1、第一章第一章 結構與設計結構與設計第二節第二節 探究結構探究結構 魁北克大橋的垮塌魁北克大橋的垮塌上海樓房倒塌上海樓房倒塌 高壓電線塔的垮塌高壓電線塔的垮塌 結構的穩定性：結構的穩定性：v結構的穩定性是指結構在負載的作用下，維結構的穩定性是指結構在負載的作用下，維持原有平衡狀態的能力。持原有平衡狀態的能力。結構的穩定性與什么因素有關？結構的穩定性與什么因素有關？想一想：想一想：A.落地電風扇或者落地電風扇或者賓館里的落地燈，賓館里的落地燈，它們都有一個比較它們都有一個比較大的底座。大的底座。結構的底座，結構與地面接觸所形成的支撐面結構的底座，結構與地面接觸所形成的支撐面大大, ,穩定穩定 。因

2、素一：支撐面積的大小因素一：支撐面積的大小B：為什么大壩的橫截面總是建成梯形？：為什么大壩的橫截面總是建成梯形？ 大壩需要承受很大的力的作用，如大壩需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的沖擊力、壓力等等，自身的重力，水的沖擊力、壓力等等，要起到防洪的作用，大壩必須要求非常要起到防洪的作用，大壩必須要求非常穩固。大壩建成梯形，增大了與地面接穩固。大壩建成梯形，增大了與地面接觸所形成的支撐面，支撐面越大越堅實，觸所形成的支撐面，支撐面越大越堅實，穩定性就越好。穩定性就越好。2結構的穩定性與重心位置有關。結構的穩定性與重心位置有關。物體重心越低，越穩定。物體重心越低，越穩定。因素二：重心位置因素

3、二：重心位置A.不倒翁為什么不倒？不倒翁為什么不倒？如果在它脖子上掛上如果在它脖子上掛上一定數量的鐵環，它一定數量的鐵環，它還會不倒嗎？還會不倒嗎？ 不倒翁的重心很低，就在它與地面的接觸點上，所以不倒，如果往它的脖子掛上鐵環，它的重心位置升高了，當鐵環達到一定數量時，不倒翁就不在是不倒翁了。重心的高低影響結構的穩定性。重心越低,穩定性越好;重心越高,穩定性越差。 B.以前的農作物個子高，遭遇暴風驟雨以前的農作物個子高，遭遇暴風驟雨容易傾覆，造成減產；現在的農作物普容易傾覆，造成減產；現在的農作物普遍個子矮。就是利用了重心低結構穩定遍個子矮。就是利用了重心低結構穩定的原理。的原理。C. 比薩斜塔

4、為什么不倒塌？比薩斜塔為什么不倒塌？15901590年，意大利的偉大科學家伽俐略，曾在斜塔的頂層做年，意大利的偉大科學家伽俐略，曾在斜塔的頂層做過自由落體運動的實驗，讓兩個重量相差過自由落體運動的實驗，讓兩個重量相差1010倍的鐵球，同倍的鐵球，同時從塔頂落下，結果，兩球同時著地，一舉推翻了束縛人時從塔頂落下，結果，兩球同時著地，一舉推翻了束縛人們思想近們思想近20002000年的希臘著名學者亞里士多德關于重量不同年的希臘著名學者亞里士多德關于重量不同的物體其下落的速度也不相同的的物體其下落的速度也不相同的“物體下落速度與重量成物體下落速度與重量成正比正比”的理論。伽俐略開創了實驗物理的新時代

5、，被人們的理論。伽俐略開創了實驗物理的新時代，被人們稱為稱為“近代科學之父近代科學之父”，而他用來做實驗的斜塔也因而更，而他用來做實驗的斜塔也因而更加遐邇聞名。加遐邇聞名。 通過分析長方體重心的垂線位置與穩定性示意圖，通過分析長方體重心的垂線位置與穩定性示意圖，使學生容易理解，比薩斜塔不倒的原因是它的重使學生容易理解，比薩斜塔不倒的原因是它的重心所在點的垂線落在塔的底面的范圍內。當塔傾心所在點的垂線落在塔的底面的范圍內。當塔傾斜到一定程度，重心的垂線不再落在塔的底面時，斜到一定程度，重心的垂線不再落在塔的底面時，塔就會傾倒。塔就會傾倒。結構重心的位結構重心的位置：置：結構重心結構重心所在點的垂

6、線所在點的垂線是否落在結構是否落在結構底面的范圍內，底面的范圍內，落在就是穩定落在就是穩定的，沒有就是的，沒有就是不穩定的。不穩定的。3 3、結構的穩定性與它的幾何形狀有關。、結構的穩定性與它的幾何形狀有關。 A、A字形梯為什么載人時能夠保持穩定？如果沒有梯子中間的拉桿將會怎么樣？ 一般情況下，梯子打開的時候，梯面與地面組成三角形，梯子本身就能站得穩。當連接兩個梯面的橫桿拉直時，兩個梯面的上半部分就與橫桿構成了穩定的三角形，這就進一步加強了梯子的穩定性，保證梯子能承受人體的壓力。如果沒有梯子中間的拉桿，載人時就不能保持穩定。 因為三角支架與地因為三角支架與地面有三個接觸點，形成面有三個接觸點，

7、形成的三角形結構使照相機的三角形結構使照相機的支撐架更容易穩定的支撐架更容易穩定。B B、照相機的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形、照相機的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形狀？狀？因素三：結構的穩定性與它的幾何形狀有關。 總結總結影響結構穩定性因素影響結構穩定性因素: : 因素一：因素一：支撐面積的大小支撐面積的大小 1.穩定性與支撐面積的大小有關穩定性與支撐面積的大小有關 支撐面越大越穩定，越小越不穩定支撐面越大越穩定，越小越不穩定。 因素二：因素二：重心位置重心位置 2.結構的穩定性與重心位置有關。結構的穩定性與重心位置有關。 物體重心越低，越穩定。物體重心越低，越穩定。 因素三：

8、因素三：幾何形狀幾何形狀 3.結構的穩定性與它的幾何形狀有關。結構的穩定性與它的幾何形狀有關。補充：補充：三角形穩定性的應用：三角形穩定性的應用：建筑中廣泛運用了三角形的穩定性。房子、橋梁的桁架大多都是由多個三角形構成的；鋼架結構的十字梁同樣是運用這一原理，在四邊形的框架中用兩條桿件作對角線，形成多個三角形，既節省了材料，減輕了結構的質量，又有效地加強了結構的強度和穩定性。十字鋼梁也是建筑中常用的構件，如在高壓輸電的鐵塔、懸索橋的塔架，以及摩天大樓鋼架結構中都被普遍地采用。 練習練習: :1.在擁擠的公共汽車上已沒有座位，你必須站著，而扶在擁擠的公共汽車上已沒有座位，你必須站著，而扶手你讓給了

9、旁邊的老人，你在公共汽車上要如何才能保手你讓給了旁邊的老人，你在公共汽車上要如何才能保持自己的沒摔倒？持自己的沒摔倒？(2)貨物應盡量放在船艙里還是甲板上？為什么？貨物應盡量放在船艙里還是甲板上？為什么？人的身體的穩定性取決于支撐面的大小和人體姿勢重人的身體的穩定性取決于支撐面的大小和人體姿勢重心的高低，在一定范圍內，兩腳分得越開，則重心越心的高低，在一定范圍內，兩腳分得越開，則重心越低，支撐面變大，越穩定！低，支撐面變大，越穩定！拓展：拓展：不穩定的結構應用：不穩定的結構應用：如移動門、折疊椅等等.倒置的啤酒瓶可以預報地震。.在打水的桶口邊掛一重物，在水面時能自動翻倒打水。 （二）結構的強度

10、（二）結構的強度結構具有的抵抗被外力破壞的能力。結構具有的抵抗被外力破壞的能力。結構的強度是指：結構的強度是指：強度與穩定性的聯系與區別：強度與穩定性的聯系與區別： 我們知道穩定性是研究物體的保持平衡狀態的能力，強度是研究不被外力破壞的能力。例如我們剛才舉的椅子的例子，椅子能夠承受人的重力這是一個強度問題，那么椅子會不會左右晃動，搖擺，那就是一個穩定性問題了。根據你的生活經驗填寫下表：根據你的生活經驗填寫下表：馬上行動：馬上行動：事件事件結果結果原因原因 分別在一根竹竿和一根同樣尺寸的脆性塑料桿上不斷加掛相同質量的重物 沿著垂直于重心線的方向撞擊一根完整的鋼管與用同樣的方法撞擊一根中間有焊接縫

11、的鋼管竹竿比脆性塑竹竿比脆性塑料桿能掛更多料桿能掛更多的重物而不會的重物而不會斷裂斷裂不同材料的抗不同材料的抗拉性能不同拉性能不同中間有焊接縫中間有焊接縫的鋼管受到撞的鋼管受到撞擊時容易損壞擊時容易損壞因為有連接點因為有連接點1.影響結構強度的主要因素影響結構強度的主要因素 吊蘭支撐使用的三角形支吊蘭支撐使用的三角形支架結構，而不使用由一根直桿架結構，而不使用由一根直桿挑起的結構。從材料方面考慮，挑起的結構。從材料方面考慮，吊蘭的三角形支架使用的是鋼吊蘭的三角形支架使用的是鋼管而不是木條或塑料，鋼管抗管而不是木條或塑料，鋼管抗拉力性能好。從連接方式考慮，拉力性能好。從連接方式考慮，吊蘭的三角形

12、支架的構件是焊吊蘭的三角形支架的構件是焊接而不是捆縛，這種連接方式接而不是捆縛，這種連接方式更牢固。更牢固。1) 影響結構強度的幾個主要因素影響結構強度的幾個主要因素結構的形狀結構的形狀使用的材料使用的材料構件之間的連接方式構件之間的連接方式結構外部形狀結構外部形狀結構的構件截面形狀結構的構件截面形狀鉸連接鉸連接剛連接剛連接p22(1)結構的形狀結構的形狀: A.不同橫截面形狀的構件所能承受力的程度是不一樣不同橫截面形狀的構件所能承受力的程度是不一樣的。的。注意：注意：結構對強度的影響有兩點，一是結構的外部形狀，結構對強度的影響有兩點，一是結構的外部形狀，二是結構的構件截面形狀。二是結構的構件

13、截面形狀。小實驗：小實驗：P019（2）因素）因素2：使用的材料：使用的材料結構的強度與材料有關結構的強度與材料有關紙杯鋼杯塑料杯（3 3）因素）因素3 3：構件之間的連接方式：構件之間的連接方式： 結構的連接是指通過一定的連接物將構件組成整體結構。 結構構建的連接通常有以下兩類：結構構建的連接通常有以下兩類： 鉸連接鉸連接 剛連接剛連接鉸連接：鉸連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，被連接的構件在連接處不能相對移動，但可以相對轉動，具體有松螺栓、松鉚等。但可以相對轉動，具體有松螺栓、松鉚等。 剛連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，也不能相對轉動，具體有榫接、膠接、焊接等。膠接膠接榫接榫

14、接 結點是從連接的效果來劃分。一個結點可以有多種連接方式。不同的材料有不同的連接方式；構件的連接方式不同，結構的強度也不同。 結構對事物的功能和作用產生著直接的影響，結構的改變可能導致功能的改變多功能起子（三）、結構與功能（三）、結構與功能:小結小結一、結構的穩定性一、結構的穩定性影響結構穩定性的三個因素：影響結構穩定性的三個因素：重心位置、重心位置、支撐面積的大小和結構的形狀支撐面積的大小和結構的形狀二、結構的強度二、結構的強度影響結構強度的三因素：影響結構強度的三因素：結構的形狀、結結構的形狀、結構的材料與連接構的材料與連接三、結構與功能三、結構與功能為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？傾斜？ 這是為了進一步增大與地面接觸所這是為了進一步增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩定性。形成的支撐面積，增加穩定性。接觸面接觸面支撐面支撐面注意：注意：支撐面支撐面接觸面。接觸面。接觸面接觸面:是物體與地面接觸形成的面。支撐面支撐面:是物體與地面接觸形成支撐點的連線與地面構成的面。vA支撐面越來