索布置的市政景观桥梁，也是国内目前最宽的边主梁式结合梁斜拉桥，如图所示。大桥全长约3.6km，其中主桥长560m，设计时速60km/h。 （1）大桥通车前要及时发现桥梁结构是否存在裂缝、腐蚀等缺陷，常用的超声波探伤仪能快速、准确地检测出建材的质量，因为超声波的频率 ，波长短，反射性强。人 听到超声波。 （2）夜晚，白龙洲大桥两侧景观灯光射到大桥后发生 反射，使得整座大桥看起来如盘踞在江面的白龙一样雄伟壮观。 （3）汽车从大桥驶过，若以桥梁为参照物，汽车是 的，若以司机为参照物，汽车是 的。 3. 跨学科实践。 桥梁跨度与承重 物理兴趣小组在学习桥梁工程相关知识时发现，桥梁作为现代社会重要的交通枢纽，其桥墩间距（即桥梁跨度）会直接影响桥面的承重能力。为了探究这一规律，跨学科实践小组成员利用身边常见材料开展模拟实验。为进一步研究桥面稳固性与桥面截面形状和桥墩间距的关系，该小组同学用相同纸张制作了不同截面形状的桥面，如图1所示，将桥面放在两桥墩之间，在纸桥中央放上硬币，直到纸桥塌陷，记录下此时硬币的个数，相关数据如表所示。 序号 桥面 截面形状 桥墩间距（cm） 硬币个数（个） 1 a 〇〇〇〇 15 36 2 b △△△△ 15 16 3 c □□□□ 18 19 4 c □□□□ 12 28 （一）根据表格中数据可知： （1）同一座桥梁， 越小，桥面越稳固。 （2）使桥面稳固性最强的截面形状是 。 A.〇〇〇〇； B.△△△△； C.□□□□； D.变量不唯一，无法确定。 （二）如图2所示是一座梁桥的结构示意图，该桥的桩基、桩承台、桥墩、桥面主梁均使用钢筋混凝土材料，密度为2.5×103kg/m3，已知，桥墩横截面积为5m2，每个桥墩和它上面盖梁的总体积为60m3（g＝10N/kg）。计算： （1）每个桥墩和盖梁的总重是多少N？ （2）在未铺设桥面时，每个桥墩和盖梁整体对桩承台的压强为多少Pa？ （3）若河水深为4m，则河底受到水的压强为多少Pa？ 4. 【项目情境•晋商故里产业实践】 祁县是晋商故里，也是华北知名的彩钢结构生产基地。当地企业生产的钢芯承架彩钢房，结构稳固、搭建高效，广泛用于厂房、仓库与临时用房。为探究承重钢梁抗压能力与其形状的关系，某物理实践小组以“服务家乡产业”为目标，开展项目式学习，用纸张模拟承重梁进行实验探究。 【探究任务】实验思路：选择三张相同的A4纸折叠成不同形状的“承重梁”，将“承重梁”两端支撑起来，在“承重梁”中部相同位置施加力，比较“承重梁”塌陷时施加力的大小。 实验过程：将A4纸折叠成空心长方体“承重梁”，两端放在支架上，在其正中挂上小桶，逐渐往小桶中加入细沙，直至“承重梁”塌陷；再折叠成“W”字形、拱形的“承重梁”，重复上述操作，记录数据如表所示。 请结合实验完成下列问题： 序号 “承重梁”长 “承重梁”形状 塌陷时桶中细沙的量 1 15cm 空心长方形 中等 2 15cm “W”字形 少量. 3 15cm 拱形 较多 【证据与分析】 （1）实验中通过 来反映承重梁抗压能力的强弱。 （2）分析表格中的数据可以得出：当其他情况都相同时， 形的承重梁抗压能力更好。 （3）请针对承重钢梁抗压能力，另外提出一个可探究的物理问题？ ； （4）结合实验结论，为提升山区公路桥梁的抗积雪能力，工程师可采取的优化措施是： （写出一条即可）。 5. 我国是桥梁建设的大国，目前桥梁总数超过100万座，世界排名前10位的各类型桥梁中，中国占半数以上。桥梁建设时需要考虑钢梁的“下垂量”，如图甲所示，钢梁向下弯曲偏离水平位置的距离h叫下垂量。图乙是小明探究“一根钢梁的下垂量h与钢梁所受的压力F的关系”时，画出的下垂量h与所受压力F关系的图线，根据图线可知，当压力为5000N时，下垂量是 cm。小明想探究“一根钢梁的下垂量h与两个支撑柱的间距的关系”，实验过程中，他应该控制 不变，改变两个支柱间的距离s；小明发现将钢梁压制成如图丙的倒“V”字形后，能承受更大的压力，请你就这一现象提出一个合理的猜想：钢梁能承受的最大压力可能与 有关。 6. “南浦大桥”是上海首座跨越黄浦江的斜拉桥，如图12（a）所示。图13（a）虚线框中的结构可简化为图13（b）所示的杠杆模型，请完成以下问题。 （1）在图13（b）中画出动力F1的动力臂l1。 （2）测试桥梁安全性时，工程师在距O点2m的A点放置了一个重力为5×104N的配重块，如图13（b）所示，动力臂l1为5m，求斜拉索对杠杆的动力F1。（桥面的重力不计） （3）施工团队使用机械手臂将重力为50N的零件，匀速提升了10m（空气阻力忽略不计），在这个过程中机械手臂做的总功为1000J。求该机械手臂提升重物的机械效率η。 7. 近几年我国高铁飞速发展，已经成为世界第一高铁大国。若甲、乙两地距离是840km，一列高铁从甲地出发开往乙地，用时3h。问： （1）高铁从甲地开往乙地的平均速度是多少？ （2）这列高铁在行驶途中以70m/s的速度，匀速通过长度为2100m的桥梁（如图），全部通过桥梁的时间是35s，这列高铁的长度是多少米？ 8. 某班同学在“桥梁调查与模型制作”跨学科实践活动中，通过AI检索资料得知“中国桥梁类型丰富多样按照形状和结构分类，最常见的四种类型分别是：梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥。” 小组同学发现生活中的拱桥以向上凸起的凸形桥为主，很少见到有桥梁路面是下凹的凹形桥。猜想可能是它们的抗压能力不同导致。 （一）项目一：有关“拱形桥”的研究。 小组设计了以下方案进行验证。该小组同学将汽车通行凸形桥和凹形桥的运动路径简化为曲线轨道，并构建了图1甲所示的模型，A点是凸形桥的最高点，B点是凹形桥的最低点。先固定轨道，再将压力传感器固定在A、B两点的下面。如图1乙所示，汽车通过时压力显示器就显示出压力的大小了。 实验时，小明让玩具小车在轨道上以相同的速度通过A、B两点，收集到压力显示器显示的数据如表所示。改变小车速度进行多次实验，分析表1数据回答问题： （1）玩具小车在图1甲的曲线轨道匀速前进，它的运动状态是 （选填“改变”或“不变”）的。 （2）当一定质量的汽车分别以相同速度通过凸形桥和凹形桥时， （选填“凸形桥”或“凹形桥”）更容易被损坏。 表1 实验次序 速度v/（m/s） 小车重力G/N 玩具小车对凸形桥A点压力F1/N 玩具小车对凹形桥B点压力F2/N 1 V1 2.00 1.80 2.40 2 V2 2.00 1.60 2.80 3 V3 2.00 1.50 3.00 （3）分析数据还发现玩具小车通过A点或B点时；玩具小车对桥面的压力还与 有关。 （4）某拱形桥在竖直方向荷载作用下，受到一个向下的压力F1，桥体结构又会把F1传递至桥体底部两端的基座上，下列选项中关于基座受力情况分析正确的是 。 （二）项目二：有关“斜拉桥”的研究。 小组同学利用硬卡纸和细线制作出如图2甲所示桥面的模型，桥面与桥柱间的连接点为O，用力传感器测出斜拉索顶端悬点在不同位置A、B、C时拉力F的大小，整个过程桥面始终水平，相关数据见表2。 表2 斜拉索顶端悬点位置 A B C 拉力F的大小/N 1.55 1.73 2.12 （5）分析表2数据可得，同一桥面水平静止时，斜拉索与水平面的夹角α越小，拉索上的拉力F越 。 （6）该小组同学分别画出了三个位置时O点到斜拉索的距离lA、lB、lC，如图2乙所示。请根据简单机械的相关知识，分析并解释拉力F变大的原因： 。 （7）小组AI检索后发现实际工程上并不会把拉索做得与水平面夹角特别大，也不会特别小，一般会选择30°～60°的最优夹角区间，你认为可能的原因是： 。（写出任意一条即可） 9. 阅读短文，回答问题 综合实践活动——桥梁调查与模型制作 【任务与要求】为了解桥梁结构设计的力学原理同学们设计并开展桥梁跨学科实践活动，完成资料调研、模型搭建、承重下垂量测试，并对模型进行综合评价与改进。 【自主学习】①桥梁结构的受力特点： 如图甲斜拉桥模型中，索塔高度H与主跨跨径L的比值称为高跨比，其标准范围为0.18～0.25，适当增大索塔高度可减小斜拉索的拉力，提升主梁受力稳定性。②几何体稳定性探究：利用吸管搭建三角形与矩形结构悬挂重物，发现三角形结构形状保持不变，矩形结构水平部分易弯曲变形，说明三角形结构具有良好的稳定性。 【设计制作】同学们选用如图乙的塑料支架、薄木板制作桥梁辅助支撑与索塔结构，选用平直的钢直尺作为桥梁的承重主梁，设计制作斜拉桥模型，要求索塔高度H＝100mm、主跨跨径L＝600mm，保证主梁无初始形变，便于后续下垂量测试，设计图如图甲所示。 【实验测量】实践小组为该斜拉桥模型搭建“钢尺桥梁受压后下垂量h”的测试仪，测试仪由压力传感器R与外部电路组成（如图丁所示），所用电流表量程为0﹣3A，电压表量程为0﹣15V，测量发现当压力为某一数值时，电压表的示数为4V，电流表示数为0.2A。进一步测得，当压力F1＝10N时，电路中的电流为I1；当压力F2＝25N时，电路中的电流为I2；且I1与I2相差0.1A.压力传感器的电阻R与压力F的关系图像是一条直线（如图戊所示），忽略传感器与钢梁自重产生的影响。工程学中主梁的下垂量h与压力满足关系h＝kF（k＝1×10﹣3m/N），为了便于模型实验测量，本次测试中下垂量h不得超过跨度L的2%。 【交流与评价】下表是“设计制作”评价指标，根据评价表对活动进行评价。 等级 优秀 良好 不合格 评价指标 结构稳固，尺寸达标，高跨比达标 结构稳固，尺寸达标，高跨比不达标 尺寸达标，结构稳定性不足，高跨比不达标 （1）“紧绷的拉索”说明力能够使物体发生 ，文中划线部分的物理原理是 ，若要设计一座桥面更宽、通行能力更强的斜拉式大桥，应适当 （选填“增大”或“减小”）索塔的高度； （2）下垂量测试电路中，当钢尺所受压力增大时，电压表的示数 （选填“增大”、“减小”或“不变”），R0＝ Ω，电源电压U＝ V；为了保证电路安全和桥梁稳定，钢尺的最小跨度L为 m。 （3）你对“设计制作”的评价等级为 ，依据是 ；进一步给出优化建议： 。 10. 小江同学想探究杠杆的平衡条件，从实验室借来了杠杆、钩码若干、弹簧测力计和铁架台等器材。如图1甲是他完成的一组实验，此时杠杆处于水平平衡状态，已知一个钩码的重力为0.5N，杠杆的每一格的长度为5cm。 （1）图1甲中，弹簧测力计的示数是 N；他又进行了图1乙实验，读出弹簧测力计的示数为3.6N，发现“F1×L1≠F2×L2”，于是他请教老师原因，老师告诉他是杠杆自重的影响，并给了他两点提示：A.杠杆是否平衡是通过“力和力臂的乘积”大小判断的；B.杠杆可能不止受到一个动力和一个阻力，那么平衡条件中的“力与力臂的乘积”数量也会发生变化。最后，老师让他根据提示计算出杠杆的自重，请你帮助他算出杠杆的重力。 。 （3）一般桥梁可分为斜拉桥和悬索桥，大桥的结构，可逐步抽象成图2甲、乙、丙所示的模型。为了减小钢索承受的拉力F2，可以适当 （填“A.增加”或“B.减小”）钢索悬索在桥塔上的高度，利用学过的物理知识说出理由： 。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5章 建筑结构与工程 第1节 建筑结构与功能 知识点 建筑结构与功能 一、建筑结构及其分类 结构是指组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列。结构普遍存在于自然界和人类创造的各种事物中，不同的事物往往具有不同的结构，不同的结构具有不同的功能 建筑工程能够很好地体现结构与功能的关系。建筑结构的分类多种多样依据受力情况，建筑结构一般可以分为框架结构、壳体结构和实体结构 1、框架结构是指以刚性的杆作为梁和柱组成的结构、刚性的杆按一定的规则在空间排布，支撑空间而不充满空间、共同承受所受的力。 2、壳体结构是指层状的结构、它是由若千块薄板组成的、薄板做成具有曲面轮廓的外形，看起来造型轻巧而优雅。 3、实体结构是指结构体本身是实心的结构，利用自身来承受力、承受的力分布在整个实体上。 二、结构受力与形变 实验表明，当物体受到不同的力作用时，会产生拉伸、压缩、弯曲等形变。通常情况，结构的构件可能会同时受到多个力的作用,此时，该构件会产生多种形式的形变。 常见的建筑结构：横梁 三角形桁架结构 弧形拱结构 三、建筑结构与功能 1、结构在外力的作用下，维持其原有的平衡状态的能力，叫作结构的稳定性。建筑物需要良好的结构稳定性。 2、结构的稳定性的影响因素：重心高低 支撑面的大小 3、结构的强度是指结构抵抗外力作用的能力。结构的强度与结构的形状、材料、连接方式等有密切的关系。三角形结构是最稳定的。 第2节 桥梁的结构与功能 知识点 桥梁的结构与功能 一、桥梁的结构 1、常见的桥梁一般由主梁、桥墩、桥台等组成。主梁直接承受自身重力以及车辆等重力，桥墩承受主梁向下的力并将力传到基座，桥台指桥的两端起支撑作用的部分。按照结构和受力特点,桥梁可分为梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等 2、梁式桥是指采用梁或桁架梁作为主要承重结构的桥梁。 3、拱桥是用拱网或拱肋作为桥身主要承重结构的桥 4、悬索桥通过索塔悬挂缆索，并将缆索锚固于两岸(或桥两端)从缆索上垂下吊杆，吊住桥面主梁 5、斜拉桥是将主梁用许多根拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁 二、桥梁的受力 梁式桥的受力 在荷载的作用下，桥的主梁受到向下的作用力发生形变而向下弯曲，主梁就产生向上的弹力，支撑着梁上的物体。 拱桥的受力 拱桥在竖直方向荷载作用下，对整座桥产生了一个指向桥台的挤压的力，把桥的拱部紧紧地挤压在一起:桥的拱部把受到荷载的重力传递至拱形结构的两端，因此，基座不仅受到竖直向下的压力，也受到水平方向的力。从而，两侧基座会给拱形结构施加相互作用力，即竖直向上的支持力和水平方向的力。 悬索桥的受力 悬索桥用悬挂在两边索塔上的缆索作为主要承重结构、并在两岸修筑巨大的锚碇结构来固定缆索的两端。桥面主梁通过吊杆吊在缆索上，在竖直方向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受拉力，支撑着桥的主梁。 斜拉桥的受力 斜拉桥将多根缆索的一端固定在索塔上，另一端拉着桥的主梁。荷载通过缆索传至索塔，再通过索塔传至桥的基座。 三、桥梁的设计与制作 结构设计必须遵循设计的一般过程，一般需经历如图所示的若干环节。 易错点一、结构分类易错（实体 / 框架 / 壳体） 1.❌自然界不存在结构，结构只有人造建筑才有 ✅贝壳、蜂窝、蛋壳都是自然界的壳体结构。结构是各部分有序搭配、空间排列，自然界和人造物都存在。 2.❌自行车、脚手架属于实体结构 ✅自行车、脚手架是框架结构，由杆件组成，支撑空间但不填满内部；实体结构是实心整体（实心墙、石块）。 3.❌壳体结构就是外壳很厚的结构 ✅壳体特点：薄、中空；外力可以分散到整个壳体表面，如蛋壳、安全帽、国家大剧院。不是越厚越强。 4.❌实心墙体属于框架结构 ✅实心墙体是实体结构，外力分布在整个体积。 易错点二、稳定性与强度 1.❌强度越高，稳定性一定越好 ✅二者独立。强度抵抗断裂；稳定性防止倾倒。一个构件可以强度很高，但重心高，容易倾倒。 2.❌增大支撑面积一定提升稳定性 ✅是支撑面（底部实际接触地面的范围），不是占地面积；重心落在支撑面以内才稳定。 3.❌增加竖杆可以提高四边形框架的稳定性 ✅四边形不稳定；增加斜杆，分割成多个三角形才能增强稳定；单纯加竖杆没用。三角形是几何不变结构。 4.❌混凝土抗拉能力强 ✅混凝土抗压好、抗拉弱；加入钢筋，利用钢筋优良的抗拉能力，形成钢筋混凝土。 5.❌材料越厚，强度一定越大 ✅材料、形状、截面都会影响强度；相同材料，合理的截面形状提升强度效果更明显。 易错点三、受力与形变易错 1.❌横梁弯曲时，上下两侧都受到压缩 ✅横梁受荷载向下弯曲：上侧压缩，下侧拉伸。 2.❌拱形结构受力时，拱主要承受拉力 ✅拱顶受压，力向两侧拱脚传递，拱结构主要承受压力，适合用抗压材料（石头）。 3.❌形变一定是有害的 ✅弹性形变是结构抵抗外力的方式；超过限度发生永久形变，才会造成结构破坏。 易错点四、桥梁相关易错 1.❌桁架桥不属于梁式桥 ✅桁架桥属于梁式桥，主梁采用桁架结构。 2.❌拱桥的拱脚只受到向下的压力 ✅拱对拱脚有向下 + 向外的推力，地基需要抵抗向外的推力。 3.❌悬索桥、斜拉桥主要构件承受压力 ✅钢索、拉索主要承受拉力。 易错点五、工程设计流程易错 1.❌工程顺序：制作模型→方案设计→测试评价 ✅正确流程：明确任务→收集信息→方案设计→制作模型→测试评价→改进完善→展示交流；设计一定在制作模型前面。 2.❌工程设计只需要考虑强度 ✅工程要综合：安全、成本、材料、环境、施工难度，不能只追求坚固。 【对点训练】 1. 悬索桥（图甲）是目前世界上跨度最大的桥梁，它的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，小珊观察了悬索桥后，想知道两个拉力产生的作用效果与互成的角度有什么关系，于是她进行了下面的实验。 设计方案：如图乙，用两个互成角度的弹簧测力计拉固定在木板上的橡皮筋，依据拉力与弹簧的伸长量成正比，当每次把橡皮筋拉到相同位置时，可以认为这两个拉力产生的作用效果相同。 （1）按照设计方案，小珊用两个大小相等的拉力拉同一根橡皮筋完成了实验，将实验结果记录如表：（拉力F是拉橡皮筋到达预定位置的力） 角度/° 0° 30° 45° 60° 90° 120° 拉力F1/N 2 2.1 2.2 2.3 2.8 4 拉力F2/N 2 2.1 2.2 2.3 2.8 4 拉力F/N 4 ①分析上表可知，两个拉力F1与F2产生的作用效果与互成的角度 （选填“有关”或“无关”），即当作用效果相同时，互成的角度越大，两个拉力 （选填“越大”或“越小”）。 ②在上表中，当两个拉力互成角度为0°时，拉力F1与F2之和与拉力F的大小 ，当两个拉力相等且互成180°时，此时F1和F2是一对 力，橡皮筋保持静止状态。 （2）根据实验结果，请你提出正确的安装晾衣架承重钢丝（图丙）的建议： 。 【答案】（1）有关；越大；相等；平衡；（2）两条钢丝的夹角不宜过大。 【解答】解：（1）由表中数据可知，当随着两个拉力F1与F2的夹角逐渐增大时，拉力F1与F2两个力都会相应地增大，说明两个力的作用效果与互成的角度有关，且当作用效果相同时，随着互成的角度越大，两个拉力也越大。 由表可知，当两个拉力互成角度为0°时，拉力F1与F2之和为4N，与拉力F的4N大小相等。 当两个拉力相等且互成180°时，两个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在一个物体上，所以此时拉力F1与F2是一对平衡力，橡皮筋受到平衡力的作用保持静止状态。 （2）根据实验数据可知，当合力大小不变时，两个分力的夹角越大，两个分力也就越大，所以在安装图丙所示的晾衣架时，考虑到两条钢丝的承拉能力，其夹角不宜过大。 故答案为：（1）有关；越大；相等；平衡；（2）两条钢丝的夹角不宜过大。 2. 闽侯县白龙洲大桥是目前国内唯一的水滴型桥塔+竖琴索布置的市政景观桥梁，也是国内目前最宽的边主梁式结合梁斜拉桥，如图所示。大桥全长约3.6km，其中主桥长560m，设计时速60km/h。 （1）大桥通车前要及时发现桥梁结构是否存在裂缝、腐蚀等缺陷，常用的超声波探伤仪能快速、准确地检测出建材的质量，因为超声波的频率 ，波长短，反射性强。人 听到超声波。 （2）夜晚，白龙洲大桥两侧景观灯光射到大桥后发生 反射，使得整座大桥看起来如盘踞在江面的白龙一样雄伟壮观。 （3）汽车从大桥驶过，若以桥梁为参照物，汽车是 的，若以司机为参照物，汽车是 的。 【答案】（1）大；不能； （2）漫； （3）运动；静止。 【解答】解：（1）超声波的频率高于20000Hz，频率高，波长短，反射性强。人耳听觉范围是20赫兹到20000赫兹，故人耳听不到超声波。 （2）灯光射到大桥表面，发生漫反射，使整座大桥能从各个方向被看到，显得壮观。 （3）对于同一个物体，可以选择不同的参照物，从而得出不同的运动状态结论。汽车从大桥驶过，若以桥梁为参照物，则汽车是运动的，若以司机为参照物，汽车是静止的。 故答案为：（1）大；不能； （2）漫； （3）运动；静止。 3. 跨学科实践。 桥梁跨度与承重 物理兴趣小组在学习桥梁工程相关知识时发现，桥梁作为现代社会重要的交通枢纽，其桥墩间距（即桥梁跨度）会直接影响桥面的承重能力。为了探究这一规律，跨学科实践小组成员利用身边常见材料开展模拟实验。为进一步研究桥面稳固性与桥面截面形状和桥墩间距的关系，该小组同学用相同纸张制作了不同截面形状的桥面，如图1所示，将桥面放在两桥墩之间，在纸桥中央放上硬币，直到纸桥塌陷，记录下此时硬币的个数，相关数据如表所示。 序号 桥面 截面形状 桥墩间距（cm） 硬币个数（个） 1 a 〇〇〇〇 15 36 2 b △△△△ 15 16 3 c □□□□ 18 19 4 c □□□□ 12 28 （一）根据表格中数据可知： （1）同一座桥梁， 越小，桥面越稳固。 （2）使桥面稳固性最强的截面形状是 。 A.〇〇〇〇； B.△△△△； C.□□□□； D.变量不唯一，无法确定。 （二）如图2所示是一座梁桥的结构示意图，该桥的桩基、桩承台、桥墩、桥面主梁均使用钢筋混凝土材料，密度为2.5×103kg/m3，已知，桥墩横截面积为5m2，每个桥墩和它上面盖梁的总体积为60m3（g＝10N/kg）。计算： （1）每个桥墩和盖梁的总重是多少N？ （2）在未铺设桥面时，每个桥墩和盖梁整体对桩承台的压强为多少Pa？ （3）若河水深为4m，则河底受到水的压强为多少Pa？ 【答案】（一）（1）桥墩间距； （2）A； （二）（1）每个桥墩和盖梁的总重是1.5×106N； （2）在未铺设桥面时，每个桥墩和盖梁整体对桩承台的压强为3×105Pa； （3）若河水深为4m，则河底受到水的压强为4×104Pa。 【解答】解：（1）根据序号3、4的数据，截面形状相同，桥墩间距越小，硬币个数越多，可知：同一座桥梁，桥墩间距越小，桥面越稳固。 （2）控制桥墩间距相同（15cm），对比序号1、2的数据，a（〇〇〇〇）的桥面能承受的硬币个数（36 个）远多于b（△△△△）的 16 个；对比序号1、4的数据，c（□□□□）的桥墩间距更小，能承受的硬币个数（28 个）也少。因此使桥面稳固性最强的截面形状是A（〇〇〇〇）。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 （3）①每个桥墩和盖梁的总质量 每个桥墩和盖梁的总重是 ②在未铺设桥面时，每个桥墩和盖梁整体对桩承台的压强为 ③河底受到水的压强为。 故答案为：（一）（1）桥墩间距； （2）A； （二）（1）每个桥墩和盖梁的总重是1.5×106N； （2）在未铺设桥面时，每个桥墩和盖梁整体对桩承台的压强为3×105Pa； （3）若河水深为4m，则河底受到水的压强为4×104Pa。 4. 【项目情境•晋商故里产业实践】 祁县是晋商故里，也是华北知名的彩钢结构生产基地。当地企业生产的钢芯承架彩钢房，结构稳固、搭建高效，广泛用于厂房、仓库与临时用房。为探究承重钢梁抗压能力与其形状的关系，某物理实践小组以“服务家乡产业”为目标，开展项目式学习，用纸张模拟承重梁进行实验探究。 【探究任务】实验思路：选择三张相同的A4纸折叠成不同形状的“承重梁”，将“承重梁”两端支撑起来，在“承重梁”中部相同位置施加力，比较“承重梁”塌陷时施加力的大小。 实验过程：将A4纸折叠成空心长方体“承重梁”，两端放在支架上，在其正中挂上小桶，逐渐往小桶中加入细沙，直至“承重梁”塌陷；再折叠成“W”字形、拱形的“承重梁”，重复上述操作，记录数据如表所示。 请结合实验完成下列问题： 序号 “承重梁”长 “承重梁”形状 塌陷时桶中细沙的量 1 15cm 空心长方形 中等 2 15cm “W”字形 少量. 3 15cm 拱形 较多 【证据与分析】 （1）实验中通过 来反映承重梁抗压能力的强弱。 （2）分析表格中的数据可以得出：当其他情况都相同时， 形的承重梁抗压能力更好。 （3）请针对承重钢梁抗压能力，另外提出一个可探究的物理问题？ ； （4）结合实验结论，为提升山区公路桥梁的抗积雪能力，工程师可采取的优化措施是： （写出一条即可）。 【答案】（1）塌陷时桶中细沙的质量； （2）拱形； （3）承重钢梁的抗压能力与钢梁的长度是否有关？； （4）将桥梁设计成拱形结构。 【解答】解：（1）实验中“承重梁”中部受到的压力由桶和细沙的重力产生，当“承重梁”塌陷时，桶中细沙越多，说明其能承受的压力越大；因此可通过塌陷时桶中细沙的质量来反映“承重梁”抗压能力的强弱，这里采用了转换法。 （2）由表格数据可知，三张A4纸相同、长度相同、支撑方式相同，只改变“承重梁”的形状；空心长方形梁塌陷时细沙量中等，“W”字形梁塌陷时细沙量少量，拱形梁塌陷时细沙量较多，说明在其他情况都相同时，拱形结构的承重梁抗压能力更好。 （3）影响承重钢梁抗压能力的因素还可能有钢梁的长度、厚度、材料、截面形状等，因此可进一步探究钢梁长度对承重钢梁抗压能力的影响，提出的可探究物理问题为：承重钢梁的抗压能力与钢梁的长度是否有关。 （4）实验表明拱形结构能承受的压力更大，拱形可将中部所受压力向两端分散，故为提升山区公路桥梁的抗积雪能力，工程师可将桥梁设计成拱形结构。 故答案为： （1）塌陷时桶中细沙的质量； （2）拱形； （3）承重钢梁的抗压能力与钢梁的长度是否有关？； （4）将桥梁设计成拱形结构。 5. 我国是桥梁建设的大国，目前桥梁总数超过100万座，世界排名前10位的各类型桥梁中，中国占半数以上。桥梁建设时需要考虑钢梁的“下垂量”，如图甲所示，钢梁向下弯曲偏离水平位置的距离h叫下垂量。图乙是小明探究“一根钢梁的下垂量h与钢梁所受的压力F的关系”时，画出的下垂量h与所受压力F关系的图线，根据图线可知，当压力为5000N时，下垂量是 cm。小明想探究“一根钢梁的下垂量h与两个支撑柱的间距的关系”，实验过程中，他应该控制 不变，改变两个支柱间的距离s；小明发现将钢梁压制成如图丙的倒“V”字形后，能承受更大的压力，请你就这一现象提出一个合理的猜想：钢梁能承受的最大压力可能与 有关。 【答案】10；钢梁所受压力大小；钢梁的形状。 【解答】解：由图乙可知，当压力F为5000N时，下垂量是10cm； 由图乙可知，钢梁的下垂量h随着钢梁所受的压力F的增大而增大，则要探究“钢梁的下垂量h与两个支撑柱间距s的关系”，根据控制变量法，需要控制钢梁所受到的压力F大小不变，改变两个支撑柱间距s； 钢梁能承受的最大压力与多种因素有关，钢梁压制成如图丙的倒“V”字形后，可以使其能承受更大的压力，由此可猜测，钢梁能承受的最大压力可能与钢梁的形状有关。 故答案为：10；钢梁所受压力大小；钢梁的形状。 6. “南浦大桥”是上海首座跨越黄浦江的斜拉桥，如图12（a）所示。图13（a）虚线框中的结构可简化为图13（b）所示的杠杆模型，请完成以下问题。 （1）在图13（b）中画出动力F1的动力臂l1。 （2）测试桥梁安全性时，工程师在距O点2m的A点放置了一个重力为5×104N的配重块，如图13（b）所示，动力臂l1为5m，求斜拉索对杠杆的动力F1。（桥面的重力不计） （3）施工团队使用机械手臂将重力为50N的零件，匀速提升了10m（空气阻力忽略不计），在这个过程中机械手臂做的总功为1000J。求该机械手臂提升重物的机械效率η。 【答案】（1）； （2）斜拉索对杠杆的动力F1是2×104N； （3）该机械手臂提升重物的机械效率η是50%。 【解答】解：（1）由支点O向动力F1的作用线作垂线，垂线段的长度为F的力臂l1，如图所示： （2）根据杠杆平衡条件F1l1＝F2l2可得，斜拉索对杠杆的动力； （3）机械手臂提升重物的机械效率。 答：（1）； （2）斜拉索对杠杆的动力F1是2×104N； （3）该机械手臂提升重物的机械效率η是50%。 7. 近几年我国高铁飞速发展，已经成为世界第一高铁大国。若甲、乙两地距离是840km，一列高铁从甲地出发开往乙地，用时3h。问： （1）高铁从甲地开往乙地的平均速度是多少？ （2）这列高铁在行驶途中以70m/s的速度，匀速通过长度为2100m的桥梁（如图），全部通过桥梁的时间是35s，这列高铁的长度是多少米？ 【答案】（1）高铁从甲地开往乙地的平均速度是280km/h； （2）这列高铁的长度是350m。 【解答】解：（1）已知甲、乙两地距离是840km，一列高铁从甲地出发开往乙地，用时3h，则高铁从甲地开往乙地的平均速度为； （2）根据可知，高铁全部通过桥梁行驶的路程为s'＝v't'＝70m/s×35s＝2450m； 由于高铁全部通过桥梁行驶的路程等于高铁和桥梁的长度之和，则高铁的长度为L高铁＝s'﹣L桥梁＝2450m﹣2100m＝350m。 答：（1）高铁从甲地开往乙地的平均速度是280km/h； （2）这列高铁的长度是350m。 8. 某班同学在“桥梁调查与模型制作”跨学科实践活动中，通过AI检索资料得知“中国桥梁类型丰富多样按照形状和结构分类，最常见的四种类型分别是：梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥。” 小组同学发现生活中的拱桥以向上凸起的凸形桥为主，很少见到有桥梁路面是下凹的凹形桥。猜想可能是它们的抗压能力不同导致。 （一）项目一：有关“拱形桥”的研究。 小组设计了以下方案进行验证。该小组同学将汽车通行凸形桥和凹形桥的运动路径简化为曲线轨道，并构建了图1甲所示的模型，A点是凸形桥的最高点，B点是凹形桥的最低点。先固定轨道，再将压力传感器固定在A、B两点的下面。如图1乙所示，汽车通过时压力显示器就显示出压力的大小了。 实验时，小明让玩具小车在轨道上以相同的速度通过A、B两点，收集到压力显示器显示的数据如表所示。改变小车速度进行多次实验，分析表1数据回答问题： （1）玩具小车在图1甲的曲线轨道匀速前进，它的运动状态是 （选填“改变”或“不变”）的。 （2）当一定质量的汽车分别以相同速度通过凸形桥和凹形桥时， （选填“凸形桥”或“凹形桥”）更容易被损坏。 表1 实验次序 速度v/（m/s） 小车重力G/N 玩具小车对凸形桥A点压力F1/N 玩具小车对凹形桥B点压力F2/N 1 V1 2.00 1.80 2.40 2 V2 2.00 1.60 2.80 3 V3 2.00 1.50 3.00 （3）分析数据还发现玩具小车通过A点或B点时；玩具小车对桥面的压力还与 有关。 （4）某拱形桥在竖直方向荷载作用下，受到一个向下的压力F1，桥体结构又会把F1传递至桥体底部两端的基座上，下列选项中关于基座受力情况分析正确的是 。 （二）项目二：有关“斜拉桥”的研究。 小组同学利用硬卡纸和细线制作出如图2甲所示桥面的模型，桥面与桥柱间的连接点为O，用力传感器测出斜拉索顶端悬点在不同位置A、B、C时拉力F的大小，整个过程桥面始终水平，相关数据见表2。 表2 斜拉索顶端悬点位置 A B C 拉力F的大小/N 1.55 1.73 2.12 （5）分析表2数据可得，同一桥面水平静止时，斜拉索与水平面的夹角α越小，拉索上的拉力F越 。 （6）该小组同学分别画出了三个位置时O点到斜拉索的距离lA、lB、lC，如图2乙所示。请根据简单机械的相关知识，分析并解释拉力F变大的原因： 。 （7）小组AI检索后发现实际工程上并不会把拉索做得与水平面夹角特别大，也不会特别小，一般会选择30°～60°的最优夹角区间，你认为可能的原因是： 。（写出任意一条即可） 【答案】（1）改变；（2）凹形桥；（3）小车速度；（4）A；（5）大；（6）阻力和阻力臂不变，动力臂变短，动力变大；（7）夹角太小：拉力过大，拉索容易断裂，且水平分力大，对桥柱的推力大，桥柱需要做得更坚固。夹角太大：拉索过长，材料成本高，且力臂短，杠杆效率低，支撑效果差。 【解答】解：（1）玩具小车在图甲的曲线轨道上做的是曲线运动，因此其运动方向在不断改变，所以它的运动状态是改变的。 （2）根据提供的数据，当一定质量的汽车分别以相同速度通过凸形桥和凹形桥时，由于凹形桥上小车对桥面的压力更大，因此凹形桥更容易损坏。 （3）分析数据还发现，玩具小车通过A点或B点时，其速度的不同会影响对桥面的压力，因此玩具小车对桥面的压力还与小车的速度有关。 （4）拱桥在竖直荷载F1作用下，会将力分解为沿拱身的水平分力和竖直分力，最终传递到两端基座：基座会受到向下的竖直压力（F2、F3），同时受到向外的水平推力（F4、F5）。 （5）由表1数据，悬点从A到C，夹角α逐渐减小，拉力F从1.55N增大到2.12N，可直接得出该结论，同一桥面水平静止时，斜拉索与水平面的夹角α越小，拉索上的拉力F越大。 （6）桥面绕连接点O转动，符合杠杆“能绕固定点转动的硬棒”的特征，因此可看成杠杆模型。将桥面近似看作一根杠杆，O点为支点，斜拉索对桥面施加的拉力F为动力，桥面所受重力G为阻力；根据杠杆平衡条件F1l1＝F2l2，可知Fl1＝Gl2 则 其中G、l2不变，因此阻力和阻力臂不变，动力臂变短，动力变大。 （7）在实际工程中，选择斜拉索与水平面的夹角在30°～60°的最优夹角区间，可能的原因是：夹角太小：拉力过大，拉索容易断裂，且水平分力大，对桥柱的推力大，桥柱需要做得更坚固。夹角太大：拉索过长，材料成本高，且力臂短，杠杆效率低，支撑效果差。 故答案为：（1）改变；（2）凹形桥；（3）小车速度；（4）A；（5）大；（6）阻力和阻力臂不变，动力臂变短，动力变大；（7）夹角太小：拉力过大，拉索容易断裂，且水平分力大，对桥柱的推力大，桥柱需要做得更坚固。夹角太大：拉索过长，材料成本高，且力臂短，杠杆效率低，支撑效果差。 9. 阅读短文，回答问题 综合实践活动——桥梁调查与模型制作 【任务与要求】为了解桥梁结构设计的力学原理同学们设计并开展桥梁跨学科实践活动，完成资料调研、模型搭建、承重下垂量测试，并对模型进行综合评价与改进。 【自主学习】①桥梁结构的受力特点： 如图甲斜拉桥模型中，索塔高度H与主跨跨径L的比值称为高跨比，其标准范围为0.18～0.25，适当增大索塔高度可减小斜拉索的拉力，提升主梁受力稳定性。②几何体稳定性探究：利用吸管搭建三角形与矩形结构悬挂重物，发现三角形结构形状保持不变，矩形结构水平部分易弯曲变形，说明三角形结构具有良好的稳定性。 【设计制作】同学们选用如图乙的塑料支架、薄木板制作桥梁辅助支撑与索塔结构，选用平直的钢直尺作为桥梁的承重主梁，设计制作斜拉桥模型，要求索塔高度H＝100mm、主跨跨径L＝600mm，保证主梁无初始形变，便于后续下垂量测试，设计图如图甲所示。 【实验测量】实践小组为该斜拉桥模型搭建“钢尺桥梁受压后下垂量h”的测试仪，测试仪由压力传感器R与外部电路组成（如图丁所示），所用电流表量程为0﹣3A，电压表量程为0﹣15V，测量发现当压力为某一数值时，电压表的示数为4V，电流表示数为0.2A。进一步测得，当压力F1＝10N时，电路中的电流为I1；当压力F2＝25N时，电路中的电流为I2；且I1与I2相差0.1A.压力传感器的电阻R与压力F的关系图像是一条直线（如图戊所示），忽略传感器与钢梁自重产生的影响。工程学中主梁的下垂量h与压力满足关系h＝kF（k＝1×10﹣3m/N），为了便于模型实验测量，本次测试中下垂量h不得超过跨度L的2%。 【交流与评价】下表是“设计制作”评价指标，根据评价表对活动进行评价。 等级 优秀 良好 不合格 评价指标 结构稳固，尺寸达标，高跨比达标 结构稳固，尺寸达标，高跨比不达标 尺寸达标，结构稳定性不足，高跨比不达标 （1）“紧绷的拉索”说明力能够使物体发生 ，文中划线部分的物理原理是 ，若要设计一座桥面更宽、通行能力更强的斜拉式大桥，应适当 （选填“增大”或“减小”）索塔的高度； （2）下垂量测试电路中，当钢尺所受压力增大时，电压表的示数 （选填“增大”、“减小”或“不变”），R0＝ Ω，电源电压U＝ V；为了保证电路安全和桥梁稳定，钢尺的最小跨度L为 m。 （3）你对“设计制作”的评价等级为 ，依据是 ；进一步给出优化建议： 。 【答案】（1）形变；二力平衡；增大； （2）增大；20；22.5；2； （3）良好；结构稳固，尺寸达标，高跨比约为0.17，不满足0.18～0.25；适当增加索塔高度使高跨比达标 【解答】解：（1）拉索被拉紧时形状发生改变，说明力可以使物体发生形变。划线部分表明桥梁静止时，竖直向上的合力与桥面重力等大、反向，满足二力平衡条件。根据短文，适当增大索塔高度能够减小斜拉索的拉力并提升主梁稳定性，因此桥面更宽、通行能力更强的斜拉桥应适当增大索塔高度。 （2）图丁中压力传感器R与定值电阻R0串联，电压表测R0两端电压。压力增大时，由图戊可知传感器电阻R随压力F增大而减小，电路总电阻变小，电流变大，由U0＝IR0可知电压表示数增大。某次测量中。由图戊读取：F1＝10N时R1＝25Ω，F2＝25N时R2＝17.5Ω，且压力增大时电流增大，则，U＝22.5V。当电压表达到15V时，，未超过电流表量程3A，此时传感器两端电压为22.5V﹣15V＝7.5V，；由图戊线性关系R＝30﹣0.5F，10Ω＝30﹣0.5F，F＝40N。由h＝kF＝1×10﹣3m/N×40N＝0.04m，且h≤0.02L，0.04m≤0.02L，L≥2m，故钢尺对应的最小跨度为2m。 （3）该模型高跨比，不在标准范围0.18～0.25内；但结构稳固、尺寸达标，因此对照评价表应为良好。依据是结构稳固、尺寸符合要求，但高跨比偏低未达标。优化建议为适当增加索塔高度，使高跨比达到0.18～0.25。 故答案为： （1）形变；二力平衡；增大； （2）增大；20；22.5；2； （3）良好；结构稳固，尺寸达标，高跨比约为0.17，不满足0.18～0.25；适当增加索塔高度使高跨比达标。 10. 小江同学想探究杠杆的平衡条件，从实验室借来了杠杆、钩码若干、弹簧测力计和铁架台等器材。如图1甲是他完成的一组实验，此时杠杆处于水平平衡状态，已知一个钩码的重力为0.5N，杠杆的每一格的长度为5cm。 （1）图1甲中，弹簧测力计的示数是 N；他又进行了图1乙实验，读出弹簧测力计的示数为3.6N，发现“F1×L1≠F2×L2”，于是他请教老师原因，老师告诉他是杠杆自重的影响，并给了他两点提示：A.杠杆是否平衡是通过“力和力臂的乘积”大小判断的；B.杠杆可能不止受到一个动力和一个阻力，那么平衡条件中的“力与力臂的乘积”数量也会发生变化。最后，老师让他根据提示计算出杠杆的自重，请你帮助他算出杠杆的重力。 。 （3）一般桥梁可分为斜拉桥和悬索桥，大桥的结构，可逐步抽象成图2甲、乙、丙所示的模型。为了减小钢索承受的拉力F2，可以适当 （填“A.增加”或“B.减小”）钢索悬索在桥塔上的高度，利用学过的物理知识说出理由： 。 【答案】（1）3；0.4N； （3）A.增加；根据杠杆平衡条件，在阻力和阻力臂一定时，增大钢索悬索在桥塔上的高度可以增大动力臂，从而减小钢索承受的拉力 【解答】解：（1）甲图中4个钩码对杠杆的拉力为G钩＝4×0.5N＝2N。设杠杆一格长为L＝5cm，由甲图可知钩码拉力的力臂为3L＝15cm，弹簧测力计拉力的力臂为2L＝10cm。根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2，弹簧测力计示数。 乙图中支点在杠杆一端，杠杆全长10L＝50cm，杠杆重心在距支点5L＝25cm处，钩码作用线距支点8L＝40cm，弹簧测力计拉力作用线距支点5L＝25cm。由于杠杆自重也会产生一个力矩，乙图的平衡式为F弹×5L＝G钩×8L+G杆×5L，因此。 （3）将斜拉桥看成杠杆，桥塔与桥面的连接点为支点，桥面及车辆的重力是阻力F1，钢索拉力F2是动力。由F2L2＝F1L1，，在阻力和阻力臂一定时，增大钢索悬索在桥塔上的高度可使F2的力臂L2增大，所以钢索拉力F2减小，应选“A.增加”。 故答案为： （1）3；0.4N； （3）A.增加；根据杠杆平衡条件，在阻力和阻力臂一定时，增大钢索悬索在桥塔上的高度可以增大动力臂，从而减小钢索承受的拉力。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $