粵科粵教版《技術(shù)與設(shè)計(jì) 2》第一章《結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)》《第2節(jié) 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性》

粵教版《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》第一章第二節(jié)《結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性》（實(shí)驗(yàn)課）shè安徽省黃山市歙縣中學(xué)鐘紅霞思考問題：比薩斜塔2019年10月10日無錫一高架橋側(cè)翻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在荷載的作用下維持其原有平衡形式的能力。荷載一般指結(jié)構(gòu)自重或?qū)Y(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生變形的外力。評價(jià)同學(xué)們制作的換鞋凳標(biāo)準(zhǔn)之一是：結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素有哪些呢？實(shí)驗(yàn)一：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與幾何形狀的關(guān)系（定性實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)器材：有、無橫檔的三角架，四邊形結(jié)構(gòu)，同學(xué)們制作的不同形狀的換鞋凳實(shí)驗(yàn)方法：垂直荷載，對比實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與幾何形狀的關(guān)系（定性實(shí)驗(yàn)）2、四邊形結(jié)構(gòu)（有、無斜檔）進(jìn)行垂直加載對比實(shí)驗(yàn)1、三角架垂直荷載(有、無橫檔對比實(shí)驗(yàn))穩(wěn)定情況變形情況穩(wěn)定情況滑動(dòng)情況結(jié)構(gòu)形狀結(jié)構(gòu)形狀四邊形（未加斜索）四邊形（加斜索）三角架（未加橫檔）三角架（加橫檔）實(shí)驗(yàn)一：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與幾何形狀的關(guān)系（定性實(shí)驗(yàn)）穩(wěn)定情況變形情況穩(wěn)定情況滑動(dòng)情況結(jié)構(gòu)形狀結(jié)構(gòu)形狀不穩(wěn)定有滑動(dòng)四邊形（未加橫檔）四邊形（加橫檔）不穩(wěn)定、變形嚴(yán)重穩(wěn)定，不變形三角架（未加橫檔）三角架（加橫檔）穩(wěn)定，不滑動(dòng)實(shí)驗(yàn)一：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與幾何形狀的關(guān)系（定性實(shí)驗(yàn)）3、同學(xué)們制作的不同形狀的換鞋凳垂直加載對比實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定情況傾倒情況結(jié)構(gòu)形狀三角形星形四邊形船形在垂直加載4塊磚的情況下實(shí)驗(yàn)一：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與幾何形狀的關(guān)系（定性實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：幾何形狀影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。課后拓展任務(wù)：運(yùn)用數(shù)學(xué)幾何知識證明三角形與其它平面幾何圖形相比更加穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)二：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與重心位置的關(guān)系（定量實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)裝置：立柱、鐵塊、擺錘、角度板、支架等實(shí)驗(yàn)方法：鐵塊分別放置在三個(gè)不同高度，用擺錘撞擊帶鐵塊的立柱，立柱傾倒時(shí)，記錄擺錘抬起的臨界角度。1.125KG鐵塊H1H2H3撞擊的擺錘實(shí)驗(yàn)二：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與重心位置的關(guān)系（定量實(shí)驗(yàn)）鐵塊（1.125KG）位置立柱傾倒時(shí)，擺錘抬起臨界角度(單位：°)H1(位置高)H2(位置中)H3(位置低)實(shí)驗(yàn)二：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與重心位置的關(guān)系（定量實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析：結(jié)構(gòu)質(zhì)量一定時(shí)，重心位置越高，結(jié)構(gòu)傾倒時(shí)的擺錘抬起的角度越小;重心位置越低，結(jié)構(gòu)傾倒時(shí)的擺錘抬起的角度越大。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：重心位置影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，重心越低，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。拓展性實(shí)驗(yàn)：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與質(zhì)量的關(guān)系（定量實(shí)驗(yàn)）立柱傾倒時(shí)，擺錘抬起臨界角度(單位：°)H1H2立柱傾倒時(shí)，擺錘抬起臨界角度（鐵塊重1.125KG）鐵塊位置（鐵塊重1.725KG）H1(位置高)H3H2(位置中)H3(位置低)1.725KG拓展性實(shí)驗(yàn)：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與質(zhì)量的關(guān)系（定量實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析：在相同位置時(shí)，質(zhì)量越大的鐵塊，在傾倒時(shí)，擺錘抬起角度越大。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：質(zhì)量影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，質(zhì)量越大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越好。實(shí)驗(yàn)三：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與支撐面面積大小的關(guān)系（定量實(shí)驗(yàn)）支撐面：連接物體所有支撐點(diǎn)的平面。藍(lán)色部分為接觸面紅色部分為支撐面實(shí)驗(yàn)三：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與支撐面面積大小的關(guān)系（定量實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)裝置：掛重錘的三角架、刻度板、電子測力計(jì)，尺子等實(shí)驗(yàn)方法：改變支撐面面積大小時(shí)，拉動(dòng)三角架結(jié)構(gòu)，測拉力的大小。40403020圖片實(shí)驗(yàn)三：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與支撐面面積大小的關(guān)系（定量實(shí)驗(yàn)）一只腳剛抬離臺面時(shí)的水平拉力（KG）底邊（厘米）高（厘米）支撐面面積（平方厘米）404040403020800600400?改變支撐面積大小，保持重心位置不變實(shí)驗(yàn)三：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與支撐面面積大小的關(guān)系（定量實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析：支撐面面積越大，三角形結(jié)構(gòu)一只腳抬起時(shí)水平加載所用的力越大。支撐面面積越小，三角形結(jié)構(gòu)一只腳抬起時(shí)水平加載所用的力越小。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：支撐面面積影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，支撐面面積越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)四：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的依據(jù)和條件（定性實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)裝置：自制四邊形穩(wěn)度計(jì)、帶重心垂線的三角架實(shí)驗(yàn)方法：推動(dòng)結(jié)構(gòu)至傾倒時(shí)，觀察垂線與支撐面最外側(cè)線的關(guān)系我們反向做實(shí)驗(yàn)，找出結(jié)構(gòu)傾倒時(shí)的條件。圖片實(shí)驗(yàn)四：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的依據(jù)和條件（定性實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)對象及方法

剛傾倒時(shí)，垂線在支撐面上投影位置不斷減小三角架的支撐面面積水平推動(dòng)四邊形結(jié)構(gòu)圖片實(shí)驗(yàn)四：探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的依據(jù)和條件（定性實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析：前面實(shí)驗(yàn)過的涉及穩(wěn)定性要素全部再次實(shí)驗(yàn)后，觀察到，不管什么情況，只要重心垂線超出支撐面邊，即傾倒。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的依據(jù)和條件：重心垂線落在支撐面內(nèi)。~~~~~~~~~~~~拓展：重心所在的垂線合外力所在的線F~~~~~~~~~~~~~~~~~~GF合實(shí)