1.2 稳固结构的探析 &1.3 结构与强度及结构与功能 课件-2022-2023学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》

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1.2 稳固结构的探析结构与设计1.3 结构与强度及结构与功能思考 请观察下面两种砖头堆法哪一种会垒的更高，并谈谈其缘由。为什么广告牌东倒西歪？　　摩托车、三轮车翻到？物体受到外力作用，原有的平衡状态被打破而出现的不稳定现象。结构的稳定性(Stability)： 是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性质之一。1.结构与稳定性马上行动　 重力风力说明下列物体有可能因受哪些力的作用而出现不稳定现象，并根据你的生活经验，简要说明原因？重心偏高，风太大马上行动　说明下列物体有可能因受哪些力的作用而出现不稳定现象，并根据你的生活经验，简要说明原因？重力碰撞底座不够重，重心偏高。马上行动　说明下列物体有可能因受哪些力的作用而出现不稳定现象，并根据你的生活经验，简要说明原因？重力碰撞与地面接触所形成的支撑面较小，重心偏高。结构的稳定性与什么因素有关？想一想：影响结构稳定性的主要因素不倒翁为何不倒呢？重心低独脚茶几为何能稳定？茶几高度设计比较低；底座采用较重的材料；台面采用比底座轻的材料。重心低影响结构稳定性的主要因素为何比萨斜塔出现倾斜后没有立刻倒掉呢？塔体重心的垂点位于塔的底座范围内。影响结构稳定性的主要因素 辽宁瑞州古塔，现存塔身高10米，塔身向东北方向倾斜12度，塔尖水平位移1.7米。该塔建成之后虽几经地震与洪水破坏，却始终斜而不倒，堪称奇迹。 小资料：中国的斜塔因素一：结构的重心重心越低，稳定性越好；重心越高，稳定性越差。重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，就是稳定的，不会出现倾倒。影响结构稳定性的主要因素高塔为什么一般上面很小，下端面积很大？把啤酒瓶（矿泉水瓶）倒立为什么容易到？影响结构稳定性的主要因素结构与地面接触所形成的支撑面的大小。支撑面越大越稳定，越小越不稳定。因素二：结构的底座影响结构稳定性的主要因素为什么大坝的横截面总是建成梯形的？ 为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？照相机、摄像机为什么用三角架支撑而不用四角架？五角架……？屏风隔断为什么通常都摆成Z字型，而不摆成一字型？影响结构稳定性的主要因素结构的形状不同，其稳定性也不同。两条腿的板凳能稳定吗？有三条腿，但在同一直线上能稳定吗？因素三：结构的形状影响结构稳定性的主要因素案例分析单脚支撑支撑脚与地面的接触点A与前、后轮与地面的接触点B、C构成三点支撑，在地面形成△ABC。静态的自行车是如何保持稳定的？自行车的重心能否落在△ABC内取决于单脚支撑架的倾斜度。在一定范围内，支撑架与地面的夹角越小（自行车的车身越斜），△ABC的面积越大，自行车的重心越容易落在三角形内，稳定性越好。影响结构稳定性的主要因素马上行动　电动自行车常见的一种支撑形式如图，请分析：支撑点与地面构成的几何形状前、后轮的受力重心位置稳定情况三角形稳定重心落在两支撑点与前轮与地面的接触点构成的三角形中前轮着地，后轮不受力影响结构稳定性的主要因素生活中我们有这样的经验，一个物体要有三个支撑点才能稳定，如果只有两个就会倒下。但是我们也看到过这样的现象：影响结构稳定性的主要因素静止时倾倒高速旋转立起来物体在运动状态中和在静止状态中稳定条件是不同的。影响结构稳定性的主要因素探究自行车在骑动时，只有两个支撑点，却不会倒下的原因？一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。车轮转的越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。另外，人在反复练习后，掌握了随时平衡车体平稳的能力也是一个比较重要的原因。影响结构稳定性的主要因素结构的稳定性在日常生活中有着广泛的应用，一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面又利用不稳定的结构实现某些功能。例如：地震多发地区，人们利用倒置的啤酒瓶来预报地震。影响结构稳定性的主要因素推拉式防盗门/窗思 考这些建筑只是因为缺乏稳定性吗？如果一个体重200斤左右的人坐在儿童小板凳上，还用力摇晃，会发生什么现象？板凳坏人跌倒2.结构与强度结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。 以上两例属于物体的结构强度不够（抵抗不住外力的破坏）稳定性是物体保持平衡状态的能力，强度是结构不被外力破坏的能力。强度与稳定性的联系与区别一、关于结构强度的概念 内力：当物体受到外力作用时,内部各质点之间的相互作用发生改变,产生一种抵抗外力与形变的力. 应力：构件单位横截面积上产生的内力.公式： 当应力达到某一极限值时（容许应力）,结构就会遭到破坏。σ读做“西格玛”【中文名】：σ【外文名】：sigma【属 于】：希腊字母【汉语译音】：为“西格玛马上行动根据你的生活经验填写下表。脆性塑料易断中间有焊接缝的钢管易坏不同材料的抗拉性能不同构件的连接方式不同影响结构强度的主要因素2.使用的材料1.结构的形状3.构件之间的连接方式影响结构强度的主要因素1.结构的形状 三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳定，所用材料最少。 影响结构强度的主要因素在长方形或六边形的框架中间，加上支撑构件，构成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。 1.结构的形状小试验试验目的：测试不同截面形状的构件做成的悬梁的强度试验准备：剪贴周长相同、截面分别为三角形、圆形、正方形纸筒各一个，重物若干。试验过程： 1、分别将不同形状的纸筒的一端固定在桌子上，形成悬梁结构。2、分别在不同形状的纸筒的另一端悬挂相同质量的重物，并依次不断加相同质量的重物，观察结果影响结构强度的主要因素影响结构强度的主要因素 相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。1.结构的形状影响结构强度的主要因素“拱形结构”的历史起源生活在中生代的巨型爬行动物恐龙，身长约20m，身高4～8m，体重达30～40t。这么一个庞然大物要走动觅食，生存下去，四肢必须承受相当大的负荷。如果恐龙不具备合理的力学结构，诺大的身躯就会被压塌。专家们发现，恐龙巨大的身躯、长颈和粗长尾巴的重心在腰部，整个身体的上部犹如一座拱桥。从力学角度看，它的确是一种承受巨大负荷的理想结构造型，这便是建筑史上的“拱形结构”的历史渊源。结构的强度与材料有关VS影响结构强度的主要因素2.结构的材料影响结构强度的主要因素目前很多桥梁都是使用的钢筋混凝土结构，它的好处是什么？一个坚固的梁的材料必须具有好的抗拉力、压力、剪切力和扭曲力的性能。混凝土梁含有加固钢筋，混凝土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力，它们共同形成了非常牢固的结构。影响结构强度的主要因素是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。不同的材料有不同的连接方式。连接方式不同，结构的强度也不同。铰连接刚连接3.结构的连接按构件之间能否移动及转动分：影响结构强度的主要因素铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。3.结构的连接影响结构强度的主要因素刚连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。3.结构的连接焊接练习：在自行车各部件之间的连接中 刹车连杆之间属于_____连接；铰练习：在自行车各部件之间的连接中 辐条与钢圈之间属于______连接刚练习：在自行车各部件之间的连接中 三角架属于_____连接；刚影响结构强度的主要因素比较图中同一结构的几种连接方式，分析哪种连接方式的强度最大，哪种连接方式的强度最小。榫接 强度较大 结构最稳定 结构对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导致功能的改变。2.结构与功能多功能削皮器瑞士军刀多功能起子课堂小结一、结构的稳定性 影响结构稳定性的三个因素：重心位置、支撑面积的大小和结构的形状二、结构的强度 影响结构强度的三因素：结构的形状、结构的材料与连接方式三、结构与功能【例1】　(2016·10月浙江选考)如图所示为钢筋混凝土横梁的受力变形示意图。由于混凝土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力，为了合理利用钢筋，下列对横梁的分析正确的是(　　)A.上部弯曲的程度比下部大，应在上部布置粗钢筋，下部布置细钢筋B.上下部都弯曲，应在上部和下部布置相同的钢筋C.上部受压,下部受拉,应在上部布置细钢筋,下部布置粗钢筋D.上部受拉,下部受压,应在上部布置粗钢筋,下部布置细钢筋答案　C4、如图所示为一款机械手。在力F作用下，拉杆通过连杆带动夹持手绕着销轴转动，将工件夹紧。连杆和夹持手的主要受力形式是(　　)A.连杆受拉、夹持手受弯曲B.连杆受压、夹持手受压C.连杆受压、夹持手受弯曲D.连杆受弯曲、夹持手受弯曲C　[本题考查的是受力形式分析。对于夹持手来说，以中间的销轴为支撑点，连杆和工件对它施加了同一方向的力，所以是受弯曲；对于连杆来说，两头的销轴所施加的力主要是向中间的，所以连杆是受压。][变式2]　(2017·4月衢丽湖舟联考)如图所示为我国传统木工工艺中的一种榫接结构。已知构件的横截面尺寸均为100 mm× 100 mm，以下关于构件2的结构方案中合理的是(　　)答案　B【例2】　如图所示是一款创意三轮车葡萄酒瓶架。若要提高它的稳定性，有效的改进措施是(　　)A.增加瓶筐材料的直径B.缩短前后轮的距离C.增大两后轮的直径D.增大两后轮的间距答案　D[变式1]　(2017·4月绍兴一模)如图是脚踏式垃圾桶内部杠杆示意图，脚踩在踏杆A点通过中间的支点作用，使得C点向上运动，从而使连杆BC打开垃圾桶盖。在打开垃圾桶盖时，下列对杆件主要受力形式分析中正确的是(　　)A.踏杆AC受弯曲，连杆BC受拉B.踏杆AC受压，连杆BC受弯曲C.踏杆AC受弯曲，连杆BC受压D.踏杆AC受压，连杆BC受拉答案　C[变式5]　小刘家的长木凳凳脚与凳板间的连接处出现了松动，以下加固方法中，既美观又有效的是(　　)解析　本题考查简单结构的设计。选项A、D在凳子侧面用铁钉固定木条的方法欠缺美观，而B、C相对较好；另外凳脚与凳板间松动用一根铁钉加固强度不够，连接处容易转动，效果不好。选项C的榫接效果较好。 答案　C楔（xie）：填充器物的空隙使其牢固的木片、木钉等[变式3]　(2017·4月浙江选考)如图所示是一种手动冲压机，扳动手柄，通过连杆带动压杆运动。下列关于该冲压机的分析中，正确的是(　　)A.压杆只能上下移动，不能转动，压杆与机座之间的连接属于刚连接B.冲压时连杆受压C.冲压机重心的垂线偏离支撑面中心，提高了冲压时的稳定性D.手柄上施加力F时，压杆向上运动答案　C经典结构的欣赏最有代表性的八大中国民居建筑1、永定土楼 永定土楼由客家人所建，是客家文化的象征，以分布广、数量多、品类丰富、保存完好而著称。福建土楼的造型、装饰和建造工艺世所罕见，永定县高头乡高北村的承启楼是福建土楼的代表，已被列人世界文化遗产名录。 地址：福建省龙岩市永定县 2、 南靖土楼 南靖土楼遍布漳州市下面几个县的土楼，因其造型奇特、设计巧妙、规模宏大而被誉为“神话般的山区建筑”。成千上万的南靖土楼堪称“土楼王国”，在这里，最高的和贵楼、最大的顺裕楼、保存最完好的怀远楼等都是值得一看的土楼代表。地址：福建省漳州市南靖县书洋镇 3、千户苗寨 西江千户苗寨是由十余个依山而建的自然村寨相连成片，中国最大的苗族聚居村寨。苗族“原始生态”文化在这里完整地保存着，千户苗寨洒落在群山之间，夜晚万家灯火，更是雄伟壮观。这里就像是一个露天博物馆一样，了解苗族历史和文化，体验少数民族风情的必来之地。 地址：贵州省黔东南苗族侗族自治州雷山县东北部 4、开平碉楼 开平碉楼，是中国乡土建筑的一个特殊类型，是中国劳动人民智慧与创新的结晶。开平碉楼的独特之处在于不同风格不同宗教以及中西方的建筑元素在这里和谐的融合。著名的电影《让子弹飞》也在这里取景过，开平碉楼已被列为世界文化遗产。地址：广东省江门开平市五五五县道 5、 哈尼族村落 哈尼村落建于崇山峻岭中，巧妙和谐地融入大自然中的森林、江河、梯田之中，隐秘于大自然中的古村落藏着哈尼人的故事，哈尼人就在这幅员广袤的土地上勤劳耕耘，开凿出了世界闻名的、壮美的梯田。这里被评为中国最美六大古村落之一。 地址：云南元阳开远市红河大羊街乡哀牢山哈尼村落 6、王家大院 王家大院是清代民居建筑的集大成者，总面积达25万平方米以上，比占地15万平方米的北京皇家故宫庞大。装饰精微、构思巧妙，散发出封建时代豪门大家的雄壮气魄。这里也是国内数十部影视拍摄基地。地址：山西省灵石县静升镇 7、 宏村 宏村以徽派建筑为特色的村落，位于黟县城西北角，地势高，经常浓墨重彩，如同一幅秀丽的水墨画，被誉为“中国画里乡村”。该村始建于北宋，距今已近千年历史，古村落人独创“仿生学”之先河，形成了“中华一绝”的牛形村落和人工水系，被称为“建筑史上一大奇 观”。地址：安徽省黄山市黟县宏村 8、 傣族竹楼 傣族竹楼是一种干栏式住宅，住宅用竹子建造，留有高脚栏干，分上下两层，故称竹楼，楼上住人，楼下堆放什物和关家畜、家禽。傣族竹楼是傣族人智慧的结晶，是克服艰难生活条件的乐观和智慧的表现，也是中国特色民居的代表。 地址：云南西双版纳 　优秀的结构设计不仅表现在结构的实用功能上，也表现在形式上，特别是功能与形式的统一上。古今中外许多能工巧匠把结构的功能与形式恰当地结合起来，形成了一些经典的结构。 赏析结构设计作品，可从技术与文化两个角度进行。