第七章 力与运动 实践 调研桥梁建筑中的力平衡 课件 (共23张PPT) 2024-2025学年物理沪科版八年级全一册

(共23张PPT)
第七章 力与运动
实践 调研桥梁建筑中的力平衡
1.学会制定调研方案，通过查阅资料、实地考察等方式收集证据。
2.理解力平衡在桥梁建筑中的重要性和应用方式。
3.知道我国一些著名桥梁的历史、人文背景及结构特点。
4.能够从跨学科视角分析桥梁建筑中的受力及力平衡情况，撰写调查报告。
5.通过调研活动，体会物理学在建筑中的重要作用，培养对物理学科的学习兴趣。
请欣赏：桥梁建筑的宏伟壮观
看到这些宏伟的桥梁，你们有没有想过，它们是如何稳稳地矗立在江河湖海上的呢？
在这些桥梁建筑中，力与平衡知识是如何应用的？
广济桥
洛阳桥
赵州桥
卢沟桥
钱塘江大桥
港珠澳大桥
1.了解我国著名桥梁的历史、人文背景及结构特点。
2.了解我国不同地区桥梁建筑的结构特点，以及它们和力平衡的关联。
任务一：查阅并整理资源
古代四大古桥
赵州桥
洛阳桥
广济桥
卢沟桥
赵州桥
建造年代
公元595年-公元605年之间，距今约有1400多年的历史
历史背景
赵州地处交通要道，洨河的存在阻碍了南北通行，于是便有了建造赵州桥的契机。
结构特点
敞肩拱设计、 单孔坦弧、 纵向并列砌筑法、
当时作用
改善交通，为商业贸易发展提供有力支持，为军队的调动和物资运输提供了便携通道。
在设计建造时可能蕴含的力平衡智慧
赵州桥建造时虽无现代力平衡理论，但古代工匠巧妙运用了相关原理。比如敞肩拱设计，桥身受荷载时，力经桥身传至主拱券再向拱脚传递，敞肩小拱改变力的传递路径与分布，分担部分压力，分散了主拱券承受的压力，达力平衡状态，确保桥身稳定。洪水冲击时，小拱作泄洪通道，冲击力也能在桥身整体作用下合理疏导、平衡，赵州桥因此历经千年不倒，体现了工匠们的实践智慧与对力平衡的朴素理解应用。
建造年代
公元1053年-公元1059年，历经六年零八个月建筑完成。
历史背景
北宋时期，洛阳江如海口处水流湍急，船只众多，原有的渡江方式简陋危险，急需建造大桥改善交通。
结构特点
筏形基础、牡蛎固基、船型桥墩
当时作用
交通便利化，经济推动作用，文化交流促进，让泉州地区吸收其他地区先进文化。
洛阳桥
在设计建造时可能蕴含的力平衡智慧
洛阳桥建造时虽无现代明确的力平衡理论，但在设计上充分体现了对力平衡的朴素理解与应用。筏形基础通过抛填大量石块增大与江底泥沙接触面积，使桥身重量均匀分布，实现桥身重力与江底支撑力平衡，稳固基础；牡蛎固基利用牡蛎粘连石块、桥墩成紧密整体，桥身受外力时，其粘连力可缓冲、分散外力，达力平衡以增强稳定性；船型桥墩的尖形迎水面设计能改变水流冲击力方向与分布，将冲击力向两侧分流，实现水流冲击力与桥墩自身抵抗能力的平衡，确保桥梁整体稳定。
建造年代
开始于公元1171年，历经多个朝代，前后历时数百年，至公元1530年相对完整
历史背景
随着南宋时期，潮洲地区经济逐渐繁荣，对于交通去求迫切，于是有了建造广济桥的计划。
结构特点
梁桥与浮桥相结合、独特的桥墩设计、桥上建筑丰富
当时作用
交通便利化，进一步繁荣了潮州商业市场，带动区域经济发展。
广济桥
在设计建造时可能蕴含的力平衡智慧
广济桥建造时虽无现代力平衡理论，但古代工匠巧妙应用相关原理。梁桥与浮桥结合，梁桥部分传荷载至地基，浮桥梭船受行人、车辆重量会下沉使浮力相应增大形成动态平衡，实现荷载合理分配稳桥身；独特桥墩设计，船型等迎水面分流水流冲击力，矩形部分传垂直荷载，达水流冲击力与垂直荷载平衡保桥墩及桥身稳定；桥上建筑经合理布局设计，重量均匀分布各部位，重建筑放桥墩附近可直传地基，轻建筑由桥身传相应部位，实现建筑重量与承载能力平衡，丰富功能且不影响桥身稳定。
建造年代
公元1189年-公元1192年，历经三年多。
历史背景
永定河的存在阻碍了南北交通，为了改善交通需求，并且金朝时期，北京作为都城政治地位需要加强对周边地区的联系和控制。。
结构特点
联拱石桥结构、独特的拱券砌筑方式、坚固的桥墩设计
当时作用
交通便利化，经济推动作用，为军队的调动和物资运输提供了便捷通道。
卢沟桥
在设计建造时可能蕴含的力平衡智慧
卢沟桥建造时虽无现代明确的力平衡理论，但古代工匠巧妙应用相关原理。联拱石桥结构中，11个石拱承荷时相互支撑分散压力达力平衡保桥身稳定；纵联式砌筑法靠榫卯让石块紧密咬合，承荷时均匀分担压力实现力平衡稳拱券；船型桥墩尖形迎水面可分流水流冲击力，分散所受冲击实现与自身抵抗能力平衡，保桥墩及桥梁整体稳定。
近现代桥梁
钱塘江大桥
港珠澳大桥
钱塘江大桥
建造背景
重要意义
创新设计
力平衡应用
20世纪30年代，为改善钱塘江两岸交通、促进经济发展及满足军事需求，决定建桥
中国自行设计、建造的首座双层铁路、公路两用桥，推动经济发展，在军事运输等方面发挥重要作用
采用双层桁架梁结构，上层公路、下层铁路，主桥多跨钢桁架梁，合理利用空间且能有效分布荷载
通过力学计算确定构件尺寸与材料强度，桁架梁杆件受力时拉力与压力相互作用达力平衡；桥基精心设计，实现桥身重力与地基支撑力平衡，确保大桥稳定。
建造背景
重要意义
创新设计
力平衡应用
因粤港澳大湾区经济发展需求，为加强三地互联互通、促进区域经济一体化，需建跨海通道。
世界最长跨海大桥，缩短三地交通时间，推动大湾区经济一体化，彰显中国综合国力与工程技术水平。
世界最长、最深海底沉管隧道，由33节巨型沉管组成。跨海大桥。
设计多层防护结构使内部应力均匀，实现压力与沉管抵抗能力平衡。桥身受载时斜拉索拉力与钢箱梁压力相互作用，实现荷载与构件抵抗能力平衡，保证桥身稳定。
港珠澳大桥
任务二：实地调研案例分析
如果条件允许（比如学校周边有合适的桥梁可供调研），在前往实地调研之前要做好相关准备工作，如带上记录工具（笔记本、笔、相机等），注意安全事项（如过马路要小心、在桥上要注意行走安全等）。如果不具备实地调研条件，可通过网络图片、视频等方式对所在地区的桥梁进行“虚拟调研”。
具体案例展示
2.介绍该桥梁的基本信息，如名称、建造年代、所在位置等。
1.展示图片（多角度）
3.详细分析该桥梁的受力情况，结合之前所学的力平衡原理，画出受力分析图，阐述其如何实现力平衡。
调查报告的范例格式
一、收集整理相关信息
二、实地调研案例分析
1.案例展示
2.调查报告
查阅资料，了解世界知名桥梁建筑的历史、人文内涵以及结构特点，了解物理学在建筑中的重要作用。