《技术与设计2》第一章第二节 结构的强度教学案例

《技术与设计2》第一章第二节 结构的强度教学案例
黑龙江省实验中学 陈 醉
引入：我在中央电视台曾看到这样一则报道：一名勇敢的洞穴探险者，仅仅凭借一根麻绳，进行洞穴探险活动，结果在途中发生了不幸，绳子断了，人也掉进了70余米深的洞穴里，摔成重伤。造成事故的原因是:绳子不结实,不像专业探险家们采用的粗尼龙绳那样牢固，并且没有科学、先进的设备做保障。生活中，我们常说的“结实与不结实，牢固与不牢固”就是指结构的强度。
那么，今天，我们就来研究结构的强度，以及影响结构强度的主要因素。
在我们的生活中有时候会遇到这样的事情：
案例分析：
生活中有这样的情况，人坐在一只小板凳上，用力摇几下，板凳就坏了，人也摔倒在地上。人踩在窗户的防盗网上擦玻璃，防盗网合金条的焊接处断裂，险些酿成大祸。
问题： 根据你的理解，结合教材，上述情况是什么原因造成的？
（学生回答）
教师总结：这是由于板凳、防盗网没有能够承受住人的重力所造成的后果。我们说它们不结实，板凳和防盗网合金条的焊接处不结实，板凳和防盗网的结构不能够抵抗外力---人的重力所造成的对它们的破坏。
结构的强度就是指结构具有抵抗被外力破坏的能力。
结构的强度是通过构件和材料来体现的。构件在外力的作用下会变形。同时构件内部各质点之间的作用力发生了改变，这种作用力的改变称作内力。
一般说来，外力越大，则构件的内力越大。内力达到一定程度时，构件就会被破坏。在工程设计中，不允许任何构件在正常工作情况下被破坏。
技术试验1：
我们做一个简单的技术试验，这是一张白纸，我很容易把它撕碎，这是一条皮带，有谁能用手把它撕碎？
（叫一名学生上来试一试，学生回答）
结论：不同的材料，构成的结构其强度各不相同。结构的强度与材料有关；从强度角度看，外力越大，构件内力随之越大，构件危险就越大。
构件单位截面面积所受的内力称为构件的应力。
公式：σ = N/A
σ——应力 兆帕 (MPa)
N——内力 牛 N
A——横截面积 米 m
公式表示：应力、内力和横截面积之间的定量关系。由公式可知，在内力不变的情况下，构件和材料的横截面积越大，应力越小，危险性就越小。
同截面垂直的应力称为正应力或反应力。如，柱体垂直受压时，其横截面上的应力就是正应力。
同截面相切的力称为剪应力或切应力，如剪切物体时，剪切面上就有剪应力。而梁弯曲时，其横截面上除了具有正应力外，还有剪应力。
技术试验2：
如图，一张A4纸承载砝码的质量有限，改变A4白纸的形状，会不会增加承载重量？
动手试一试，并记录承载钩码（砝码）的质量。想一想，你能有几种方法？
技术试验提示：
1、直接在白纸上
2、将白纸折叠成柱状
3、将白纸折叠成瓦棱状
4、将白纸折叠成三角棱柱状
5、将白纸折叠成槽型
6、将白纸卷成圆柱状
分别增加砝码（钩码）重量，直到变形为止，记录承载的重量，分别比较上述试验结果，记录并进行交流。
（学生动手做，并交流）
试验结论：
结构的强度与结构所用材料的形状有关。
技术试验3：
分别用A4白纸，围成两个四棱柱体杆件，其中一个，接口处用透明胶带粘连，分别作承重试验。观察现象并分析。
粘连
不粘连

（学生动手做，并交流）
结论：结构的强度与结构的连接方式有关。不同的连接方式，结构的强度也不同。
总结 影响结构强度的因素：
结构的强度，一般取决于它对张力和压力两方面的反应能力，具体地说取决于以下因素：
形状：构成的形状略有改变，强度就会改变。
材料：不同材料有不同承受应力极限的能力。形状相同，材料不同，强度就不同。
材料的连接方式：不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样。
作业： 收集桥梁结构的材料、图片等相关信息，制定桥梁结构设计方案。