實(shí)踐 調(diào)研橋梁建筑中的力平衡（教學(xué)設(shè)計(jì)）-2024-2025學(xué)年度-滬科版物理八年級下冊

實(shí)踐調(diào)研橋梁建筑中的力平衡（教學(xué)設(shè)計(jì)）-2024-2025學(xué)年度-滬科版物理八年級下冊主備人備課成員課程基本信息1.課程名稱：實(shí)踐調(diào)研橋梁建筑中的力平衡

2.教學(xué)年級和班級：八年級（2）班

3.授課時(shí)間：2024年10月18日星期三2課時(shí)

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：2課時(shí)核心素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，通過實(shí)踐操作，讓學(xué)生學(xué)會運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題。

2.增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，鼓勵(lì)學(xué)生在橋梁建筑中嘗試不同的設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)解決問題的能力。

3.提升學(xué)生的合作交流能力，通過小組討論和協(xié)作，讓學(xué)生學(xué)會與他人分享和傾聽。

4.強(qiáng)化學(xué)生的社會責(zé)任感，認(rèn)識到物理學(xué)在工程建筑中的重要性，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)技術(shù)的興趣。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識：八年級學(xué)生對物理學(xué)科已有一定的了解，能夠掌握基本的力學(xué)概念，如重力、摩擦力、平衡力等。他們已經(jīng)接觸過簡單的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如斜面實(shí)驗(yàn)和杠桿原理等，這些知識為本次課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：學(xué)生對橋梁建筑等工程實(shí)踐內(nèi)容通常具有較高的興趣，他們喜歡通過動手實(shí)踐來學(xué)習(xí)新知識。學(xué)生的能力水平參差不齊，部分學(xué)生可能在解決復(fù)雜問題時(shí)顯得較為吃力。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，有的學(xué)生偏好獨(dú)立思考，有的則更傾向于小組合作。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：學(xué)生在理解力平衡原理在實(shí)際應(yīng)用中的復(fù)雜性時(shí)可能會遇到困難，尤其是在設(shè)計(jì)橋梁模型時(shí)，如何將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際操作，保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，學(xué)生可能缺乏一定的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，導(dǎo)致在處理力的合成與分解時(shí)感到困惑。同時(shí)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中可能會遇到材料選擇不當(dāng)或?qū)嶒?yàn)設(shè)備操作不當(dāng)?shù)葐栴}。學(xué)具準(zhǔn)備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時(shí)第一課時(shí)師生互動設(shè)計(jì)二次備課教學(xué)資源-軟硬件資源：筆記本電腦、投影儀、電子白板、力傳感器、測力計(jì)、橋梁模型制作材料（如木條、塑料管等）、計(jì)時(shí)器。

-課程平臺：學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，用于發(fā)布課程資料和在線討論。

-信息化資源：橋梁建筑相關(guān)的教學(xué)視頻、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件、力學(xué)計(jì)算工具。

-教學(xué)手段：實(shí)物演示、小組討論、實(shí)驗(yàn)操作、角色扮演、問題解決活動。教學(xué)過程設(shè)計(jì)**一、導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘**）

-創(chuàng)設(shè)情境：展示一幅橋梁圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考橋梁的構(gòu)造原理。

-提出問題：提問學(xué)生如何確保橋梁的穩(wěn)定性，激發(fā)學(xué)生對力平衡的好奇心。

-活動設(shè)計(jì)：讓學(xué)生分組討論，提出他們認(rèn)為的橋梁穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。

-用時(shí)：5分鐘

**二、講授新課（20分鐘**）

-介紹橋梁建筑中的力學(xué)原理，講解力平衡的概念。

-通過動畫演示力的作用，展示力的合成與分解。

-結(jié)合實(shí)例，如杠桿原理、斜面原理等，說明力平衡在實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

-引導(dǎo)學(xué)生理解橋梁結(jié)構(gòu)中力的傳遞和分配。

-活動設(shè)計(jì)：讓學(xué)生嘗試用杠桿原理設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的橋梁模型。

-用時(shí)：20分鐘

**三、師生互動環(huán)節(jié)（15分鐘**）

-提問：針對導(dǎo)入環(huán)節(jié)中的問題，引導(dǎo)學(xué)生討論和回答。

-活動設(shè)計(jì)：小組競賽，每個(gè)小組設(shè)計(jì)并展示自己的橋梁模型，討論模型中如何實(shí)現(xiàn)力平衡。

-橋梁模型制作：學(xué)生在老師的指導(dǎo)下開始制作橋梁模型。

-指導(dǎo)學(xué)生使用測力計(jì)和計(jì)時(shí)器，進(jìn)行力的測量和時(shí)間的記錄。

-用時(shí)：15分鐘

**四、鞏固練習(xí)（10分鐘**）

-活動設(shè)計(jì)：發(fā)放力平衡練習(xí)題，讓學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。

-針對練習(xí)題進(jìn)行講解，強(qiáng)調(diào)力平衡在實(shí)際應(yīng)用中的重要性。

-鼓勵(lì)學(xué)生提出問題，解決練習(xí)中出現(xiàn)的問題。

-用時(shí)：10分鐘

**五、課堂提問（5分鐘**）

-提出開放性問題，如“如何在設(shè)計(jì)中避免橋梁結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)力失衡？”

-引導(dǎo)學(xué)生從力學(xué)原理和實(shí)際應(yīng)用角度進(jìn)行分析。

-讓學(xué)生分享自己的觀點(diǎn)和設(shè)計(jì)方案。

-用時(shí)：5分鐘

**六、總結(jié)與拓展（5分鐘**）

-總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容和知識點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)力平衡在橋梁建筑中的重要性。

-拓展活動：布置課后作業(yè)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)更具挑戰(zhàn)性的橋梁模型，并分析其中的力平衡問題。

-用時(shí)：5分鐘

**總計(jì)用時(shí)：45分鐘**教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-橋梁的歷史與類型介紹：提供關(guān)于橋梁歷史發(fā)展的資料，包括古代橋梁、現(xiàn)代橋梁的類型和特點(diǎn)，以及不同材料的橋梁結(jié)構(gòu)。

-力學(xué)原理在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用：收集力學(xué)原理在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例，如懸索橋、拱橋、梁橋等不同類型的力學(xué)分析。

-橋梁工程的實(shí)際案例研究：提供國內(nèi)外知名橋梁工程的實(shí)際案例，如金門大橋、悉尼海港大橋等，分析其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇和力平衡問題。

-虛擬仿真實(shí)驗(yàn)：尋找虛擬仿真軟件或在線平臺，允許學(xué)生通過虛擬環(huán)境進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)分析實(shí)驗(yàn)。

-科普讀物：推薦適合八年級學(xué)生的科普讀物，如《橋梁的智慧》、《建筑力學(xué)探秘》等，以增強(qiáng)學(xué)生的興趣和知識拓展。

2.拓展建議：

-鼓勵(lì)學(xué)生參與橋梁模型設(shè)計(jì)比賽，通過實(shí)際操作加深對力平衡原理的理解。

-引導(dǎo)學(xué)生查閱圖書館或網(wǎng)絡(luò)資料，了解不同類型橋梁的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

-組織學(xué)生參觀附近的橋梁或建筑工地，實(shí)地觀察橋梁的結(jié)構(gòu)和受力情況。

-開展小組研究項(xiàng)目，讓學(xué)生選擇一個(gè)特定的橋梁案例，進(jìn)行深入研究和分析。

-利用課外時(shí)間，讓學(xué)生通過在線課程或工作坊學(xué)習(xí)更多的橋梁設(shè)計(jì)和力學(xué)知識。

-鼓勵(lì)學(xué)生參加科學(xué)展覽或講座，拓寬視野，了解橋梁建筑領(lǐng)域的最新發(fā)展。

-設(shè)計(jì)家庭作業(yè)，要求學(xué)生與家人討論橋梁建筑中的力學(xué)問題，增進(jìn)家庭間的學(xué)習(xí)互動。

-提供相關(guān)網(wǎng)站和在線資源的清單，如橋梁工程相關(guān)的教育平臺，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)使用。課后作業(yè)1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題：

設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證杠桿原理中的力矩平衡條件。要求描述實(shí)驗(yàn)步驟、所需材料、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論。

答案示例：

實(shí)驗(yàn)步驟：

a.準(zhǔn)備一根木棍作為杠桿，兩端分別放置重物。

b.調(diào)整重物的位置，使杠桿保持水平平衡。

c.記錄兩端的力F1和F2以及力臂L1和L2。

d.計(jì)算力矩M1（F1×L1）和M2（F2×L2）。

e.比較M1和M2的大小，分析力矩平衡條件。

2.橋梁設(shè)計(jì)題：

設(shè)計(jì)一座簡易的橋梁模型，要求橋梁能夠承受一定的重量，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。請描述設(shè)計(jì)思路和計(jì)算過程。

答案示例：

設(shè)計(jì)思路：

a.選擇合適的材料，如木棍、塑料管等。

b.設(shè)計(jì)橋梁的基本結(jié)構(gòu)，如梁橋、拱橋等。

c.計(jì)算橋梁所需承受的最大重量。

d.根據(jù)重量分配和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，確定梁的長度和寬度。

3.力平衡計(jì)算題：

一個(gè)物體放在水平面上，受到三個(gè)力的作用，分別為F1=10N，F(xiàn)2=15N，F(xiàn)3=20N，且三個(gè)力的方向互成120°。求物體所受的合力以及合力作用點(diǎn)的位置。

答案示例：

a.計(jì)算合力F：F=√(F12+F22+F32+2F1F2cos120°+2F1F3cos120°+2F2F3cos120°)

F=√(102+152+202+2×10×15×(-0.5)+2×10×20×(-0.5)+2×15×20×(-0.5))

F=√(100+225+400-150-200-300)

F=√25

F=5N

b.合力作用點(diǎn)位置：通過力的分解和合成，確定合力作用點(diǎn)的位置。

4.橋梁結(jié)構(gòu)分析題：

分析一座橋梁結(jié)構(gòu)，包括其材料、受力情況和穩(wěn)定性。要求描述橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并解釋其穩(wěn)定性原因。

答案示例：

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

a.材料選擇：橋梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有較高的強(qiáng)度和耐久性。

b.受力情況：橋梁承受車輛、行人等荷載，需要確保其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

c.穩(wěn)定性原因：橋梁采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如梁、板、柱等構(gòu)件的合理布置，以及合理的材料選擇，確保橋梁在受力時(shí)保持穩(wěn)定。

5.橋梁工程問題解決題：

在橋梁工程中，如何解決以下問題：1）如何減小橋梁在高溫天氣下的熱膨脹應(yīng)力？2）如何提高橋梁在地震作用下的抗震性能？

答案示例：

1）減小橋梁在高溫天氣下的熱膨脹應(yīng)力：

a.采用膨脹系數(shù)較小的材料，如高強(qiáng)鋼材。

b.在橋梁設(shè)計(jì)中預(yù)留一定的伸縮縫，以適應(yīng)溫度變化。

2）提高橋梁在地震作用下的抗震性能：

a.采用高強(qiáng)鋼筋和混凝土，提高結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。

b.采用合理的抗震設(shè)計(jì)，如設(shè)置防震縫、采用抗震連接件等。課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測**課堂小結(jié)：**

1.回顧本節(jié)課的主要知識點(diǎn)，包括力平衡的概念、杠桿原理、橋梁建筑中的力學(xué)應(yīng)用等。

2.強(qiáng)調(diào)力平衡在橋梁建筑中的重要性，以及如何通過設(shè)計(jì)來確保橋梁的穩(wěn)定性和安全性。

3.總結(jié)學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，特別是那些在小組討論和實(shí)驗(yàn)操作中表現(xiàn)出色的同學(xué)。

4.提醒學(xué)生課后復(fù)習(xí)的重要性，鼓勵(lì)他們通過閱讀教材、觀看相關(guān)視頻或參與討論來鞏固所學(xué)知識。

**當(dāng)堂檢測：**

1.**選擇題（5分鐘**）

-下列哪個(gè)選項(xiàng)不是力平衡的條件？

A.作用在物體上的合力為零

B.物體處于靜止?fàn)顟B(tài)

C.物體的加速度為零

D.物體的速度不為零

-橋梁設(shè)計(jì)中，以下哪種材料最適合用于承受重載？

A.玻璃

B.鋼鐵

C.紙張

D.泥土

2.**簡答題（10分鐘**）

-簡述杠桿原理中的力矩平衡條件。

-解釋為什么橋梁的橋梁設(shè)計(jì)中需要考慮力平衡。

3.**實(shí)驗(yàn)報(bào)告（10分鐘**）

-讓學(xué)生根據(jù)本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)，提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、步驟、觀察到的現(xiàn)象和結(jié)論。

4.**設(shè)計(jì)題（10分鐘**）

-設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的橋梁模型，并說明如何確保其在受力時(shí)的穩(wěn)定性。

5.**討論題（5分鐘**）

-討論在橋梁建設(shè)中，如何平衡美觀與實(shí)用性的關(guān)系。板書設(shè)計(jì)①重點(diǎn)知識點(diǎn)：