第二章形状与结构

形状与抗弯曲能力
4、用同样的材料做电线杆，做成（
较好。 A、空心的方形的
B ）比
B、空心的圆形的
C、实心的圆形的
形状与抗弯曲能力
5、将同一块砖按照下图中三种不同 的方式放置，最稳定的是（ A、 B、 C、
B ）。
6、下列有关物体抗弯曲能力的说法中正确的是（
C
）
Ａ、物体抗弯曲能wenku.baidu.com只与物体的厚度有关
实验中改变的条件
实验中不变的条件
增加横梁的厚 度能明显提高它 的抵抗弯曲的能 力
总结：增加纸的厚度和宽度都可以
使纸梁抗弯曲能力增强
用你自己的塑 料尺试一试
你觉得增加厚度和增加 宽度，哪一个效果更明 显呢？
我们惊奇的发现：
增加厚度更有效！！！
• 你能用我们今天学过的知识说 说你安放的理由吗？ 横梁平着放好， 还是立着放好？
龟壳拱形 贝壳圆顶形、弧形
蛋壳球形
• 人们发现，蛋壳、蚌壳本身是很薄的，但 是这样的外形却使它们变的坚固起来。从 外观看，这些薄壳结构有的像半球形，有 的像圆球形，有的像不规则但非常美丽的 弧形。尽管它们形态各异，却都有着共同 的力学特征。薄壳结构在受到外力作用时， 能够把力沿着整个壳体表面向四周均匀传 递，使壳体上单位面积受的力并不大。更 为重要的是，在壳体上不存在作用力集中 于一个地方的情况。
Ｂ、物体抗弯曲能力只与物体的形状有关
Ｃ、物体抗弯曲能力与物体的形状和厚度都有关系
改变形状，可以增强材料的抗弯曲能力
第二单元 构
形 状 与 结
3、拱形的力量
观 察
赵州桥
河北省赵县的洨河上，有一座世界闻名的石拱桥，叫安济 桥，又叫赵州桥。它是隋朝的石匠李春设计和参加建造的，到现 在已经有一千三百多年了。 赵州桥非常雄伟。这么长的桥，全部用石头砌成，下面 没有桥礅，只有一个拱形的大桥洞，横跨在三十七米多宽的河面 上。大桥洞顶上的左右两边，还各有两个拱形的小桥 洞。平时，河水从大桥洞流过，发大水的时候， 河水还可以从四个小桥洞流过，这种设计，在 建桥史上是一个创举，既减轻了流水对桥身的冲 击力，使桥不容易被大水冲毁，又减轻了桥身的重量， 节省了石料。 赵州桥表现了劳动人民的智慧和才干， 是我国宝贵的历史遗产。
你有什么感受？有 什么想法呢？
横梁
立 柱
桥梁和房屋在结构上， 有什么相似的地方？
思考 柱子和横梁哪个容易弯曲断裂?
横梁比柱子容易弯曲和断裂
湖南株洲桥 高架坍塌， 40人遇难。
九四江广 人辆大东 遇车桥九 难坠垮 河塌 ，，
美国一桥梁坍塌， ５０多辆汽车坠河, 造成至少6人死亡。
结构
拱形 拱形
汽车上有很多拱形结构，例如很多汽车的 车顶就采用了拱形结构，这样可以提高车身 的强度和受撞击时的承受力，还可以保持 车身不变形。同时，车顶采用拱形结构增加 了车体的美观，提高了内部空间的高度， 增强了舒适性。
球形
我们还能举出哪些类似拱形的形状？
悉尼歌剧院 中国国家大剧院
它们的一个共同特点是内部空间很大但 没有柱子，这正是它们形状和结构的优 点所在。
学道理
塑料饮料瓶的观察记录表
上部 形状 最厚的地方 最硬的地方 最薄的地方 最软的地方 中部 底部
分部分观察、用手捏的研究方法
学道理
塑料饮料瓶的观察记录表
C、纸的宽度
D、纸的长短
E、单个垫圈的轻重
横梁的抗弯曲能力与哪些因素有关？
横梁的材料、 横梁的长短、 横梁的宽度、 横梁的厚度。
我们发现： 纸梁的宽度与抗弯曲能力的关系是？
纸梁的宽度增加，抗 弯曲能力也会增加
纸梁的厚度与抗弯曲能力的关系是？ 纸梁的厚度增加，抗 弯曲能力会大大增加
增加横梁的厚度比增加横梁的宽 度能更有效地提高横梁的抗弯曲 能力。
架空的距离不变；放垫圈的位置不变。 按上图所示改变纸的形状；在不改 变上面条件的前提下进行实验，记 录实验数据。
改变形状，可以增强材料的抗弯曲能力。
｛
特点：改变了形状， 增加了厚度，大大增 强抗弯曲能力。节省 材料。
瓦楞纸
léng
形状与抗弯曲能力
判断：
1、增加厚度可以增加材料的抗弯曲能力，
这是一种好办法。（ √ ） 2、改变材料的形状，可以改变它抵抗弯曲
球壳本身不厚、很薄、较软
试一试，三个这样的乒乓球壳扣 在桌面上能承载多大的压力？
可以放很重的书、能承载很重的力。 乒乓球壳是圆顶形，可看作是拱形 的组合，它承受压力大；受压时还 没有向外的推力
用手使劲捏、压一个完整的乒 乓球，容易压瘪吗？
感觉很硬、乒乓球纹丝不动
观察圆顶形的受压情况
形状 实验方法 承受的书本数 形状是否发生 改变 我们的发现
实验中不变 纸的材料、长度、厚度，纸架空的 的条件 间距，纸的弯曲程度，单个垫圈的 重量，放垫圈的位置等
增加横梁的宽 度能提高它的抵 抗弯曲的能力
实验二 纸的厚度与抗弯曲能力
怎样表示增加了纸梁的厚度？
厚度对抗弯曲能力的影响
实验内容
我们的猜测
纸的厚度与抗弯曲能力
纸的抗弯曲能力与纸的厚度有关。 纸的厚度（1倍厚，2倍厚，4倍厚） 纸的材料、长度、宽度，纸架空 的间距，纸的弯曲程度，单个垫 圈的重量，放垫圈的位置等
O
口
工
U
W
L
改变形状，既节省了材料， 又增强了抗弯曲能力。
纸梁的形状与抗弯曲能力有什么关系？ 实验：把纸折成不同的形状，测试它们 的抗弯曲能力。 思考：哪些条件不能改变？
实验时，我们应注意：
1. 只能改变纸的形状，不能改变桥墩 的距离和高度，不能 改变纸的厚度 长度和大小。 2. 每张纸只能使用一次，不能反复或 合在一起使用。 3. 垫片应尽量放在纸桥中间的位置， 要轻轻地放。 4. 使纸碰到桌面的那个垫片不能记
压 力 拱形结构承载重力 有什么特点？
拱形受竖向压力时， 同时要产生向两边的 水平推力，把受到的力向 下向外传递给相邻的部分。
我们知道哪些 拱形建筑 黄土高原上的窑洞
古 代 拱 门
现代拱形屋顶
这些物体的形状可以叫做什么形状呢？ 它们与拱形有相似的特点吗？ 球形
球形 圆弧形
圆弧形 圆顶形 圆顶形
形状 最厚的地方 上部 圆顶形 瓶口 底部 内凹 表面环状的拱 类似圆顶形 最薄的地方 瓶身 形 中部 瓶身圆柱形
最硬的地方
瓶口
最软的地方
瓶身
这些都与瓶子承受力的需要有关
塑料瓶的形状设计包 含着哪些科学道理
1、圆柱形受压均匀 而不会变形；2、圆柱形省料。 3、几何形状可减少瓶之间的空 间，运输时安全、节省空间。 4、 瓶子的花纹起到防滑的 作用。
形状与抗弯曲能力
实验题：
为了增强薄形材料抗弯曲的能力，我们可以将材料做成 哪些形状，请画出来。
W
实验名称：
实验需要材料
纸的形状与抗弯曲能力的关系。
5张同样大小、厚薄的纸；相同大小 垫圈若干个；科学书4本；直尺一根
需要改变的条件：
不改变的条件： 垫起纸高度不变；弯曲的标准不变；纸
操作方法：
实验结果：
的能力。（ √ ）
3、大小相同的同一种纸，做成不同形状， 它们的抗弯曲能力是不同的。（ √ ）
判断：
形状与抗弯曲能力
4、火车轨道用的钢轨是一种形状稍微变化
了的“工”字形钢。（√
关没有其他原因。（× ）
）
5、瓦楞纸板抗弯曲能力强弱与纸的厚度有
6、要提高材料的抗弯曲能力，可以增加材
料的厚度也可以改换材料。（
三、了解生物体中的拱形结构
• 人们利用拱形、圆顶形、球形、圆 弧形的特点创造了很多人造物体， 在自然界，有没有天然的拱形呢？ • 我们自己身上有拱形结构吗？ • 你了解生物体构造中的结构与功能 吗？ • 阅读课文第三部分。
保护胸腔中的内脏
肋骨 拱形
保护大脑
头骨 球形
足骨 拱形
承载重量
这些外壳的形状对生物本身有什么意义
特点：桥下空间高，便于船的通行。
赵州桥
桥面在拱形下方
特点：桥板拉住了拱足，抵消拱向外的推 力，减少了桥墩的负担。桥面也比较低而且 平坦，方便通行。
拱有向外的推力
桥面可以拉住拱向外的推力
西藏拉萨铁路大桥
悉尼大桥
解释西瓜皮拱为什么不挎呢？
西瓜皮拱不挎的原因： 因为西瓜皮拱把受到的力向下 向外传递给相邻的部分，拱形各部 分相互挤压，结合得更紧密。所以 西瓜皮拱不会挎。
C ）。
A、只与材料厚度有关B、只与材料宽度有关 C、与材料宽度和厚度都有关
2、材料的厚度和宽度，材料（ B ）地影响抵抗弯曲的能力。
A、同样程度 B、厚度更多 C、宽度更多
3、在研究纸的宽度与抗弯曲能力的关系时，要改变的条件是（B ）。 A、纸的厚度 B、纸的宽度 C、纸的长短
4、在研究纸的厚度与抗弯曲能力的关系时，要改变的条件是（ C ）。 A、纸的材质 B、纸的宽度 C、纸的厚度
这些建筑在形状上有什么共同之处呢？
观察思考： 把拱足固定，纸拱能承载多大的重量。
我们看看截取的几个图片，比较一下。
拱形承重的秘密：
拱形承载重量时，能把压力向下向外传递给相 邻的部分，拱形各部分相互挤压，结合得更加紧密。 拱形受压会产生一个向外推的力，抵住这个力， 拱就能承载很大的重量。
桥面在拱形上方
横梁立着放好，因为立着放增 加了厚度，桥梁抗弯曲能力大大 增强。
总结拓展 实战练习
判 断 1、纸的厚度与抗弯曲能力成正比。（ × ） 2、梁平放比立放更能承受巨大的压力。（ × ） 3、横梁比柱子容易弯曲和断裂。（ √ ） 4、两张纸的抗弯曲能力一定比一张纸强。（ × ）
抵抗弯曲
1、材料的抗弯曲能力（
想一想 横梁的抗弯曲能力与哪些因素有 关呢？
横梁的抗弯曲能 力与材料、长短、 宽度和厚度等因 素有关。
实验一 纸梁的宽度与抗弯曲能力
螺丝帽的个数代表 抗弯曲的能力
分别选用不同 宽度的纸条
2cm
10cm 刚接触桌面为准
宽度对抗弯曲能力的影响
实验内容 纸的宽度与抗弯曲能力
我们的猜测 纸的抗弯曲能力与纸的宽度有关。 实验中改变 的条件 纸的宽度（1倍宽，2倍宽，4倍宽）
√
）
选择：
形状与抗弯曲能力
1、下面三种形状中的（ C ）是增强抗弯 曲能力实验中抗弯曲能力最强的。
A、
B、
C、
选择：
形状与抗弯曲能力
2、下面三种形状中的（ B
）是增强
抗弯曲能力实验中抗弯曲能力最弱的。 A、 B、 C、
选择：
形状与抗弯曲能力
3、研究发现，改变了纸的形状后，纸的 抗弯曲能力（ B）。 A、增强 B、改变 C、减弱
什么是圆顶形和球形？ 圆顶形 拱形 球形
一条西瓜状
半个西瓜状
一个西瓜状
一、了解圆顶形和球形承受力的特点 圆顶形 球形
阅读课文第一部分
观察剖开的乒乓球壳，看看、 捏一捏，它的厚薄、软硬怎样？
试一试，三个这样的乒乓球壳扣 在桌面上能承载多大的压力？
用手使劲捏、压一个完整的乒 乓球，容易压瘪吗？
观察剖开的乒乓球壳，看看、 捏一捏，它的厚薄、软硬怎样？
旋转
用纸条弯 成弓形，几个 相同的拱形可 以拼成一个半 圆形
拱形承重时拱脚是要用力抵住的， 圆顶形还需要抵住吗？
组合成半球形的拱足之间可看做是紧紧相连 的，所以不产生外推力。
拱形 横向轴 拱脚连线 旋转
球形与拱形有 哪些相似的地方？ 试着解释球形承载 压力的特点。
球形
拱形 横向轴 拱脚连线 旋转 球形是以拱脚连线为 轴旋转形成的，球形在各 个方向上都可以看成拱形， 这使得它比任何形状 都 要坚固。
鸡蛋能承受多大的力，其形状有什么意义
当鸡蛋均匀受力时，可以承受34.1 千克的力呢！ 鸡蛋具有如此大的承受 力，是与它特有的蛋形曲线和科学的 结构分不开的。奇妙的鸡蛋为我们展 现了以最少的材料造出最大的空间， 并承受很大的力的大自然的杰作。一 个鸡蛋长为4厘米，而蛋壳厚度只0.38 毫米，厚度与长度之比为1∶130，以 现在，像鸡 其特有的蛋形曲线塑造了它的外形。 蛋那样的仿 具有曲线的外形，厚度又很薄，主要 蛋建筑已经 承受压力的结构在建筑上叫薄壳结构。 很普遍了
25本
圆顶形
纹丝不动 圆顶形可以看做是 拱形 的 组合，它承受的压力大 但 受压时 不 产生向外的推力
拱顶 拱形
拱脚 圆顶形
圆顶形与拱形 有哪些相似的地方？ 试着解释圆顶形承 载压力的特点。
拱顶
纵向轴
拱形以拱顶和拱 脚中心连线为轴旋转， 就成了圆顶形。
拱脚中心 圆顶形可以看成是若干个拱 形的组合，它有拱形承载压 力大的特点，而且不产生向 外推的力。
抵抗弯曲
5、在研究纸的宽度与抗弯曲能力的关系时，下列条件不变的是（ A ）。 A、纸的长度、厚度 B、纸的长、宽、厚度 C、纸的宽度
6、在研究纸梁的宽度与抗弯曲能力的关系时，要改变的条件是（ C ）。 在研究纸梁的厚度与抗弯曲能力的关系时，要保持不变的条件是（ACDE ）。
A、纸的材质
B、纸的厚度