“稳固结构的探析”——第1课时的教学设计

2018-07-31

  (师):好,同学们,这是我营造的一个稳定的例子。然而,在日常生活中,我们看到的却是许多不稳定的现象:台风过后,被吹倒在地的广告牌,三轮车因货物堆的过高而翻倒,自行车碰翻倒地……

  这些都是当物体受到外力作用时,原有的平衡状态被打破而出现的不稳定现象;但是在刚才的试验中,我特地对乒乓球也施加了外力作用,对它的平衡状态进行干扰,但是它并没有出现不稳定而倒下。所以说明了这样一个问题:结构体维持原有平衡状态的能力或本领是不同的。

  由此引出稳定性的概念(结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。)

  (板书)结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。

  (师):当一个物体的结构不能有效地抵抗外力对其自身平衡的影响,那么该物体就很难承受负载而保持平衡。

提出问题:结构体自身维持平衡状态的本领是各有不同的,那么有哪些因素会影响到结构体的平衡性呢?

分组讨论:指出广告牌,落地灯,底小口大的空竹篓有可能会受到哪些力的作用而出现不稳定的现象,并根据你的生活经验,简要说明理由。

通过讨论,从而引出影响稳定性的主要因素(重心位置高低,支撑面大小,物体形状)。

  (板书)影响稳定性的主要因素

  (板书)1.结构的重心

  一般,物体重心越低,稳定性越好。

  提问:可以通过哪些措施或方法来降低重心,提高稳定性?一般,学生结合自己学过的物理知识,可以回答到两点:物体的高度不可设计过高;上轻底重。教师可以做补充发挥:重心的投影应落在结构体的底面内部,教师可以向学生做演示试验。

  另外要重点补充的是:重心与接触面(接触点)的位置关系。重心与接触点的三种不同的位置,牵涉到三种不同的平衡:不稳定平衡,随遇平衡,稳定平衡。

  图中矩形代表标尺,红点代表重心,蓝色圆点是固定点,标尺在固定点的作用下可在竖直平面内自由转动。

(图略)

(不稳定平衡)       (随遇平衡)           (稳定平衡)

  这三种平衡的稳定性比较:不稳定平衡<随遇平衡<稳定平衡。并且解释一开始做的“走钢丝”演示试验中,为什么乒乓球下面挂了一个大钩码以后,就可以立稳在细线上了(稳定平衡,乒乓球与钩码的整体重心位于细线的下方)。

(板书)探究:易拉罐的重心与稳定性的关系。

试验准备:易拉罐1只,一易拉罐清水,烧杯1只(可以用其他盛水器皿代替)

试验过程:

  (1)       先往易拉罐中灌满水,然后按照下图竖立易拉罐,发现此时易拉罐无法保持平衡。

  (2)    向盛水器皿中倒掉一部分水,再按照上图竖立易拉罐头,不行的话,再倒掉一部分水,再竖立易拉罐……

  (3)   发现当易拉罐中留有一定数量水的时候,易拉罐就可以立稳在桌面上,通过试验找出这个水量。

(板书)2.结构体的底座

  一般,结构与地面接触所形成的支持面越大,稳定性越好。解释:因为这块面积越大,重心的投影就越容易落在里面,从而可以达到稳定。

举例:宝塔为什么上端小,下端大?建造高层建筑物时,为什么它的地基做的很大而且很深?

2/3