教科 八年级 下册 物理 第8章《跨学科实践 桥》课件

第5节跨学科实践：桥第八章运动和力感悟新知桥是一种架空的人造通道。其主要作用是解决跨水或者越谷的交通，以便运输工具或行人在桥上通行。在人造桥梁之前，自然界由于地壳运动或其他自然地质作用的影响，形成了不少天然的桥梁形式。感悟新知如浙江天台山横跨瀑布上的石梁桥，江西贵溪因自然侵蚀而成的石拱桥(仙人桥)以及小河边由自然倒下的树干形成的“独木桥”，两岸藤条纠结在一起而构成的天生“悬索桥”等。人类从这些天然“桥”中得到启示，由最初的一块简易木板或一个小石蹬，逐渐发展，生产了造型各异、大小不同的桥。知1－讲感悟新知追溯起源桥，何为桥也。《说文解字》中段玉裁曾解释道：“梁之字，用木跨水，今之桥也。”由此我们可以感知到，我们祖先第一次把木头放在河上并从上经过(独木桥)，便称之为桥的起源。感悟新知任务一桥梁的结构1.分类(1)桥梁按建筑材料可分为木桥、石桥和钢桥等；(2)按用途可分为公路桥、公铁两用桥和人行桥等；(3)按形状和结构分为梁桥、拱桥、悬索桥和斜拉桥等。感悟新知①梁桥是指以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁；②拱桥是指在竖直平面内以拱结构作为主要承重构件的桥梁；③悬索桥由巨大的主缆、索塔、锚碇和桥面系统组成。④斜拉桥是由承压的塔、受拉的索与承弯的梁体组合起来的一种结构体系。感悟新知拓展思考为了适应不同的环境和需求,桥梁也会建造成各种不同的形状和结构。请你将如图1所示的桥梁对应的名称写在横线上。知1－讲感悟新知拓展理解分析图片可知,从左到右分别是拱桥、斜拉桥、悬索桥和平板桥。感悟新知2.结构桥梁由桥面和承重结构组成。3.设计原理防止桥面弯曲。感悟新知任务二桥梁的力学分析1.演示实验桥面承重时的形变和受力。(1)

操作：用一块表面画有方格的海绵块模拟桥面，用手按压海绵块来模拟负载，如图2。感悟新知(2)

现象：海绵块在负载作用下发生了弯曲形变，上层方格被挤压变窄，下层方格被拉伸变宽。(3)

分析：如图3是桥梁结构图和受力分析图。桥梁上表面(垂直表面)受到压力，下表面(沿表面)受到拉力。当负载增加时，桥梁弯曲形变程度会随之增加，如果弯曲形变超出桥梁允许的形变范围，桥梁就可能发生坍塌。感悟新知深度思考同学们议一议，如何避免桥梁发生大的弯曲形变，提高桥梁承重能力，避免桥梁坍塌呢?深度理解为减小桥面弯曲形变，可在桥面下加一个桥墩，即可为桥面提供一个向上的力。知1－讲感悟新知知识拓展在古代桥梁的建造中,应用得较多的就是拱桥,因为这种桥梁建造起来比较简单，而且十分坚固。河北的赵州桥，就是我国古代最著名的圆弧拱桥。这座由隋朝的工匠李春建造的桥梁，历经1400多年至今安然无恙，被评为“国际土木工程里程碑”。感悟新知2.支撑结构受力情况(1)

梁桥：如图4(a)，桥面上汽车的重力，从桥面传递到桥墩，使桥梁稳定。(2)

拱桥：如图4(b)，桥面上汽车的重力，由桥面传递到桥拱的弧上，再传递到桥台，最后传到地面，保证桥梁不会因受力过大而坍塌。感悟新知(3)

悬索桥和斜拉桥如图(c)(d)，桥上汽车的重力，先传到桥面，再由桥塔上缆索拉住桥面，使桥梁不坍塌，最后再利用在河岸上的缆索向岸边斜拉，固定桥塔。综上所述，所有支撑桥面的力的合力，与桥面重力及负载的合力平衡。根据二力平衡条件，无论什么样的桥梁结构，都会产生一个向上的合力作为桥面的支撑力。感悟新知3.体验拱桥的支撑作用观察思考：同学们动手做一做，找一个硬直筒圈，中间套一根橡皮筋，如图5所示，用手轻压顶部，观察皮筋的形变，思考拱桥形状与桥面负载的关系。感悟新知深度理解用手轻压顶部，皮筋受到向外的推力，发生微小形变，而“拱桥”形状保持不变；当负载增加时，“拱桥”形状也不会改变；如果负载压力过大，皮筋的形变超出允许的形变范围，“拱桥”就可能发生坍塌。感悟新知4.探究几何体的稳定性(1)操作：将几根橡皮筋连接起来后，穿过吸管再首尾连接，分别搭成三角形和矩形结构。如图6所示，利用悬挂重物对它们施加向下的力。感悟新知(2)

分析：①三角形结构的物体受力时形状保持不变；②矩形结构的物体受力时水平部分弯曲，还可能变形为平行四边形结构。(3)

实验发现：三角形具有很好的结构稳定性。三角形是现代桥梁的基本结构元素，它能承受更大的压力和拉力。(4)应用：武汉长江大桥。感悟新知图7中的桥梁蕴含了许多物理知识。例1感悟新知(1)三座桥中，_______(填字母)属于钢索桥。B解析：分析图片可知，B属于钢索桥。感悟新知(2)厦漳跨海大桥主要由钢缆、桥塔、桥面组成，其中是______大桥承重的主要构件，______是支撑钢缆的主要构件。因此这座桥的______很大。钢缆解析：厦漳跨海大桥主要由钢缆、桥塔、桥面组成，其中钢缆是大桥承重的主要构件；桥塔是支撑钢缆的主要构件。因此这座桥的跨度很大。桥塔跨度感悟新知(3)青藏铁路拉萨河特大桥属于______。采用了双层叠拱结构，它的桥面在拱的下方，桥面低，与道路容易连接，从结构上看，桥板拉住了拱足，抵消了拱向外的______，减少了桥墩的负担。拱桥解析：青藏铁路拉萨河特大桥属于拱桥。采用了双层叠拱结构，它的桥面在拱的下方，桥面低，与道路容易连接，从结构上看，桥板拉住了拱足，抵消了拱向外的推力，减少了桥墩的负担。推力感悟新知1.某校科技兴趣小组模拟建造了一座“钢索桥”，对钢缆的拉力进行了研究，请回答下列问题:感悟新知(1)从图中可以知道“钢索桥”主要由______、______、______三部分组成。(2)在实验中，桥面离地面的高度不变，桥塔高时比桥塔低时手上的拉力______。A.大一些

B.小一些C.没有变化钢缆桥塔桥面B感悟新知(3)通过这个实验可以知道，桥塔修得很高有什么作用？桥塔修得很高可以减小钢缆的拉力，从而增大桥的承重能力感悟新知任务三设计并制作一座自己的桥1.设计(1)要求：设计一座可承载重物的纸桥，至少能跨越25cm的峡谷，宽度大于10cm，最小承重为0.2N。(2)材料与工具：A4纸、双面胶、剪刀、刻度尺、铅笔、砝码和硬币等。感悟新知讨论思考用纸造“桥”要考虑哪些问题？感悟新知讨论理解第一，要考虑纸的特性。纸承受力的特点是抗拉而不抗压，即抗弯曲能力很差，所以要考虑怎样增强它的抗弯曲能力。第二，桥选择什么样的形状和结构。这两方面是相互联系和影响的，要结合在一起进行思考、选择。第三，桥由哪几部分组成，各用多少材料，怎么牢固地连接在一起……感悟新知2.制作(1)桥的模型纸结构的基本形状纸结构的连接技巧纸桥模型参考感悟新知(2)制作步骤制作纸桥时，参考上面纸桥模型，设计自己的纸桥方案图；按照设计要求制作桥面、桥墩和连接结构等桥的每个部分，然后用胶水将这些部分黏合起来，最后组成桥。将硬币或砝码放在桥面上，记下纸桥的最大承重。感悟新知思路点拨造纸桥时，通常经历五个环节：①明确标准，设计图纸；②选择制作材料和连接物，确定合适、牢固的连接方法；③制作纸桥；④测量“桥”的跨度和承重力；⑤改进纸桥。感悟新知深度思考下表是小明同学设计的“桥”，要求“桥”能尽可能地承载更大的力。请观察分析小明的设计图，并完成表格中问题。感悟新知纸桥设计方案材料A4纸10张、透明胶、剪刀设计图感悟新知续表问题(1)主要增强桥的承重的方法？(2)设计不合理的地方(写一点)？(3)增强承重方面我的改进建议(可以写，也可以画在原图上)？感悟新知深度理解(1)加厚的桥面和桥柱间斜杆构成三角形结构增加稳定性。(2)桥面没有栏杆，不安全。(3)可以在每侧两根长方体桥柱之间增加拱形结构，增强桥面的承重能力。感悟新知测试要求1.在桥中间放置重物，要求放上后至少保持5s，纸桥不塌落，记下纸桥承重；2.每组可尝试3次，取最高成绩。感悟新