1、第第5 5节节 跨学科实践：桥跨学科实践：桥第八章第八章 运动和力运动和力感悟新知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。知知1 1讲讲感悟新知感悟新知追溯起源追溯起源桥，何
2、为桥也桥，何为桥也。说文解字说文解字中段中段玉裁玉裁曾解释道：曾解释道：“梁梁之字之字，用木跨水，今，用木跨水，今之桥之桥也。也。”由此我们由此我们可以可以感知到，我们感知到，我们祖先第一次祖先第一次把木头放在把木头放在河上河上并从上并从上经经过过(独木桥独木桥)，便称之为桥便称之为桥的起源的起源。感悟新知感悟新知任务一 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。感悟新知感悟新知梁桥是指以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁；拱桥是指在竖直平面内以拱结构作为主要承重构件的桥
3、梁；悬索桥由巨大的主缆、索塔、锚碇和桥面系统组成。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。知知1 1讲讲感悟新知感悟新知拓展理解拓展理解分析图片可知分析图片可知,从从左到右分别是左到右分别是拱桥拱桥、斜拉桥、斜拉桥、悬索桥和平悬索桥和平板桥。板桥。感悟新知感悟新知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
4、拟桥面，用手按压海绵块来模拟负载，如图2。感悟新知感悟新知(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?深度理解深度理解为减小桥面为减小桥面弯曲形变弯曲形变，可在桥面下，可在桥面下加一加一个桥墩，即可个桥墩，即可为为桥面桥面提供一个向上的力。提供一个向上的力
5、。知知1 1讲讲感悟新知感悟新知知识拓展知识拓展在古代桥梁的在古代桥梁的建造建造中中,应用得较多应用得较多的就是的就是拱桥拱桥,因因为为这种桥梁这种桥梁建造起来比较建造起来比较简单简单，而且十分坚固，而且十分坚固。河。河北北的赵州桥，的赵州桥，就是我国就是我国古代最著名的古代最著名的圆弧圆弧拱桥。这拱桥。这座由座由隋朝的隋朝的工匠李春建造的工匠李春建造的桥梁桥梁，历经，历经1 400 多年多年至至今今安然无恙，安然无恙，被评为被评为“国际土木工程里程碑国际土木工程里程碑”。感悟新知感悟新知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：
6、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
7、新知感悟新知深度理解深度理解用手轻压顶部用手轻压顶部，皮筋，皮筋受到向外的受到向外的推力，发生微小推力，发生微小形变，而形变，而“拱桥拱桥”形状形状保持不变保持不变；当负载增加时；当负载增加时，“拱桥拱桥”形状也形状也不会改变不会改变；如果负载；如果负载压力过压力过大，皮大，皮筋的形变筋的形变超出超出允许的形变范围允许的形变范围，“拱桥拱桥”就可能就可能发发生坍塌生坍塌。感悟新知感悟新知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。感悟新知感悟新知(2)分析：三角形结构的物体受力时形状保持不
8、变；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
9、度很大。桥塔跨度感悟新知感悟新知(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
10、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2 5 cm 的峡谷，宽度大于1 0 cm，最小承重为0.2 N。(2)材料与工具：A4 纸、双面胶、剪刀、刻度尺、铅笔、砝码和硬币等。感悟新知感悟新知讨论思考 用纸造“桥”要考虑哪些问题？感悟新知感悟新知讨论理解讨论理解第一，第一，要要考虑纸考虑纸的特性。纸的特性。纸承受力的承受力的特点是抗拉而特点是抗拉而不不
11、抗压抗压，即抗弯曲能力，即抗弯曲能力很差很差，所以要考虑所以要考虑怎样怎样增强它的增强它的抗抗弯曲能力弯曲能力。第二，桥选择第二，桥选择什么样什么样的形状和结构的形状和结构。这。这两方面是相互两方面是相互联系和联系和影响的，要结合影响的，要结合在一起在一起进行思考、选择。进行思考、选择。第三，桥由哪第三，桥由哪几部分几部分组成，各用组成，各用多少材料多少材料，怎么牢固，怎么牢固地地连接连接在一起在一起感悟新知感悟新知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
12、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。感悟新知感悟新知思路点拨思路点拨造纸桥时，造纸桥时，通常经历通常经历五个环节：五个环节：明确标准明确标准，设计，设计图纸；图纸；选择制作选择制作材料材料和连接物，确定和连接物，确定合适合适、牢固的连接、牢固的连接方法；方法；制作纸桥；制作纸桥；测量测量“桥桥”的跨度的跨度和承重力；和承重力；改进纸桥。改进纸桥。感悟新知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。感悟新知感悟新知纸桥设计方案材料A4 纸10 张、透明
13、胶、剪刀设计图感悟新知感悟新知续表问题(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)？感悟新知感悟新知深度理解深度理解(1)加厚加厚的的桥面桥面和桥柱间斜杆和桥柱间斜杆构成三角形构成三角形结构增加结构增加稳稳定性定性。(2)桥面没有栏杆桥面没有栏杆，不安全。，不安全。(3)可以可以在在每侧两每侧两根长方体桥柱根长方体桥柱之间之间增加拱形结构，增加拱形结构，增强增强桥面的承重能力。桥面的承重能力。感悟新知感悟新知测试要求测试要求1.在桥中间放置重物在桥中间放置重物，要求，要求放上后至少放上后至少保持保持5 s，纸桥，纸桥不塌落不塌落，记下，记下纸桥承重；纸桥承重；2.每组可尝试每组可尝试3 次次，取，取最高成绩。最高成绩。感悟新知感悟新知(3)“纸桥”作品欣赏作品一：连体双管桥追梦组制作如图9 所示，把A4 纸或报纸对卷成两个圆筒，用胶带连接；筒口横向加胶带可以加强支撑力。感悟新知感悟新知作品二：三角形吊桥创意组制作如图10 所示，用胶带做“钢缆”，桥面做成槽形。课堂小结课堂小结跨学科实践：桥跨学科实践：桥桥设计原理桥的概念桥的发展史力学分析结构稳定性桥梁结构设计原理模型设计制作纸桥分类
