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单元结构与设计一、常见结构的认识

世界上任何事物都存在结构，结构多种多样且决定着事

物存在的性质。本节内容通过放映蜂窝、鹰的身体等结构图，

通过对自然界中形形色色的结构的分析和研究 , 使学生明白“结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列”。

要让学生知道为什么要学习“结构与设计”，自然界中形形

色色的结构给了人们无限的创造灵感和启示。人们将其成果

应用到技术领域 , 是为了更好地服务于人类。本课时还要讲

解构件的基本受力形式：拉力、压力、剪切力、扭转力和弯

曲力，讲解应力概念。从认识常见的结构开始，通过学生熟

悉的事例，展开技术视野中的力与结构讨论。让学生进行压

力试验，如比较不同形状的纸板承受压力的大小试验、鸡蛋

或乒乓球承压试验等，通过有趣的小试验，强化对不同类型

结构的特点的理解。不要求学生作进一步的结构受力分析，

不要求画结构的受力图。

教学重点是结构概念，教学难点是学生对应力概念的理解。

教学目标：

了解结构的含义。

从力学的角度了解结构的概念。

了解结构的类型，能对简单的结构实例进行分类。

通过学习“鹰眼与导弹跟踪系统”等案例，激发学生的学习激情和兴趣。

课时安排： 2 课时。

教学过程：

一、无处不在的结构：

引导学生观察结构图，分析蜂窝、鹰的身体的结构。

要求学生说出蜂窝、鹰的身体结构的优点在哪里。结

构的含义

结构是指事物内部的组成、排列及其相互之间的关系。在技术领域，结构是指物体的各组成部分之间的搭配和排列，确定的搭配和排列决定了物体的性质和形态。结构的各组成部分，通常称为构件。例：人体结构，分子结构，阶级结构，的结构，汽车结构，桌子结构，地球结构等。

结构的本质：物体会受到各种各样的力，结构是可承受一定力的架构形态，可用来抵抗引起形态和大小改变的力。简单地说，结构是为了承受力和抵抗变形，这便是结构的本质。

让学生阅读案例：

鹰眼与导弹跟踪系统。

让学生思考：

⑴阅读案例以后，你最想说的是什么？

⑵为什么要研究结构？

什么要学构？

系的功能其构有着的依性。所以有人，构不是事物存在的形式，更是事物特性的依据。

在自然界，相同的物，不同的构，表出不同特性的象可。

⑴同是水，有液、气、固；⑵同是碳，但有最硬的固体

金石和最的固体石墨

存在；

⑶化学有机物构不同性不同；

⑷同的六个字“ 个人表好”“ 个人好表”，

但因排列不同，就形成了一褒一；

⑸用同的材料，做出的构不同的小板凳就会有不同的特性，有的，有的不；

⑹各种材料成构可以使“死的”材料成“活的”机器。如：机、子算机??

构不合理就会生重的后果，如断、屋塌??所以我学构，将来去造构。

什么是工程构？

工程构是指能承受和外加荷的承力系，包括杆、板、壳等构件及其合体。也就是，工程构可以是个的构件，如：一根杆，一板，一条，也可以是一个由不同构件合起来的合体。如：一座，一桌子，一

架飞机等，它们都可以叫做工程结构。技术课主要研究工程

结构，简称结构。

几个重要概念

⑴铰接：桁架全由三角形组成，接头全为旋转接头，称

为铰接。

⑵架构：物体的主体框架与构造形式。⑶构件：组成结

构的各组成部分。可以是一个零件，也

可以是多个零件的组合。

二、结构与力

从力学角度来说，结构是指可承受一定力的架构形态，

它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。

当一个结构受到外力作用时，内部各质点之间的相互作

用会发生改变，产生一种抵抗的力，称为内力。应力是构件

的单位横截面上所产生的内力。当应力达到某一极限时，结

构就会遭到破坏。

受力形式

工程结构承受的外力有各种各样，但以它们对结构的影

响来说，主要有以下几种。

拉力：结构承受拉伸时，作用在结构上的力是一对方向

相反，作用线与拉杆轴线重合的集中力，方向背离杆的底面。其受力实例是吊车的吊绳。

压力：结构承受压缩时，作用在结构上的力是一对方向

相反，作用线与压杆轴线重合的集中力，方向指向杆的底面。如液压机的顶杆工作时就是受压。

剪力：结构在受剪切时，结构所承受的力是分别作用在

构件相对的两个面上，方向相反，作用线错开微小距离的两

个平行力。连接剪刀两个部分的销钉在剪刀工作时就是承受

的剪切力，其受力模型如图。

扭转力：承受扭转的构件一般都称为轴。它承受的外力

是一对作用在轴两端面内，转向相反的力偶矩。

弯曲力：承受弯曲载荷的构件，一般称为梁。梁在承受

弯曲时，受力情况比较复杂，其中一种载荷叫做弯矩。它是

作用在过梁的轴线且与横截面垂直的平面内的力偶矩。其作

用力是使梁产生弯曲变形。

结构受载荷实例：

任何结构承受的外载荷，都是拉、压、剪、扭、弯中的

一种或几种的组合。工程结构的主要功能就是承受和传递各

种形式的外载荷，保证结构的可靠工作。

秋千的吊索，主要承受拉力；

桥梁的桥墩，主要承受压力；

连接齿轮和轴的键，主要承受剪力；

汽车方向盘的轴，主要承受扭力；

单杠的杠体，主要受弯力；

吊扇旋转，吊杆主要受扭力和拉力；

为了保证结构的正常工作，这些构件必须有对于主要载

荷的足够的承载能力。这是结构设计中必须考虑的重要问

题。

典型结构分析

单杠结构分析

⑴各部分名称：杠体，立柱和拉杆。

⑵杠体的受力与变形：杠体总是朝着人体所在的瞬间位

置的方向上发生弯曲。——弯曲力

⑶立柱、拉杆的受力与变形：

立柱：静止时受压力；当人在运动时，对立柱产生弯矩，使立柱弯曲变形。——怎样做才能保持单杠稳定？

拉杆：人在运动时，拉杆起到辅助立柱抗变形作用。

棚室屋架结构分析

⑴棚室荷载与立柱受力：永久性荷载和可变性荷载。

⑵梁的受力：梁的上部，受压力，材料被挤压；下部，

受张力，材料被拉伸。防止弯曲变形大的方法：增加支撑点。

⑶拱结构的应用

拱结构：中间高四周低，呈弧形的曲面。

应用：在跨度较大的情况下，建筑物多采用拱结构。这

样的结构既有利于承载，又美观。

三、常见结构的类型

实心结构

⑴ 心构通常是指构体本身是心的构。房屋的体、水的大、古代的城等，都属于心构。

⑵几何特征及受力：几何外形，通常有杆、板、体等之分。它的受力特点是能承受大的力，外力分布在整个体中。

框架构

⑴框架构通常是指构体由的构件成的构。教室的窗常用木框架，蔬菜大棚的棚体、建筑用脚手架、塔等都是框架构。

⑵ 成：由梁、柱、杆、管等成，也有用板件成的。

里的杆或板，可以是心的，也可以是管材。

⑶几何特征及受力：几何外形复，其特点是支撑空而不充空，能承受垂直和水平荷。依据功能和使用条件的不同，可以置成不同框架的合。

壳体构

⑴常物品：水杯、文具盒、装甲、油罐、蛋、西瓜??

⑵ 构特征：壳体内空，受力合理、形定。壳的几何形状有折式的、弧形的和拱形的等。

⑶受力特点：壳受冲力，外力由弧面整体分担承受，抵抗形。

合构

⑴在日常生活中我们常见的结构大部分都是组合结构，如：大坝都是拱形和实心结构的组合体；圆顶大厦的顶部都是框架结构和壳体结构的组合。

⑵结构的类型种种：缆索结构、桁架结构、空间桁架结构、球形空间桁架结构等。

⑶组合结构的受力：复杂。

思考、马上行动、练习和综合实践活动，为学生学习的形成性评价提供了可能，根据学生练习过程中的反馈信息，评价学生和调整课堂教学。

黄育稼工作室