8.5跨学科实践：桥（课件）--2025-2026学年教科版（新教材）物理八年级下册（32页PPT）

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教科版2024（新教材）物理8年级下册精做课件8.5跨学科实践：桥第8章运动和力授课教师：Home .班级：八年级（---）班.时间：.
观察与思考
几千年前，人们发明了最早的桥。早期的桥梁通常由木材和石块组成，现代桥梁通常由钢、混凝土和其他高强度材料构建，形状多种多样。那么桥梁设计的关键是什么呢
桥梁的结构
桥梁由桥面和承重结构组成。桥梁的承重结构具有不同的设计和样式。但是桥梁总体设计原理都是一样的——防止桥面弯曲。
桥梁的结构
桥梁可以根据其形状和结构分类。最常见的桥梁包括梁桥、拱桥、悬索桥和斜拉桥。
梁桥
斜拉桥
拱桥
悬索桥
桥梁的力学分析
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(桥梁承载的车辆、行人等对桥面的压力)。如图所示，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。
桥面承重时的形变和受力
演示实验
桥梁的力学分析
分析可知，桥梁上表面受到压力，下表面受到拉力。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。
如果你是一名桥梁工程师，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
桥梁的力学分析
梁桥是结构最简单的桥，为减小桥面弯曲形变，在桥面下加一个桥墩，即可为桥面提供一个向上的力。所有支撑桥面的力的合力(用向上的蓝色箭头表示)，与桥面及负载的合力(用向下的红色箭头表示)平衡。可见，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。
支撑结构受力情况
理论探究
桥梁的力学分析
支撑结构产生一个向上的合力，与桥面及负载的合力平衡。
支撑结构受力情况
理论探究
斜拉桥
拱桥
悬索桥
桥梁的力学分析
找一个硬直筒圈，中间套一根橡皮筋,如图所示，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。
体验拱桥的支撑结构
活动
如何在桥梁负载增加时保持桥梁结构稳定、不易弯曲，这也是设计桥梁应考虑的问题。哪种几何元素构成的物体稳定性好呢
桥梁的力学分析
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。如图所示，利用悬挂重物对以。上结构施加向下的力。请比较三角形、矩形结构的稳定性有什么不同。
探究几何体的稳定性
实验探究
矩形结构的物体受力时还可能变形为平行四边形结构
三角形结构的物体受力时形状保持不变
矩形结构的物体受力时水平部分弯曲
材料
吸管、
橡皮筋、
细线等
桥梁的力学分析
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，它有相对较轻的自重且能承受更大的压力和拉力。因此，在设计上常常利用三角形结构来加固桥梁。
武汉长江大桥的三角形桁架结构
长沙猴子石大桥的“V”字形桥墩
设计并制作一座自己的桥
设计并制作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。
材料与工具选用参考
A4纸、双面胶、剪刀、刻度尺、铅笔、砝码和硬币等
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
测试要求
设计并制作一座自己的桥
各小组介绍设计思路，展示制作的纸桥，交流存在的问题和需要改进的地方。例如，可以使用哪些新技术 设计过程中如何对设计的模型进行负载测试
交流评估
设计并制作一座自己的桥
土木工程学家，桥梁专家，主持修建了我国自己设计并建造的第一座现代化大型桥梁——钱塘江大桥。
茅以升
（1896 — 1898）
钱塘江大桥
设计并制作一座自己的桥
中国正从桥梁大国迈向桥梁强国!一座座雄伟壮丽的现代化桥梁正在把跨越大江、大河、高山、峡谷的千年梦想变成现实。纵观祖国大地百万座大桥，从赵州桥到港珠澳大桥，连接时代文明的宏伟大桥正在贯通华夏大地!
沪苏通长江公铁大桥
矮寨大桥
港珠澳大桥
知识点1 桥梁的结构
1. 兰州中山桥是黄河上游最早修建和唯一保存至今的近现代
钢架桥梁，属于全国重点保护文物之一，为了提升这座已通
行百年的桥抵御自然灾害的能力，将其整体抬高了 。做
桥梁的钢架属于( )
D
A. 非金属材料 B. 有机合成材料
C. 复合材料 D. 金属材料
2.下列是常见桥梁的示意图，其中属于悬索桥的是____，属
于斜拉桥的是____，②中桥拱的作用是防止______弯曲。
③
④
桥面
知识点2 桥梁的力学分析
3. 当三角形顶部受到压力时，关于两侧杆及底下横杆受到的
力的方向，下列图中正确的是( )
B
A. B. C. D.
4.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，如图所示。
（1）上层方格产生的弹力沿上表面指向桥
面______，下层方格产生的弹力沿下表面指
两侧
中间
竖直向上
向桥面______（前两空均选填“中间”或“两侧”），上、下层
方格弹力的合力__________（填方向）。
（2）负载______时，桥面弯曲程度增大，
若弯曲程度超过桥梁允许的形变范围，则桥
梁可能发生坍塌。为了防止桥梁发生大的弯
曲变形，请你提出一个解决方案：________
_____________________________。
增大
在桥面
中心增加支持结构（合理即可）
5.如图所示的是某跨海斜拉索大桥的结构示意图，拉索对桥
塔的作用力的合力方向是__________； 处桥面在拉索
___________（填方向）的合力与桥面及负载的共同作用下，
受力______（选填“平衡”或“不平衡”）。
竖直向下
竖直向上
平衡
6.生活中常见的大桥一般是拱形。这一现象引起了小明的思
考，拱形大桥会增加交通不便和油耗，为什么不设计成凹形
桥？小明查阅资料发现：当汽车以相同速度行驶通过大桥时，
拱形桥所承受的压力会比较小。于是，小明设计了以下实验
进行验证。
实验器材：一条光滑的薄金属片，上面套有一个重为 的金
属小圆环。金属片的顶端 处内外分别贴有压力传感器1和2
（压力传感器不影响小圆环的运动，图中均只画出部分）。
实验步骤:
步骤一：先将金属片正放（图中的甲），给小圆环初速度使
其从处上滑，并以速度经过 处，记录压力传感器1
的示数。
步骤二：再将金属片倒置（图中的乙），小圆环从 处下滑，
仍以速度经过 处，记录压力传感器2的示数。#1.2.2
步骤三：改变小圆环通过 处时的速度，多次实验，比较压
力传感器1、2的示数。回答下列问题：
（1）实验中用小圆环模拟汽
车进行实验，而不用小球，其
好处是__________________。
小圆环不会掉下来
（2） 小圆环分别以相
同的速度经过甲、乙情况中的 处，并
分别记录多次实验下压力传感器1和2
的示数，如下表所示：
小圆环静止 实验一 实验二 实验三 实验四
0 0.1 0.2 0.3 0.4
1 0.998 0.992 0.982 0.968
1 1.002 1.008 1.018 1.032
根据上述数据分析，小明得出结论：____________________
_______________________________________。
相同情况下
（速度不为零），拱形桥承受的压力比较小
7.我国是桥梁建设的大国，
桥梁建设时需要考虑钢梁
的“下垂量”。如图甲所示，
钢梁向下弯曲偏离水平位
置的距离 叫下垂量。小明通过分析桥梁结构作出如下两个
猜想：①钢梁的下垂量与钢梁所受的压力 有关；②钢梁的
下垂量与两个支撑柱间距 有关。于是他进行了如下实验：#1
（1） 小明首先想探究“钢梁的下垂量 与两个
支撑柱间距 的关系”，请你为他设计记录实验数据的表格。
如表所示
实验次数 1 2 3 4 5 6
支撑柱间距
下垂量
（2）图乙是小明探究“钢梁的下垂量与钢梁所受的压力 的
关系”时画出的下垂量与所受压力 关系的图像，根据图乙
可得结论：______________________________________。
钢梁的下垂量与钢梁所受的压力成正比
（3）观察发现，我国许
多短式桥梁在设计时会设
计成拱式桥，使其能承受
更大的压力，请你就这一
相同情况下，桥梁能承受
的最大压力与桥梁的形状有关（合理即可）
现象提出一个值得研究的猜想：________________________
_______________________________________。
知识点3 设计并制作一座自己的桥
8. 如果你是一位桥梁设计师，要在可能发生泥石流的不是很
宽的河道上建一座公路桥。若发生泥石流时，要求尽量使泥
石流能顺利通过桥梁，而且要让桥尽可能不被冲毁。则下列
设计思路中正确的是( )
B
A. 建在河道拐弯处，单孔大跨度
B. 建在河流直道处，单孔大跨度
C. 建在河道拐弯处，多桥墩小跨度
D. 建在河流直道处，多桥墩小跨度