常见结构的认识教案

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[教学课题]常见结构的认识

[教学目的]了解结构的含义，从力学的角度理解结构的概念和一般分类，能结合1-2种简单的结构案例，分析结构是如何承受力的，理解结构的类型。

[教学重点]结构与力，结构的类型

[教学难点]结合案例分析

[教学过程]

一、无处不在的结构：

[引入新课]放映蜂窝、蜘蛛网、大树、动物的身体与器官等结构图。

引导学生观察结构图。

引导学生分析蜂窝的结构。这种结构的优点在哪里？

[归纳结构概念]：结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。

（一）、自然界事物结构

[阅读案例]：苍耳子与尼龙搭扣;

[学生思考]鲁班发明锯子

从传说中可以看出，鲁班所以会想到制造锯子来锯大树，主要是因为他从丝茅草划破他的手指这件事中得到了启发。既然象丝茅草这样较薄脆弱的小草，由于两边有许多小细齿，就那样锋利，能轻易地把人的手指划开一条口子，那末，如果将铁片的边上也刻成许多小细齿，自然会更加锋利，可以用来更快地伐倒大树了。很显然，从思维的推论过程来说，鲁班就是根据丝茅草与铁片的共同点的类比，再由丝茅草因有小细齿而更加锋利的事实推出结论：如果铁片边上刻上细齿，也将会更加锋利。很据这样的推理，鲁班发明了锯子。

从鲁班发明锯子的传说来看，鲁班在发明锯子的过程中，主要是运用了类比推理这种推理形式。

[关键]只要你平时多留意，常带一支笔一张纸在身上，把看到、想到和遇到的问题即刻记录下来，课后再动脑筋，找灵感，实现你的这些想法，如果这些问题都解决了，那你的发明不就出来了吗？

[阅读案例]:鸟与飞机;

鹰眼与导弹跟踪系统。

鹰可以在几千米的高空准确无误地辨别地面上的动物,这是因为它的眼部结构比较特殊。人类每只眼睛的视网膜上都有一个凹槽,叫做中央凹。而老鹰眼中的中央凹却有两个,这两个中央凹的作用不同,其中一个专门用于接收来自鹰头侧面物体的像,另一个用于接收来自鹰头前方物体的像。这样,老鹰的视觉范围就宽多了,能兼顾前方和侧面。根据鹰眼的结构,人们正在研制“鹰眼”导弹系统。这种导弹系统能自动寻找、识别目标并跟踪攻击。

[进一步拓展]：除了根据鹰眼的结构,人们正在研制“鹰眼”导弹系统以外，你还受到哪些启发？

如果在人类的视网膜上象鹰一样有两个凹槽，世界将会如何变化？

将来运用技术手段在人的视网膜造出两个凹槽,有这种可能吗？

看来我们人类好多地方不如动物,不能象鸟一样在空中自由飞翔,不能象鱼一样在水中欢快游荡,奔跑速度不如狗，打斗力气不如虎。人类凭什么能成为动物界的统治者呢?—超人

启发学生回答：凭大脑,凭学习,人类把几千年知识在几年十几年中继承过来并在原来的基础上进行创新，现在进入知识经济时代，人类知识总量几年就要翻一番。

教育学生：人与人之间有竞争,而且可能很激烈，能否立于不败之地,在于不断学习。

[学生思考]：生产生活中还有哪些产品的结构是受到自然界事物结构的启发而产生的？

乌贼游得很快，是因为它的腕的基部中央有口，水从开口流入，在躯体的收缩下，形成强有力的水流。当水流从漏头喷出时，乌贼便依此前进。

蚂蚁的力量非凡的嘴巴给了科学家们发明推进体系的微型机器人的灵感，美国伊利诺大学香槟分校的生态学家兼昆虫学家安德鲁•苏雷兹他告诉《生命科学》杂志：“如用于营救工作的机器人。”

[启发学生回答]：通过对自然界中形形色色的结构的分析和研究,给了人们无限的创造灵感和启示。人们将其成果应用到技术领域,更好地服务于人类。

（二）、技术领域中的结构

[阅读案例]:羊毛衣，潜水艇……。

魁北克大桥的坍塌。

[学生思考]：大桥坍塌的原因是什么？

擅自改变桥的结构。1907年，加拿大魁北克附近的圣劳伦斯河上落成了全球最长的拱桥。该桥采用了比较新颖的悬臂构造，这样的结构非常流行。尽管只比苏格兰爱丁堡福斯河上非常成功的悬臂大桥稍长一点，但魁北克大桥存在设计问题，还未完工就坍塌了。

目前，钢索斜拉桥的技术应用已经达到了极限，远远超乎了设计者们最初的想象。斜拉构造的普遍成功让这种桥型几乎无处不在。于是，桥面长度的日益增长已经步入了曾导致事故的做法后尘。钢索斜拉桥重大事故是否会很快出现，还是会出现在历史提示的2030年，这并不取决于计算机分析，而是取决于桥梁工程师是否了解过去的历史，并下定决心避免事故的重演。

（三）、社会领域中的结构

一篇文章的内容结构影响文章的表达与质量,一家企业的人员结构关乎企业的运行与效率。

[学生思考]：请分别列举自然界、技术领域、社会领域给你印象较深的有关结构的事例？

二、结构与力

从力学角度来说,结构是指可承受一定力的架构形态,它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。

[分析]自行车的受力情况

[讲解]应力概念。

当一个结构受到外力作用时,内部各质点之间的相互作用会发生改变,产生一种抵抗的力,称为内力。应力达到某一极限值时,结构就会遭到破坏。用公式表示应力为σ=F/s,其中,F是内力,S是受力面积,σ是应力。

[讲解]构件的基本受力形式：拉力、压力、剪切力、扭转力和弯曲力。

[案例分析]：人坐在椅子上,椅面受到的力；行人和车辆通行的桥面受到的力。

[学生概括]五种基本受力形式：

拉力物体所承受的拉拽力

压力挤压物体的力

剪切力两个距离很近,大小相等,方向相反,且作用于同一物体上的平行力

扭转力反方向向物体两端均匀施力,使物体发生扭转形变的力

弯曲力作用于物体,使它产生弯曲的力

[分析案例]学习椅面、简易桥梁的受力,分析结构是如何承受力的。

[展示]一些采用架、梁、拱结构的建筑物的图片。

[试验]指导学生做“纸板承受压力试验”：

比较不同形状的纸板承受压力的大小。

试验准备、试验过程（略）

回答问题：

1.哪种情况下纸板的抗压能力最强?

2.举例说明这一结论在实际应用中有什么意义。

3.如果把纸板折成瓦楞状,试验结果会发生什么变化?

[探究]：观察右图,说明石磨的推杆为什么要用一根绳子吊起来。

进一步挖掘：石磨在推动过程中，绳子在空间的轨迹是一个什么图形？

三、结构的类型：

1实体结构：实心结构

受力特点：外力分布在整个体积中

实体结构可以连续传递载荷，适于承受压力。

案例分析实心墙等

2框架结构：细长的构件

受力特点：支撑空间而不充满空间

框架结构是由杆件或板件连接而成的，构件可以是空心，也可以是实心；可以是平面框架，也可以是空间框架。由于这种结构用料少，可以承受多种载荷，因此用得很广泛。

案例分析竹排

3壳体结构：层状结构

受力特点：外力作用在结构体的表面上

壳体结构是用薄壁壳状构件来替代空间框架而形成的一种空间结构。由于它可以将作用在其上的集中横向载荷分散为沿壳体的压力。因此在场馆建设中用得很多。

[案例分析]：头盔，汽车外壳等

[学生讨论]：进入工地时总是被要求戴上安全帽，为什么？

[案例分析]埃菲尔铁塔

[课后作业]：p011练习1、2题