第一单元 常见结构的认识

1、 四个主题都是专题性技术设计四个主题都是专题性技术设计, , 它们具有典型意它们具有典型意义义, , 并与技术的发展密切相关联。学习这些技术与设并与技术的发展密切相关联。学习这些技术与设计的基本思想和基本方法计的基本思想和基本方法, , 将使我们终身受益。将使我们终身受益。控制与设计控制与设计技术与设计技术与设计2结构与设计结构与设计流程与设计流程与设计系统与设计系统与设计一、常见结构的认识第一单元 结构与设计二、稳定结构的探析三、简单结构的制作四、经典结构的欣赏一、常见结构的认识 在自然界，相同的物质，不同的结构，在自然界，相同的物质，不同的结构，表现出不同特性的现象处处可见。表现出不同特性

2、的现象处处可见。1 1 、无处不在的结构、无处不在的结构 （1 1）自然界的结构现象）自然界的结构现象l每个蜂房呈大小相等的六棱柱体。l使用最少的蜂蜡制作尽可能宽敞的空间。l这些蜂巢组成底盘的菱形的所有钝角都是109度28分，所有的锐角都是70度32分。制成最大的菱形容器正是这个角度。蜘蛛网蜘蛛网:任意两个节点都能找到一条可通过的路径任意两个节点都能找到一条可通过的路径 虽然贝壳的主要成分是碳酸钙，但贝壳分泌的珍珠母，能实现“混凝土-砖头”结合一样的功效。 而且贝壳的形状，在抵御压力上是显著的。结构结构（structure）是指事物的各个组成）是指事物的各个组成部分之间有序的部分之间有序的搭配

3、和排列搭配和排列。世界上任。世界上任何物体都存在结构何物体都存在结构,结构多种多样且决定结构多种多样且决定着事物存在的性质。着事物存在的性质。 形形色色的结构给了人们无限的创造灵感和启示，通过对自然界中结构的分析和研究，人们将其成果应用到技术领域，更好地服务人类。大自然是最完美的设计师 人们仿蜂巢构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。 案例案例1 根据苍耳子的结构，发明了简单实用的尼根据苍耳子的结构，发明了简单实用的尼龙搭扣用以代替纽扣、拉链等。龙搭扣用以代替纽扣、拉链等。案例2 人类飞翔的梦想源于展翅高飞的人

4、类飞翔的梦想源于展翅高飞的鸟，鸟因为有它自由流畅的体形和翅鸟，鸟因为有它自由流畅的体形和翅膀结构膀结构. . 飞机原型源于飞鸟形体结构的仿生。飞机原型源于飞鸟形体结构的仿生。鸟与飞机鹰眼鹰眼与导弹跟踪系统与导弹跟踪系统“鹰眼”导弹系统能自动寻找、识别、跟踪、打击目标。（2）在技术领域，产品的结构更是丰富多彩。（一把锤子、一辆汽车、一座桥、一幢房子都具有特定的结构）（3 3）在社会领域）在社会领域-也普遍存在着结构现象也普遍存在着结构现象u一篇文章的内容结构;u一家企业的人员结构人员结构; ;u班级结构 同样是六个字- “这个人表现好” “这个人好表现” 一褒一贬； -排序不同，结构就不同，性质

5、也就不同。结构影响事物的性质和功能结构影响事物的性质和功能魁魁北北克克大大桥桥 1907年，加拿大魁北克大桥的坍塌，被列为20世纪十大技术失误之一。 启示：启示：结构影响设计的性质和功能，结构影响设计的性质和功能，在技术领域，结构方面存在的小问题也许就会结构方面存在的小问题也许就会导致重大事故的发生。导致重大事故的发生。 因此，合理的结构是事物存在的基础，卓因此，合理的结构是事物存在的基础，卓越的结构是设计者和制造者的重要追求。越的结构是设计者和制造者的重要追求。分析椅子和桥的共同之处分析椅子和桥的共同之处: 结构定义结构定义：从力学角度力学角度来说，结构指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能

6、引起形状和大小改变的力。2 2、结构与力、结构与力一个较复杂的结构由许多不同的部分组成，一个较复杂的结构由许多不同的部分组成，组成结构的每一个部分称为构件。组成结构的每一个部分称为构件。辐条、辐条、轮胎、轮胎、车圈、车圈、气门气门等构件组成。等构件组成。自行车的车轮由自行车的车轮由 一个设计合理的结构应该能承受外界的各种作用力一个设计合理的结构应该能承受外界的各种作用力,抵抗各抵抗各种变形，因此，我们需要了解作用在结构上的各种力。种变形，因此，我们需要了解作用在结构上的各种力。一个火腿肠，如何在中间截为两段？用工具：空手：空手： （1 1）刀切开 （2 2）剪刀剪开（3 3）掰弯）掰弯 （4

7、4）扭断）扭断 （5 5）拉断）拉断马上行动马上行动: : 请连线请连线阅读案例：魁北克大桥的坍塌。分析大桥坍塌的原因是什么？设计师擅自改变桥的结构。为什么改变桥的结构会造成塌陷呢？ 因为，不合理的结构会使结构或材料所受到的外力超过其承受的极限。不同材料的应力不同，当应力达到某一极限值时，结构就会遭到破坏。【马上行动】填空： 在上图中，吊兰的支撑架承受 ，桥墩承受来自桥面、桥上负载的 ，两端被托住的桥梁受到 。拉力拉力压力压力支撑力支撑力 观察右图观察右图,说明说明 石磨的推杆为石磨的推杆为 什么要用一根什么要用一根 绳子吊起来。绳子吊起来。 探究：探究：1、保持人在推磨过程时推杆始终在平行于

8、地面的平面、保持人在推磨过程时推杆始终在平行于地面的平面上运动；改变了人推磨时的用力方向，只需前推与后拉，上运动；改变了人推磨时的用力方向，只需前推与后拉，使推磨更轻松使推磨更轻松2、防止推杆弯曲变形。可以承载一些推杆的重力、防止推杆弯曲变形。可以承载一些推杆的重力（1）实体结构）实体结构结构体本身是实心的结构结构体本身是实心的结构受力情况：外力分布在整个体积中，如大坝、实心墙、受力情况：外力分布在整个体积中，如大坝、实心墙、实体物实体物3 3、结构的类型、结构的类型（2 2） 框架结构框架结构特点：结构稳定、抗压抗拉特点：结构稳定、抗压抗拉缺点：构件损害对整体有严重影响。缺点：构件损害对整体

9、有严重影响。例子：窗户、画框、房子的结构。例子：窗户、画框、房子的结构。由细长的构件组成的结构由细长的构件组成的结构（3 3） 壳体结构壳体结构壳体结构通常是指层状的结构壳体结构通常是指层状的结构特点：空间大、抗上压，受力均匀特点：空间大、抗上压，受力均匀缺点：制作难度大缺点：制作难度大例子：头盔、汽车、飞机的外壳例子：头盔、汽车、飞机的外壳受力特点：外力作用在结构体的表面上。特别是当顶部受到压受力特点：外力作用在结构体的表面上。特别是当顶部受到压力时，它能将力均匀扩散。力时，它能将力均匀扩散。埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔在实际生活和生产在实际生活和生产中，很多物体的结构是中，很多物体的结构是由两种或

10、两种以上的基由两种或两种以上的基本结构类型组合而成。本结构类型组合而成。国家歌剧院国家歌剧院1.1.结构与稳定性结构与稳定性2.2.结构与强度结构与强度3.3.结构与功能结构与功能二、稳定结构的探析 在日常生活中，我们时常会看到翻到在地的物体。在日常生活中，我们时常会看到翻到在地的物体。是什么原因出现了图上所示的现象？是什么原因出现了图上所示的现象？什么样的结构是稳定的，什么样的结构又是不稳定的？什么样的结构是稳定的，什么样的结构又是不稳定的？结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。结构的稳定性与什么因素有关？结构的稳定性与什么因素有关？想一想：想一想：1 1、结构的稳定性、结构的稳定性

11、如果在它脖子上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？如果在它脖子上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？探究一：不倒翁为什么不倒？ 结构的稳定性与重心位置有关。物体重心越低，越稳定。结构的稳定性与重心位置有关。物体重心越低，越稳定。 不倒翁的重心很低，就在它与地面的接触点上，所以不倒，如果往它的脖子挂上铁环，它的重心位置升高了，当铁环达到一定数量时，不倒翁就不再是不倒翁了。 比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂线落比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂线落在塔的底面的范围内。当塔倾斜到一定程度，重心的在塔的底面的范围内。当塔倾斜到一定程度，重心的垂线不再落在塔的底面时，塔就会倾倒。垂线不再落在塔的底

12、面时，塔就会倾倒。结构重心的位结构重心的位置：置：结构重心结构重心所在点的垂线所在点的垂线是否落在结构是否落在结构底面的范围内，底面的范围内，落在就是稳定落在就是稳定的，没有就是的，没有就是不稳定的。不稳定的。为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？ 这是为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面这是为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳定性。积，增加稳定性。注意：注意：支撑面支撑面接触面。接触面。接触面接触面: :是物体与地面接触形成的面。支撑面支撑面: :是物体与地面接触形成支撑点的连线与地面构成的面。探究二：结构与地面接触所形成的支撑面的大小

13、影响结构的稳定性。结构与地面接触所形成的支撑面的大小影响结构的稳定性。接触面接触面支撑面支撑面探究三：怎样让一本书更好地直立在桌面上？ 结构或构件的形状影响其稳定性。结构或构件的形状影响其稳定性。 将它的下端各将它的下端各书页展开一定的角书页展开一定的角度，仍旧将它直立度，仍旧将它直立在桌面上，它就能在桌面上，它就能很好的挺立住。很好的挺立住。 A字形梯为什么载人时能够保持稳定？如果没有梯子中间的横梁将会怎么样？ 一方面，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形，梯子本身就能站得稳。当连接两个梯面的横杆拉直时，两个梯面的上半部分就与横杆构成了稳定的三角形，这就进一步加强了梯子的稳定性，保证梯子能承

14、受人体的压力。链接生活现象：主要从梯子的形状，梯子的重心两方面分析 如果没有梯子中间的横梁，梯子的支撑角与地面的位置不能固定，梯子的支撑角与地面的摩擦力不够大时，由于两梯腿是用铰链连接的，当人站在梯子上时，两梯脚会向外滑动，梯子的结构会被破坏。影响结构稳定性的主要因素： 1、重心位置的高低2、结构与地面接触所形成的支撑面的大小3、结构的形状 知识拓展 结构的稳定性在日常生活中有着广泛的运用，在很多时候我们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面有时也利用不稳定来为我们生活提供便利。例如：例如：1、用倒置的啤酒瓶预报地震、用倒置的啤酒瓶预报地震2、在水桶的一边挂上重物打水、在水桶的一边挂上重物

15、打水汶川地震中不倒的最牛小学汶川地震中不倒的最牛小学这跟它建筑这跟它建筑结构的强度结构的强度是有很大的关系的，是有很大的关系的，2.2.结构与强度结构与强度先看一场拔河比赛先看一场拔河比赛还没分出胜负，绳子断了，那么绳子为什么会断呢？还没分出胜负，绳子断了，那么绳子为什么会断呢？什么是结构的强度？什么是结构的强度？ 当外力作用于绳子，绳子内部各质点之间相互作当外力作用于绳子，绳子内部各质点之间相互作用，产生一种抵抗外力与形变的力，称之为用，产生一种抵抗外力与形变的力，称之为内力内力。单位横截面积上所产生的内力，称为单位横截面积上所产生的内力，称为应力应力，可用如，可用如下关系式表示：下关系式表

16、示： =F/s 当应力达到某一极限值时当应力达到某一极限值时, 结构就会遭到破坏，结构就会遭到破坏，当外力达到或超过绳子所受的应力的极限值，绳子当外力达到或超过绳子所受的应力的极限值，绳子就断了。就断了。2 2、结构的强度：、结构的强度：结构所具有的抵抗被外力破坏的能力结构所具有的抵抗被外力破坏的能力 因此要使建筑在地震的强大作用力下，减少因此要使建筑在地震的强大作用力下，减少破坏程度，我们必须增强建筑结构抵抗被外力破破坏程度，我们必须增强建筑结构抵抗被外力破坏的能力，也就是增强建筑结构的强度。坏的能力，也就是增强建筑结构的强度。 而要增强结构的强度，我们就需要了解影响而要增强结构的强度，我们

17、就需要了解影响结构强度的因素主要有哪些。结构强度的因素主要有哪些。你们知道钻石（金刚石）为你们知道钻石（金刚石）为什么有那么高的硬度吗？什么有那么高的硬度吗？金刚石原子呈正四面体金刚石原子呈正四面体空间网状结构分布，形空间网状结构分布，形成无数个小三角形成无数个小三角形结构的形状影响着结构的强度结构的形状影响着结构的强度一个用4根小木条钉成的相框，牢固吗？有什么方法可以使它变牢固？探究 三角形是框架结构中最基本的形状之一三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳定，它结实、稳定，所用材料最少。所用材料最少。 结构的形状影响着结构的强度结构的形状影响着结构的强度 在四边形、六边形构件中，加上

18、三角形支撑件，在四边形、六边形构件中，加上三角形支撑件，就可大大增加构件的牢固程度。就可大大增加构件的牢固程度。各种形状的横截面构件，所承受力的程度是不一样的。各种形状的横截面构件，所承受力的程度是不一样的。结构形状对强度的影响有两点：结构形状对强度的影响有两点：一是结构的外部形状；一是结构的外部形状；二是结构的构件截面形状。二是结构的构件截面形状。 不同材料构成的结构，其强度各不相同。有抗拉力、不同材料构成的结构，其强度各不相同。有抗拉力、压力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同结构不同要压力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同结构不同要求中，选择不同特性的材料。求中，选择不同特性的材料。结构的材料影响结构的强度结构的材料影响结构的强度供高空作用的吊绳压力压力拉力拉力 梁在外力和自身重力的作用下容易受到如图（梁在外力和自身重力的作用下容易受到如图（1 1）所）所示的作用力