桿件的四種基本變形及組合變形直桿軸向拉壓橫截面上的內(nèi)力教學(xué)設(shè)計(jì)精品

1、桿件的四種基本變形及組合變形、直桿軸向拉、壓橫截面上的內(nèi)力教學(xué)設(shè)計(jì)課題3.1 桿件四種基本變形及組合變形 教學(xué)時(shí)間 2 課時(shí)教學(xué) 目標(biāo)知識(shí)與技能認(rèn)識(shí)桿件的基本變形和組合變形；過(guò)程與方法通過(guò)分析工程實(shí)例、生活實(shí)例中的受力及變形掌握桿件的基本變 形的受力及變形特點(diǎn)；情感、態(tài)度、價(jià) 值觀通過(guò)分析工程結(jié)構(gòu)中的受力及變形并口頭描述，培養(yǎng)歸納、總 結(jié)、語(yǔ)言表達(dá)的能力；教學(xué) 重點(diǎn)1、 桿件的基本變形受力特點(diǎn)、變形特點(diǎn)；教學(xué) 難點(diǎn)1、桿件力學(xué)模型的理解2、 桿件四種基本變形的區(qū)分教學(xué)內(nèi)容及其過(guò)程一、引入手拉彈簧彈簧會(huì)發(fā)生什么變化？小朋友雙臂吊在 單杠上，人雙手撐地倒立起來(lái)，胳膊都有什么樣的感覺(jué)，胳膊的形狀有改

2、變嗎？二、導(dǎo)學(xué)提綱3.1 桿件四種基本變形及組合變形1. 桿件是指其縱向長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于橫向尺寸的構(gòu)件， 軸線是直線的桿件稱為直桿。2. 軸向拉伸和壓縮受力特點(diǎn)是直桿的兩端沿桿軸 線方向作用一對(duì)大小相等、方向相反的力；變形特點(diǎn) 是在外力作用下產(chǎn)生桿軸線方向的伸長(zhǎng)或縮短。3. 產(chǎn)生軸向拉伸變形的桿件，其當(dāng)作用力背離桿 端時(shí)，作用力是拉力（圖 a）；產(chǎn)生軸向壓 縮變形的桿 件， 其作用力指向桿端，作用力是壓力， （圖 b）。4. 剪切變形的 受力特點(diǎn)是 作用在構(gòu)件上的橫向外 力大小相等、方向相反、作用線平行且距離很近。5. 剪切變形的 變形特點(diǎn)是 介于兩橫向力之間的各 截面沿外力作用方向發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。6

3、. 剪切面是指兩橫向力之間的橫截面，破壞常在 剪切面上發(fā)生。7. 扭轉(zhuǎn)變形的 受力特點(diǎn)： 在垂直于桿軸線的平面 內(nèi)，作用有大小相等、轉(zhuǎn)向相反的一對(duì)力偶。8. 扭轉(zhuǎn)變形的 變形特點(diǎn)： 各橫截面繞桿軸線發(fā)生學(xué)生活動(dòng) 讓同學(xué)來(lái)回答 彈簧、胳膊的受 力和形狀改變。1、自主學(xué)習(xí) 自學(xué)教材、 自主 完成導(dǎo)學(xué)提綱， 記錄疑點(diǎn)或無(wú) 法解決的問(wèn)題， 為交流作準(zhǔn)備。2、組內(nèi)交流 在小組長(zhǎng)的組 織下，有序開(kāi)展 交流與探討， 共教師導(dǎo)學(xué) 通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生回 答問(wèn)題，引出物 體在力的作用下 變形是客觀存在 的，進(jìn)入課題。當(dāng)有學(xué)生問(wèn)到， 或?qū)τ信d趣的學(xué) 生可適當(dāng)介紹如 下關(guān)系： 桿件構(gòu)件 板（殼）塊體1、布置前置作業(yè) 課前精

4、心預(yù)設(shè)前 置作業(yè)，（由導(dǎo)學(xué) 提綱、探究與感 悟組成）組織學(xué) 生自主學(xué)習(xí)。相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。9. 扭轉(zhuǎn)角是指任意兩個(gè)橫截面間的相對(duì)轉(zhuǎn)角，用同解決存在的 問(wèn)題，并整理交表示。流的結(jié)果。10. 彎曲變形的 受力特點(diǎn)： 桿件受到通過(guò)桿軸線平2、巡視導(dǎo)學(xué)面內(nèi)的力偶作用，或受到垂直于桿軸線的橫向力作用 .巡視課堂，了解11. 彎曲變形的 變形特點(diǎn)： 桿件的軸線將由直線變情況，對(duì)問(wèn)題與成曲線。疑點(diǎn)積極引導(dǎo)，12. 以彎曲變形為主要變形的構(gòu)件稱為受彎構(gòu)件，適時(shí)點(diǎn)撥。對(duì)學(xué)梁是最常見(jiàn)的受彎構(gòu)件之一。困生積極鼓勵(lì)，13. 畫受力簡(jiǎn)圖時(shí)，受彎的桿件常用其軸線代替 .并適度助學(xué)。14. 組合變形是指 由兩種或兩種以上基本變形組

5、 合而成的變形。15. 斜彎曲 的 受力特點(diǎn)： 外力的作用平面通過(guò)梁 軸，但不與梁的縱向?qū)ΨQ面重合。16. 斜彎曲 的 變形特點(diǎn)： 由兩個(gè)相互垂直的平面彎3、小組展示曲組合而成，梁變形后的軸線就不在外力作用平面內(nèi)。各組依次對(duì)交17.受力特點(diǎn)： 作用在直桿上的外力作用線與桿軸流的結(jié)果進(jìn)行平行而不重合。展示，并對(duì)各組18. 偏心壓縮 的 變形特點(diǎn)： 由軸向壓縮和彎曲變形的展示作出補(bǔ)組合而成。充或評(píng)價(jià)。19. 彎扭組合變形的受力特點(diǎn)： 在桿件上作用有與 桿軸垂直的外力，同時(shí)在垂直于桿軸線的平面內(nèi)，作 用有力偶。20. 彎扭組合變形的變形特點(diǎn)： 由彎曲變形和扭轉(zhuǎn) 變形組合而成。3.2 直桿軸向拉、壓橫

6、截面上的內(nèi)力1. 內(nèi)力是指由外力（或外部因素）引起的桿件內(nèi) 各部分間相互的作用力。2. 軸力是指 在軸向拉 （壓） 桿中橫截面中的內(nèi)力。3. 當(dāng)桿件受拉而伸長(zhǎng)時(shí)， 軸力 FN 或 FN 背離截面， 軸力取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。4、自我檢測(cè)4. 繪制軸力圖時(shí)用平行于桿軸線的坐標(biāo)（ x 軸）獨(dú)立完成， 學(xué)困表示橫截面的位置，垂直的坐標(biāo)（ y 軸）表示橫截面的生可在同學(xué)助軸力，按選定的比例尺把正軸力畫在軸的上方，負(fù)軸學(xué)下完成。力畫在軸的下方。三、教師精講3.1 桿件四種基本變形及組合變形1. 軸向拉伸和壓縮【工程實(shí)例】工程中有很多桿件受軸向力作用而3、點(diǎn)評(píng)與精講產(chǎn)生拉伸或壓縮變形。 例如圖 a 所示三角

7、架， 桿 AB 受對(duì)各組討論進(jìn)行拉，桿 CB 受壓；圖 b 中的立柱則是軸向壓縮的實(shí)例。點(diǎn)評(píng)，對(duì)重點(diǎn)、還如，起吊構(gòu)件的鋼索，斜拉橋的鋼絲束，橋墩等都難點(diǎn)進(jìn)行精講，是軸向拉伸（壓縮）的實(shí)例。關(guān)鍵是建立解題根據(jù)約束類型 分析受力、 繪制 受力圖。思路。復(fù)習(xí)受力圖的相 關(guān)知識(shí)，隨時(shí)注 意前后知識(shí)點(diǎn)的 聯(lián)系。2剪切【工程實(shí)例】如圖 a 所示為一個(gè)鉚釘連接的簡(jiǎn)圖。 鋼板在拉力 F 的作用下使鉚釘?shù)淖笊蟼?cè)和右下側(cè)受力 （圖 b），這時(shí)，鉚釘?shù)纳?、下兩部分將發(fā)生水平方向 的相互錯(cuò)動(dòng)（圖 c）。當(dāng)拉力很大時(shí)，鉚釘將沿水平截 面被剪斷，這種破壞形式稱為 剪切破壞 。用力的三要素 描述作用在改 錐、方向盤上的 力

8、。復(fù)習(xí)的同時(shí)，鍛 煉學(xué)生的表述能 力。3. 扭轉(zhuǎn) 用改錐擰螺釘時(shí)，在改錐柄上手指的作用力構(gòu)成 了一個(gè)力偶，螺釘?shù)淖枇υ诟腻F的刀口上構(gòu)成了一個(gè) 方向相反的力偶，這兩個(gè)力偶都作用在垂直于桿軸的 平面內(nèi)，就使改錐產(chǎn)生了扭轉(zhuǎn)變形，如圖 a 所示。例如汽車的轉(zhuǎn)向軸（圖 b）。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤 時(shí)，相當(dāng)于在轉(zhuǎn)向軸 A 端施加了一個(gè)力偶， 與此同時(shí)， 轉(zhuǎn)向軸的 B 端受到了來(lái)自轉(zhuǎn)向器的阻抗力偶。于是在 軸 AB 的兩端受到了一對(duì)大小相等、 轉(zhuǎn)向相反的力偶作 用，使轉(zhuǎn)向軸發(fā)生了扭轉(zhuǎn)變形。扭轉(zhuǎn)角的概念，如圖4. 彎曲【試一試】?jī)墒种我话验L(zhǎng)尺子，中間放一重物， 尺子會(huì)發(fā)生怎樣的變形呢？縱向?qū)ΨQ面： 梁的橫截面

9、多為矩形、 工字形、 T 形 等（圖），它們都有一根豎向?qū)ΨQ軸，這根對(duì)稱軸與梁 軸線所構(gòu)成的平面稱為 縱向?qū)ΨQ面。平面彎曲： 梁的彎曲平面與外力作用面相重合的 彎曲。3.2 直桿軸向拉、壓橫截面上的內(nèi)力1. 內(nèi)力的概念2. 軸力的計(jì)算（1）軸力 為了顯示并計(jì)算桿件的內(nèi)力，通常采用截面法。假設(shè)用一個(gè)截面 m-m（圖 a）將桿件“切”成左右兩部 分，取左邊部分為研究對(duì)象（圖b），要保持這部分與原來(lái)?xiàng)U件一樣處于平衡狀態(tài)，就必須在被切開(kāi)處加上 桿的內(nèi)力 FN，這個(gè)內(nèi)力 FN 就是右部分對(duì)左部分的作用 力。在軸向拉（壓）桿中橫截面中的內(nèi)力稱為 軸力 。 由于直桿整體是平衡的，左部分也是平衡的，對(duì)這部 分

10、建立平衡方程：由 Fx 0 F FN 0FN F若取右部分為研究對(duì)象，則可得Fx 0 F FN 0FN F 可以看出，取任一部分為研究對(duì)象，都可以得到 相同的結(jié)果，其實(shí) FN與 FN是一對(duì)作用力與反作用力， 其數(shù)值必然相等。（2）軸力正負(fù)號(hào)規(guī)定（3）軸力的計(jì)算簡(jiǎn)捷計(jì)算法： 桿件橫截面上的軸力，等于該截面一側(cè)所有軸向 外力的代數(shù)和，即FNF外重 點(diǎn) 指 出 ：“ 背 離”、“指向”是 對(duì)所求截面而即 FN F背離 F指向式中：外力背離所求截面時(shí)取正值，外力指向所 求截面時(shí)取負(fù)值。注意：軸力的計(jì)算結(jié)果為正值時(shí)，是指軸力指向 背離截面。3. 軸力圖如圖所示，一個(gè)等截面直桿，受力F1=6kN ， F2

11、=9kN ，F(xiàn)3=3 kN 的作用，試計(jì)算各段的軸力并繪制軸力圖。重點(diǎn)指出： （1）根據(jù)什么劃 段：力的作用點(diǎn)； （ 2） 為何分 為 AC ， CB 兩段： 在 AC 段（或 CB 段）內(nèi)任意截面 的計(jì)算結(jié)果相 同。解：（1）根據(jù)各力的作用點(diǎn)將桿件分為AC ，CB兩段，分別計(jì)算各段的軸力（2）用簡(jiǎn)捷計(jì)算法計(jì)算軸力根據(jù) FN F背離 F 指向AC 段內(nèi)取任意截面 1-1，向左看：FN1 F1 6KNCB 段內(nèi)取任意截面 2-2，向左看： FN 2 F1 F2 6 9 3KN（ 3）畫軸力圖（圖 b） 四、練一練1. 分析圖示建筑工程結(jié)構(gòu)的受力及變形：（ 1）屋架上的檁條可根據(jù)學(xué)生情況 采用不同形式： （1）直接分析受2）廠房的牛腿柱力（作用點(diǎn)、方 向）； （2）教師給出受 力分析，讓學(xué)生 判斷對(duì)錯(cuò)。3）雨篷2. 例題中，計(jì)算軸力時(shí)從截面 1-1，截面 2-2 如均向右看：FN1FN2五、探究與感悟 1、探究：建筑工程還存在哪些變形。 2、感悟：建筑工程中的各種變形與什么有關(guān)。 六、布置作業(yè)課本作業(yè)： P90