结构的稳定性

1、 滦南县扒齿港中学滦南县扒齿港中学 杨淑梅杨淑梅第三节 结构与稳定性（1）知识与技能： 理解稳定和结构稳定性的概念。 通过实验分析总结出影响结构稳定性 的主要因素（2）过程与方法： 通过探究、实验、讨论、分析等教学 方 法， 使学生懂得应用相关的理论知识。（3）情感态度价值观： 增强学生对结构稳定性的认识。 培养创新品质，提高审美意识。教学目标教学目标 台风过后的灾害 打破原有的平衡状态出现了不稳定现象。 l暴雪过后的灾害l 打破原有的平衡状态出现了不稳定现象 。 1 1 .结构的稳定性结构的稳定性l 结构的稳定性结构的稳定性(Stability)(Stability)是是指结构在负载的作用指

2、结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。下维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性它是结构的重要性质之一。质之一。l 稳定不是状态绝对不变，而是指受干扰后，允许状稳定不是状态绝对不变，而是指受干扰后，允许状态有所变动，但当干扰消失后，能重新返回到原平态有所变动，但当干扰消失后，能重新返回到原平衡状态，称为衡状态，称为稳定稳定。不能回到原有平衡状态，称为。不能回到原有平衡状态，称为不稳定不稳定。研究结构稳定性的目的之一：是为了研究结构稳定性的目的之一：是为了在技术领域中设计出更加稳定的结构在技术领域中设计出更加稳定的结构P11马上行动重力、风力重力、风力重心偏高、风太大重心偏高、风太大重力

3、、碰撞重力、碰撞重力、碰撞重力、碰撞底座不够重、重心偏高底座不够重、重心偏高与地面接触所形成的支撑面较与地面接触所形成的支撑面较小、重心偏高。小、重心偏高。 看下面的图片说一下哪些事物是稳定的，哪些事物是不稳看下面的图片说一下哪些事物是稳定的，哪些事物是不稳定的？定的？探究实验一：探究实验一：从材料箱中拿出一张纸，动手做一从材料箱中拿出一张纸，动手做一下，如何让一张纸立起来？下，如何让一张纸立起来？2.影响结构稳定性的因素一影响结构稳定性的因素一思考一：为什么屏风能稳定站立？结论一：结构的稳定性与它的几何形状有关。结论一：结构的稳定性与它的几何形状有关。一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组

4、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一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形，梯子本身就能一般情况下，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，保证梯子能承受人体的压力。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。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，保证梯子能承受人体的压力。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。构成了稳定的三角形，这就

5、进一步加强了梯子的稳定性，保证梯子能承受人体的压力。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。思考二：思考二：A字形梯为什么载人时能字形梯为什么载人时能够保持稳定？如果没有梯子中间的够保持稳定？如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？拉杆将会怎么样？一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形，一般情况下，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，保证梯子能承受人体的压力。一

6、步加强了梯子的稳定性，保证梯子能承受人体的压力。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。三角形结构使支架更容易稳定三角形结构使支架更容易稳定结构形状影响稳定性结构形状影响稳定性 思考思考 ：怎样让一本书更好地直立在桌面上？：怎样让一本书更好地直立在桌面上？ 影响结构稳定性的因素二影响结构稳定性的因素二探究实验二：不倒翁为什么不倒？如果在它脖子探究实验二：不倒翁为什么不倒？如果在它脖子上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？研究不倒翁的结构，发现不倒翁的重心很低，就在它与地面的接触研究不倒翁的结构，发现不倒翁的重

7、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，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，不倒翁就不在是不倒翁了。当铁环达到一定数量时，不倒翁就不在是不倒翁了。思考：落地扇为什么不易倾倒？落地扇的底座采用较重的材料，风扇比落地扇的底座采用较重的材料，风扇比底座轻很多，使落地扇的重心降低底座轻很多，使落地扇的重心降低结论二：重心的高低影响结构的结论二：重心的高低影响结构的稳定性。重心越低稳定性。重心越低, ,稳定性越好稳定性越好; ;重心越高重心越高, ,稳定性越差。稳定性越差。生活中采用降低重心的方法来提高结构稳定性

8、的实例 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：中国的斜塔探究实验三：意大利著名的比萨斜塔为什么不倒塌？探究实验三：意大利著名的比萨斜塔为什么不倒塌？结构重心的位置：结构重心所在点的垂线是否落在结构结构重心的位置：结构重心所在点的垂线是否落在结构底面的范围内，落在就是稳定的，没有就是不稳定的。底面的范围内，落在就是稳定的，没有就是不稳定的。注意：支撑面注意：支撑面接触面。接触面。接触面是物体与地面接触形成的面。接触面是物体与地面接触形成的面。支撑面是物体与地面接触形成支撑支撑面是物体与

9、地面接触形成支撑点的连线与地面构成的面。点的连线与地面构成的面。 矿泉水瓶正立与倒立情况下不同的稳定性 ？动手做一做：结论三：支撑面越大越稳定结论三：支撑面越大越稳定生活中有哪些结构的稳定性设计用到这一要素？最后提出是不是支撑面越大越越稳定呢？思考：生活中有哪些结构的稳定性设计用到这一要素？卫星电视接收天线卫星电视接收天线 支撑杆有螺丝固定在大框架上支撑杆有螺丝固定在大框架上鸡蛋的结构稳定吗？鸡蛋的结构稳定吗？有什么方法能使鸡蛋有什么方法能使鸡蛋竖起来？竖起来？木雕圆桌、圆凳 与地接触面积大 摆放稳定探究实验四：大风刮来时，相同形状大小探究实验四：大风刮来时，相同形状大小的石凳子和木凳子哪个稳

10、定性好？的石凳子和木凳子哪个稳定性好？和木凳子哪个稳定性好？结论四：材料也是影响结构稳结论四：材料也是影响结构稳定性的一个因素。定性的一个因素。影响影响结构稳定性的因素结构稳定性的因素：P13P13生活中的事例生活中的事例 观察一下静止状态的单观察一下静止状态的单车如何保持平衡车如何保持平衡? ?P13案例分析案例分析BCA分析：分析：1、双脚支撑，三点形成一个固定三角形，且自行车重心落、双脚支撑，三点形成一个固定三角形，且自行车重心落在该三角形内，所以这种是稳定支撑。在该三角形内，所以这种是稳定支撑。2、单脚支撑，三点形成三角形的形状取决于单脚、单脚支撑，三点形成三角形的形状取决于单脚A位置

11、，而位置，而A点位置由自行车倾斜角度决定，在一定范围内，支撑架与点位置由自行车倾斜角度决定，在一定范围内，支撑架与地面的夹角越小（自行车的车身越斜地面的夹角越小（自行车的车身越斜)，ABC的面积越大，的面积越大，自行车的重心容易落在三角形内，也就越稳定。自行车的重心容易落在三角形内，也就越稳定。P14P14探究探究 自行车骑起来时，只有两个支自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？撑点，为什么不会倒下呢？ 陀螺效应：旋转的物体有保持其旋转方向（旋陀螺效应：旋转的物体有保持其旋转方向（旋转轴的方向）的转轴的方向）的惯性惯性。即凡是高速旋转的物体，。即凡是高速旋转的物体，都有一种使转动轴

12、保持不变的能力，这种能力使都有一种使转动轴保持不变的能力，这种能力使得陀螺即使在不平的支持面上转动也不会倒下。得陀螺即使在不平的支持面上转动也不会倒下。 所以一旦自行车运动起来后，所以一旦自行车运动起来后，转动的车轮也具备这种能力，这转动的车轮也具备这种能力，这种能力使得自行车即使发生了倾种能力使得自行车即使发生了倾斜，也能自动地把自行车调整过斜，也能自动地把自行车调整过来，这就是自行车不倒的原因。来，这就是自行车不倒的原因。 为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？想一想：想一想：（2 2）地动仪）地动仪（3 3）跨栏、跳高的标杆、菱形挂衣架、伸缩门等）跨栏、跳高的标杆、菱形挂衣架、伸缩门等知识拓展知识拓展 ：不稳定的结构就一定没有好处吗？：不稳定的结构就一定没有好处吗？（1 1）倒置的啤酒瓶预测地震）倒置的啤酒瓶预测地震P23P23练习练习 1 1、观察学校篮球架，分析、观察学校篮球架，分析 篮球架要有较高的稳定性，需篮球架要有较高的稳定性，需具备什么条件？具备什么条件？AEDBC 篮球架示意图如右图所篮球架示意图如右图所示，假设示，假设AC=CB，由于篮球，由于篮球架的重力，使得整个架子的架的重力