常見結(jié)構(gòu)的認識物理教案

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[教學課題]常見結(jié)構(gòu)的認識

[教學目的]了解結(jié)構(gòu)的含義，從力學的角度理解結(jié)構(gòu)的概念和一般分類，能結(jié)合1-2種簡單的結(jié)構(gòu)案例，分析結(jié)構(gòu)是如何承受力的，理解結(jié)構(gòu)的類型。

[教學重點]結(jié)構(gòu)與力，結(jié)構(gòu)的類型

[教學難點]結(jié)合案例分析

[教學過程]

一、無處不在的結(jié)構(gòu)：

[引入新課]放映蜂窩、蜘蛛網(wǎng)、大樹、動物的身體與器官等結(jié)構(gòu)圖。

引導學生觀察結(jié)構(gòu)圖。

引導學生分析蜂窩的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在哪里？

[歸納結(jié)構(gòu)概念]：結(jié)構(gòu)是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列。

（一）、自然界事物結(jié)構(gòu)

[閱讀案例]：蒼耳子與尼龍搭扣;

[學生思考]魯班發(fā)明鋸子

從傳說中可以看出，魯班所以會想到制造鋸子來鋸大樹，主要是因為他從絲茅草劃破他的手指這件事中得到了啟發(fā)。既然象絲茅草這樣較薄脆弱的小草，由于兩邊有許多小細齒，就那樣鋒利，能輕易地把人的手指劃開一條口子，那末，如果將鐵片的邊上也刻成許多小細齒，自然會更加鋒利，可以用來更快地伐倒大樹了。很顯然，從思維的推論過程來說，魯班就是根據(jù)絲茅草與鐵片的共同點的類比，再由絲茅草因有小細齒而更加鋒利的事實推出結(jié)論：如果鐵片邊上刻上細齒，也將會更加鋒利。很據(jù)這樣的推理，魯班發(fā)明了鋸子。

從魯班發(fā)明鋸子的傳說來看，魯班在發(fā)明鋸子的過程中，主要是運用了類比推理這種推理形式。

[關(guān)鍵]只要你平時多留意，常帶一支筆一張紙在身上，把看到、想到和遇到的問題即刻記錄下來，課后再動腦筋，找靈感，實現(xiàn)你的這些想法，如果這些問題都解決了，那你的發(fā)明不就出來了嗎？

[閱讀案例]:鳥與飛機;

鷹眼與導彈跟蹤系統(tǒng)。

鷹可以在幾千米的高空準確無誤地辨別地面上的動物,這是因為它的眼部結(jié)構(gòu)比較特殊。人類每只眼睛的視網(wǎng)膜上都有一個凹槽,叫做中央凹。而老鷹眼中的中央凹卻有兩個,這兩個中央凹的作用不同,其中一個專門用于接收來自鷹頭側(cè)面物體的像,另一個用于接收來自鷹頭前方物體的像。這樣,老鷹的視覺范圍就寬多了,能兼顧前方和側(cè)面。根據(jù)鷹眼的結(jié)構(gòu),人們正在研制“鷹眼”導彈系統(tǒng)。這種導彈系統(tǒng)能自動尋找、識別目標并跟蹤攻擊。

[進一步拓展]：除了根據(jù)鷹眼的結(jié)構(gòu),人們正在研制“鷹眼”導彈系統(tǒng)以外，你還受到哪些啟發(fā)？

如果在人類的視網(wǎng)膜上象鷹一樣有兩個凹槽，世界將會如何變化？

將來運用技術(shù)手段在人的視網(wǎng)膜造出兩個凹槽,有這種可能嗎？

看來我們?nèi)祟惡枚嗟胤讲蝗鐒游?不能象鳥一樣在空中自由飛翔,不能象魚一樣在水中歡快游蕩,奔跑速度不如狗，打斗力氣不如虎。人類憑什么能成為動物界的統(tǒng)治者呢?—超人

啟發(fā)學生回答：憑大腦,憑學習,人類把幾千年知識在幾年十幾年中繼承過來并在原來的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新，現(xiàn)在進入知識經(jīng)濟時代，人類知識總量幾年就要翻一番。

教育學生：人與人之間有競爭,而且可能很激烈，能否立于不敗之地,在于不斷學習。

[學生思考]：生產(chǎn)生活中還有哪些產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是受到自然界事物結(jié)構(gòu)的啟發(fā)而產(chǎn)生的？

烏賊游得很快，是因為它的腕的基部中央有口，水從開口流入，在軀體的收縮下，形成強有力的水流。當水流從漏頭噴出時，烏賊便依此前進。

螞蟻的力量非凡的嘴巴給了科學家們發(fā)明推進體系的微型機器人的靈感，美國伊利諾大學香檳分校的生態(tài)學家兼昆蟲學家安德魯•蘇雷茲他告訴《生命科學》雜志：“如用于營救工作的機器人?！?/p>

[啟發(fā)學生回答]：通過對自然界中形形色色的結(jié)構(gòu)的分析和研究,給了人們無限的創(chuàng)造靈感和啟示。人們將其成果應用到技術(shù)領(lǐng)域,更好地服務于人類。

（二）、技術(shù)領(lǐng)域中的結(jié)構(gòu)

[閱讀案例]:羊毛衣，潛水艇……。

魁北克大橋的坍塌。

[學生思考]：大橋坍塌的原因是什么？

擅自改變橋的結(jié)構(gòu)。1907年，加拿大魁北克附近的圣勞倫斯河上落成了全球最長的拱橋。該橋采用了比較新穎的懸臂構(gòu)造，這樣的結(jié)構(gòu)非常流行。盡管只比蘇格蘭愛丁堡福斯河上非常成功的懸臂大橋稍長一點，但魁北克大橋存在設(shè)計問題，還未完工就坍塌了。

目前，鋼索斜拉橋的技術(shù)應用已經(jīng)達到了極限，遠遠超乎了設(shè)計者們最初的想象。斜拉構(gòu)造的普遍成功讓這種橋型幾乎無處不在。于是，橋面長度的日益增長已經(jīng)步入了曾導致事故的做法后塵。鋼索斜拉橋重大事故是否會很快出現(xiàn)，還是會出現(xiàn)在歷史提示的2030年，這并不取決于計算機分析，而是取決于橋梁工程師是否了解過去的歷史，并下定決心避免事故的重演。

（三）、社會領(lǐng)域中的結(jié)構(gòu)

一篇文章的內(nèi)容結(jié)構(gòu)影響文章的表達與質(zhì)量,一家企業(yè)的人員結(jié)構(gòu)關(guān)乎企業(yè)的運行與效率。

[學生思考]：請分別列舉自然界、技術(shù)領(lǐng)域、社會領(lǐng)域給你印象較深的有關(guān)結(jié)構(gòu)的事例？

二、結(jié)構(gòu)與力

從力學角度來說,結(jié)構(gòu)是指可承受一定力的架構(gòu)形態(tài),它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。

[分析]自行車的受力情況

[講解]應力概念。

當一個結(jié)構(gòu)受到外力作用時,內(nèi)部各質(zhì)點之間的相互作用會發(fā)生改變,產(chǎn)生一種抵抗的力,稱為內(nèi)力。應力達到某一極限值時,結(jié)構(gòu)就會遭到破壞。用公式表示應力為σ=F/s,其中,F是內(nèi)力,S是受力面積,σ是應力。

[講解]構(gòu)件的基本受力形式：拉力、壓力、剪切力、扭轉(zhuǎn)力和彎曲力。

[案例分析]：人坐在椅子上,椅面受到的力；行人和車輛通行的橋面受到的力。

[學生概括]五種基本受力形式：

拉力物體所承受的拉拽力

壓力擠壓物體的力

剪切力兩個距離很近,大小相等,方向相反,且作用于同一物體上的平行力

扭轉(zhuǎn)力反方向向物體兩端均勻施力,使物體發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變的力

彎曲力作用于物體,使它產(chǎn)生彎曲的力

[分析案例]學習椅面、簡易橋梁的受力,分析結(jié)構(gòu)是如何承受力的。

[展示]一些采用架、梁、拱結(jié)構(gòu)的建筑物的圖片。

[試驗]指導學生做“紙板承受壓力試驗”：

比較不同形狀的紙板承受壓力的大小。

試驗準備、試驗過程（略）

回答問題：

1.哪種情況下紙板的抗壓能力最強?

2.舉例說明這一結(jié)論在實際應用中有什么意義。

3.如果把紙板折成瓦楞狀,試驗結(jié)果會發(fā)生什么變化?

[探究]：觀察右圖,說明石磨的推桿為什么要用一根繩子吊起來。

進一步挖掘：石磨在推動過程中，繩子在空間的軌跡是一個什么圖形？

三、結(jié)構(gòu)的類型：

1實體結(jié)構(gòu)：實心結(jié)構(gòu)

受力特點：外力分布在整個體積中

實體結(jié)構(gòu)可以連續(xù)傳遞載荷，適于承受壓力。

案例分析實心墻等

2框架結(jié)構(gòu)：細長的構(gòu)件

受力特點：支撐空間而不充滿空間

框架結(jié)構(gòu)是由桿件或板件連接而成的，構(gòu)件可以是空心，也可以是實心；可以是平面框架，也可以是空間框架。由于這種結(jié)構(gòu)用料少，可以承受多種載荷，因此用得很廣泛。

案例分析竹排

3殼體結(jié)構(gòu)：層狀結(jié)構(gòu)

受力特點：外力作用在結(jié)構(gòu)體的表面上

殼體結(jié)構(gòu)是用薄壁殼狀構(gòu)件來替代空間框架而形成的一種空間結(jié)構(gòu)。由于它可以將作用在其上的集中橫向載荷分散為沿殼體的壓力。因此在場館建設(shè)中用得很多。

[案例分析]：頭盔，汽車外殼等

[學生討論]：進入工地時總是被要求戴上安全帽，為什么？

[案例分析]埃菲爾鐵塔

[課后作業(yè)]：p011練習1、2題