教科 八年級 下冊 物理 第8章《跨學(xué)科實踐 橋》課件

第5節(jié)跨學(xué)科實踐：橋第八章運動和力感悟新知橋是一種架空的人造通道。其主要作用是解決跨水或者越谷的交通，以便運輸工具或行人在橋上通行。在人造橋梁之前，自然界由于地殼運動或其他自然地質(zhì)作用的影響，形成了不少天然的橋梁形式。感悟新知如浙江天臺山橫跨瀑布上的石梁橋，江西貴溪因自然侵蝕而成的石拱橋(仙人橋)以及小河邊由自然倒下的樹干形成的“獨木橋”，兩岸藤條糾結(jié)在一起而構(gòu)成的天生“懸索橋”等。人類從這些天然“橋”中得到啟示，由最初的一塊簡易木板或一個小石蹬，逐漸發(fā)展，生產(chǎn)了造型各異、大小不同的橋。知1－講感悟新知追溯起源橋，何為橋也。《說文解字》中段玉裁曾解釋道：“梁之字，用木跨水，今之橋也。”由此我們可以感知到，我們祖先第一次把木頭放在河上并從上經(jīng)過(獨木橋)，便稱之為橋的起源。感悟新知任務(wù)一橋梁的結(jié)構(gòu)1.分類(1)橋梁按建筑材料可分為木橋、石橋和鋼橋等；(2)按用途可分為公路橋、公鐵兩用橋和人行橋等；(3)按形狀和結(jié)構(gòu)分為梁橋、拱橋、懸索橋和斜拉橋等。感悟新知①梁橋是指以受彎為主的主梁作為主要承重構(gòu)件的橋梁；②拱橋是指在豎直平面內(nèi)以拱結(jié)構(gòu)作為主要承重構(gòu)件的橋梁；③懸索橋由巨大的主纜、索塔、錨碇和橋面系統(tǒng)組成。④斜拉橋是由承壓的塔、受拉的索與承彎的梁體組合起來的一種結(jié)構(gòu)體系。感悟新知拓展思考為了適應(yīng)不同的環(huán)境和需求,橋梁也會建造成各種不同的形狀和結(jié)構(gòu)。請你將如圖1所示的橋梁對應(yīng)的名稱寫在橫線上。知1－講感悟新知拓展理解分析圖片可知,從左到右分別是拱橋、斜拉橋、懸索橋和平板橋。感悟新知2.結(jié)構(gòu)橋梁由橋面和承重結(jié)構(gòu)組成。3.設(shè)計原理防止橋面彎曲。感悟新知任務(wù)二橋梁的力學(xué)分析1.演示實驗橋面承重時的形變和受力。(1)

操作：用一塊表面畫有方格的海綿塊模擬橋面，用手按壓海綿塊來模擬負(fù)載，如圖2。感悟新知(2)

現(xiàn)象：海綿塊在負(fù)載作用下發(fā)生了彎曲形變，上層方格被擠壓變窄，下層方格被拉伸變寬。(3)

分析：如圖3是橋梁結(jié)構(gòu)圖和受力分析圖。橋梁上表面(垂直表面)受到壓力，下表面(沿表面)受到拉力。當(dāng)負(fù)載增加時，橋梁彎曲形變程度會隨之增加，如果彎曲形變超出橋梁允許的形變范圍，橋梁就可能發(fā)生坍塌。感悟新知深度思考同學(xué)們議一議，如何避免橋梁發(fā)生大的彎曲形變，提高橋梁承重能力，避免橋梁坍塌呢?深度理解為減小橋面彎曲形變，可在橋面下加一個橋墩，即可為橋面提供一個向上的力。知1－講感悟新知知識拓展在古代橋梁的建造中,應(yīng)用得較多的就是拱橋,因為這種橋梁建造起來比較簡單，而且十分堅固。河北的趙州橋，就是我國古代最著名的圓弧拱橋。這座由隋朝的工匠李春建造的橋梁，歷經(jīng)1400多年至今安然無恙，被評為“國際土木工程里程碑”。感悟新知2.支撐結(jié)構(gòu)受力情況(1)

梁橋：如圖4(a)，橋面上汽車的重力，從橋面?zhèn)鬟f到橋墩，使橋梁穩(wěn)定。(2)

拱橋：如圖4(b)，橋面上汽車的重力，由橋面?zhèn)鬟f到橋拱的弧上，再傳遞到橋臺，最后傳到地面，保證橋梁不會因受力過大而坍塌。感悟新知(3)

懸索橋和斜拉橋如圖(c)(d)，橋上汽車的重力，先傳到橋面，再由橋塔上纜索拉住橋面，使橋梁不坍塌，最后再利用在河岸上的纜索向岸邊斜拉，固定橋塔。綜上所述，所有支撐橋面的力的合力，與橋面重力及負(fù)載的合力平衡。根據(jù)二力平衡條件，無論什么樣的橋梁結(jié)構(gòu)，都會產(chǎn)生一個向上的合力作為橋面的支撐力。感悟新知3.體驗拱橋的支撐作用觀察思考：同學(xué)們動手做一做，找一個硬直筒圈，中間套一根橡皮筋，如圖5所示，用手輕壓頂部，觀察皮筋的形變，思考拱橋形狀與橋面負(fù)載的關(guān)系。感悟新知深度理解用手輕壓頂部，皮筋受到向外的推力，發(fā)生微小形變，而“拱橋”形狀保持不變；當(dāng)負(fù)載增加時，“拱橋”形狀也不會改變；如果負(fù)載壓力過大，皮筋的形變超出允許的形變范圍，“拱橋”就可能發(fā)生坍塌。感悟新知4.探究幾何體的穩(wěn)定性(1)操作：將幾根橡皮筋連接起來后，穿過吸管再首尾連接，分別搭成三角形和矩形結(jié)構(gòu)。如圖6所示，利用懸掛重物對它們施加向下的力。感悟新知(2)

分析：①三角形結(jié)構(gòu)的物體受力時形狀保持不變；②矩形結(jié)構(gòu)的物體受力時水平部分彎曲，還可能變形為平行四邊形結(jié)構(gòu)。(3)

實驗發(fā)現(xiàn)：三角形具有很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。三角形是現(xiàn)代橋梁的基本結(jié)構(gòu)元素，它能承受更大的壓力和拉力。(4)應(yīng)用：武漢長江大橋。感悟新知圖7中的橋梁蘊含了許多物理知識。例1感悟新知(1)三座橋中，_______(填字母)屬于鋼索橋。B解析：分析圖片可知，B屬于鋼索橋。感悟新知(2)廈漳跨海大橋主要由鋼纜、橋塔、橋面組成，其中是______大橋承重的主要構(gòu)件，______是支撐鋼纜的主要構(gòu)件。因此這座橋的______很大。鋼纜解析：廈漳跨海大橋主要由鋼纜、橋塔、橋面組成，其中鋼纜是大橋承重的主要構(gòu)件；橋塔是支撐鋼纜的主要構(gòu)件。因此這座橋的跨度很大。橋塔跨度感悟新知(3)青藏鐵路拉薩河特大橋?qū)儆赺_____。采用了雙層疊拱結(jié)構(gòu)，它的橋面在拱的下方，橋面低，與道路容易連接，從結(jié)構(gòu)上看，橋板拉住了拱足，抵消了拱向外的______，減少了橋墩的負(fù)擔(dān)。拱橋解析：青藏鐵路拉薩河特大橋?qū)儆诠皹颉２捎昧穗p層疊拱結(jié)構(gòu)，它的橋面在拱的下方，橋面低，與道路容易連接，從結(jié)構(gòu)上看，橋板拉住了拱足，抵消了拱向外的推力，減少了橋墩的負(fù)擔(dān)。推力感悟新知1.某?？萍寂d趣小組模擬建造了一座“鋼索橋”，對鋼纜的拉力進(jìn)行了研究，請回答下列問題:感悟新知(1)從圖中可以知道“鋼索橋”主要由______、______、______三部分組成。(2)在實驗中，橋面離地面的高度不變，橋塔高時比橋塔低時手上的拉力______。A.大一些

B.小一些C.沒有變化鋼纜橋塔橋面B感悟新知(3)通過這個實驗可以知道，橋塔修得很高有什么作用？橋塔修得很高可以減小鋼纜的拉力，從而增大橋的承重能力感悟新知任務(wù)三設(shè)計并制作一座自己的橋1.設(shè)計(1)要求：設(shè)計一座可承載重物的紙橋，至少能跨越25cm的峽谷，寬度大于10cm，最小承重為0.2N。(2)材料與工具：A4紙、雙面膠、剪刀、刻度尺、鉛筆、砝碼和硬幣等。感悟新知討論思考用紙造“橋”要考慮哪些問題？感悟新知討論理解第一，要考慮紙的特性。紙承受力的特點是抗拉而不抗壓，即抗彎曲能力很差，所以要考慮怎樣增強它的抗彎曲能力。第二，橋選擇什么樣的形狀和結(jié)構(gòu)。這兩方面是相互聯(lián)系和影響的，要結(jié)合在一起進(jìn)行思考、選擇。第三，橋由哪幾部分組成，各用多少材料，怎么牢固地連接在一起……感悟新知2.制作(1)橋的模型紙結(jié)構(gòu)的基本形狀紙結(jié)構(gòu)的連接技巧紙橋模型參考感悟新知(2)制作步驟制作紙橋時，參考上面紙橋模型，設(shè)計自己的紙橋方案圖；按照設(shè)計要求制作橋面、橋墩和連接結(jié)構(gòu)等橋的每個部分，然后用膠水將這些部分黏合起來，最后組成橋。將硬幣或砝碼放在橋面上，記下紙橋的最大承重。感悟新知思路點撥造紙橋時，通常經(jīng)歷五個環(huán)節(jié)：①明確標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計圖紙；②選擇制作材料和連接物，確定合適、牢固的連接方法；③制作紙橋；④測量“橋”的跨度和承重力；⑤改進(jìn)紙橋。感悟新知深度思考下表是小明同學(xué)設(shè)計的“橋”，要求“橋”能盡可能地承載更大的力。請觀察分析小明的設(shè)計圖，并完成表格中問題。感悟新知紙橋設(shè)計方案材料A4紙10張、透明膠、剪刀設(shè)計圖感悟新知續(xù)表問題(1)主要增強橋的承重的方法？(2)設(shè)計不合理的地方(寫一點)？(3)增強承重方面我的改進(jìn)建議(可以寫，也可以畫在原圖上)？感悟新知深度理解(1)加厚的橋面和橋柱間斜桿構(gòu)成三角形結(jié)構(gòu)增加穩(wěn)定性。(2)橋面沒有欄桿，不安全。(3)可以在每側(cè)兩根長方體橋柱之間增加拱形結(jié)構(gòu)，增強橋面的承重能力。感悟新知測試要求1.在橋中間放置重物，要求放上后至少保持5s，紙橋不塌落，記下紙橋承重；2.每組可嘗試3次，取最高成績。感悟新