第一單元 常見結(jié)構(gòu)的認(rèn)識

1、 四個主題都是專題性技術(shù)設(shè)計(jì)四個主題都是專題性技術(shù)設(shè)計(jì), , 它們具有典型意它們具有典型意義義, , 并與技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)聯(lián)。學(xué)習(xí)這些技術(shù)與設(shè)并與技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)聯(lián)。學(xué)習(xí)這些技術(shù)與設(shè)計(jì)的基本思想和基本方法計(jì)的基本思想和基本方法, , 將使我們終身受益。將使我們終身受益?？刂婆c設(shè)計(jì)控制與設(shè)計(jì)技術(shù)與設(shè)計(jì)技術(shù)與設(shè)計(jì)2結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)一、常見結(jié)構(gòu)的認(rèn)識第一單元 結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)二、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的探析三、簡單結(jié)構(gòu)的制作四、經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞一、常見結(jié)構(gòu)的認(rèn)識 在自然界，相同的物質(zhì)，不同的結(jié)構(gòu)，在自然界，相同的物質(zhì)，不同的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出不同特性的現(xiàn)象處處可見。表現(xiàn)出不同特性

2、的現(xiàn)象處處可見。1 1 、無處不在的結(jié)構(gòu)、無處不在的結(jié)構(gòu) （1 1）自然界的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象）自然界的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象l每個蜂房呈大小相等的六棱柱體。l使用最少的蜂蠟制作盡可能寬敞的空間。l這些蜂巢組成底盤的菱形的所有鈍角都是109度28分，所有的銳角都是70度32分。制成最大的菱形容器正是這個角度。蜘蛛網(wǎng)蜘蛛網(wǎng):任意兩個節(jié)點(diǎn)都能找到一條可通過的路徑任意兩個節(jié)點(diǎn)都能找到一條可通過的路徑 雖然貝殼的主要成分是碳酸鈣，但貝殼分泌的珍珠母，能實(shí)現(xiàn)“混凝土-磚頭”結(jié)合一樣的功效。 而且貝殼的形狀，在抵御壓力上是顯著的。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（structure）是指事物的各個組成）是指事物的各個組成部分之間有序的部分之間有序的搭配

3、和排列搭配和排列。世界上任。世界上任何物體都存在結(jié)構(gòu)何物體都存在結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)多種多樣且決定結(jié)構(gòu)多種多樣且決定著事物存在的性質(zhì)。著事物存在的性質(zhì)。 形形色色的結(jié)構(gòu)給了人們無限的創(chuàng)造靈感和啟示，通過對自然界中結(jié)構(gòu)的分析和研究，人們將其成果應(yīng)用到技術(shù)領(lǐng)域，更好地服務(wù)人類。大自然是最完美的設(shè)計(jì)師 人們仿蜂巢構(gòu)造用各種材料制成蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)板，強(qiáng)度大、重量輕、不易傳導(dǎo)聲和熱，是建筑及制造航天飛機(jī)、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材料。 案例案例1 根據(jù)蒼耳子的結(jié)構(gòu)，發(fā)明了簡單實(shí)用的尼根據(jù)蒼耳子的結(jié)構(gòu)，發(fā)明了簡單實(shí)用的尼龍搭扣用以代替紐扣、拉鏈等。龍搭扣用以代替紐扣、拉鏈等。案例2 人類飛翔的夢想源于展翅高飛的人

4、類飛翔的夢想源于展翅高飛的鳥，鳥因?yàn)橛兴杂闪鲿车捏w形和翅鳥，鳥因?yàn)橛兴杂闪鲿车捏w形和翅膀結(jié)構(gòu)膀結(jié)構(gòu). . 飛機(jī)原型源于飛鳥形體結(jié)構(gòu)的仿生。飛機(jī)原型源于飛鳥形體結(jié)構(gòu)的仿生。鳥與飛機(jī)鷹眼鷹眼與導(dǎo)彈跟蹤系統(tǒng)與導(dǎo)彈跟蹤系統(tǒng)“鷹眼”導(dǎo)彈系統(tǒng)能自動尋找、識別、跟蹤、打擊目標(biāo)。（2）在技術(shù)領(lǐng)域，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)更是豐富多彩。（一把錘子、一輛汽車、一座橋、一幢房子都具有特定的結(jié)構(gòu)）（3 3）在社會領(lǐng)域）在社會領(lǐng)域-也普遍存在著結(jié)構(gòu)現(xiàn)象也普遍存在著結(jié)構(gòu)現(xiàn)象u一篇文章的內(nèi)容結(jié)構(gòu);u一家企業(yè)的人員結(jié)構(gòu)人員結(jié)構(gòu); ;u班級結(jié)構(gòu) 同樣是六個字- “這個人表現(xiàn)好” “這個人好表現(xiàn)” 一褒一貶； -排序不同，結(jié)構(gòu)就不同，性質(zhì)

5、也就不同。結(jié)構(gòu)影響事物的性質(zhì)和功能結(jié)構(gòu)影響事物的性質(zhì)和功能魁魁北北克克大大橋橋 1907年，加拿大魁北克大橋的坍塌，被列為20世紀(jì)十大技術(shù)失誤之一。 啟示：啟示：結(jié)構(gòu)影響設(shè)計(jì)的性質(zhì)和功能，結(jié)構(gòu)影響設(shè)計(jì)的性質(zhì)和功能，在技術(shù)領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)方面存在的小問題也許就會結(jié)構(gòu)方面存在的小問題也許就會導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。 因此，合理的結(jié)構(gòu)是事物存在的基礎(chǔ)，卓因此，合理的結(jié)構(gòu)是事物存在的基礎(chǔ)，卓越的結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)者和制造者的重要追求。越的結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)者和制造者的重要追求。分析椅子和橋的共同之處分析椅子和橋的共同之處: 結(jié)構(gòu)定義結(jié)構(gòu)定義：從力學(xué)角度力學(xué)角度來說，結(jié)構(gòu)指可承受一定力的架構(gòu)形態(tài)，它可以抵抗能

6、引起形狀和大小改變的力。2 2、結(jié)構(gòu)與力、結(jié)構(gòu)與力一個較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)由許多不同的部分組成，一個較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)由許多不同的部分組成，組成結(jié)構(gòu)的每一個部分稱為構(gòu)件。組成結(jié)構(gòu)的每一個部分稱為構(gòu)件。輻條、輻條、輪胎、輪胎、車圈、車圈、氣門氣門等構(gòu)件組成。等構(gòu)件組成。自行車的車輪由自行車的車輪由 一個設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能承受外界的各種作用力一個設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能承受外界的各種作用力,抵抗各抵抗各種變形，因此，我們需要了解作用在結(jié)構(gòu)上的各種力。種變形，因此，我們需要了解作用在結(jié)構(gòu)上的各種力。一個火腿腸，如何在中間截為兩段？用工具：空手：空手： （1 1）刀切開 （2 2）剪刀剪開（3 3）掰彎）掰彎 （4

7、4）扭斷）扭斷 （5 5）拉斷）拉斷馬上行動馬上行動: : 請連線請連線閱讀案例：魁北克大橋的坍塌。分析大橋坍塌的原因是什么？設(shè)計(jì)師擅自改變橋的結(jié)構(gòu)。為什么改變橋的結(jié)構(gòu)會造成塌陷呢？ 因?yàn)?，不合理的結(jié)構(gòu)會使結(jié)構(gòu)或材料所受到的外力超過其承受的極限。不同材料的應(yīng)力不同，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一極限值時(shí)，結(jié)構(gòu)就會遭到破壞?！抉R上行動】填空： 在上圖中，吊蘭的支撐架承受 ，橋墩承受來自橋面、橋上負(fù)載的 ，兩端被托住的橋梁受到 。拉力拉力壓力壓力支撐力支撐力 觀察右圖觀察右圖,說明說明 石磨的推桿為石磨的推桿為 什么要用一根什么要用一根 繩子吊起來。繩子吊起來。 探究：探究：1、保持人在推磨過程時(shí)推桿始終在平行于

8、地面的平面、保持人在推磨過程時(shí)推桿始終在平行于地面的平面上運(yùn)動；改變了人推磨時(shí)的用力方向，只需前推與后拉，上運(yùn)動；改變了人推磨時(shí)的用力方向，只需前推與后拉，使推磨更輕松使推磨更輕松2、防止推桿彎曲變形?？梢猿休d一些推桿的重力、防止推桿彎曲變形?？梢猿休d一些推桿的重力（1）實(shí)體結(jié)構(gòu)）實(shí)體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體本身是實(shí)心的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體本身是實(shí)心的結(jié)構(gòu)受力情況：外力分布在整個體積中，如大壩、實(shí)心墻、受力情況：外力分布在整個體積中，如大壩、實(shí)心墻、實(shí)體物實(shí)體物3 3、結(jié)構(gòu)的類型、結(jié)構(gòu)的類型（2 2） 框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗壓抗拉特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗壓抗拉缺點(diǎn)：構(gòu)件損害對整體有嚴(yán)重影響。缺點(diǎn)：構(gòu)件損害對整體

9、有嚴(yán)重影響。例子：窗戶、畫框、房子的結(jié)構(gòu)。例子：窗戶、畫框、房子的結(jié)構(gòu)。由細(xì)長的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)由細(xì)長的構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)（3 3） 殼體結(jié)構(gòu)殼體結(jié)構(gòu)殼體結(jié)構(gòu)通常是指層狀的結(jié)構(gòu)殼體結(jié)構(gòu)通常是指層狀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：空間大、抗上壓，受力均勻特點(diǎn)：空間大、抗上壓，受力均勻缺點(diǎn)：制作難度大缺點(diǎn)：制作難度大例子：頭盔、汽車、飛機(jī)的外殼例子：頭盔、汽車、飛機(jī)的外殼受力特點(diǎn)：外力作用在結(jié)構(gòu)體的表面上。特別是當(dāng)頂部受到壓受力特點(diǎn)：外力作用在結(jié)構(gòu)體的表面上。特別是當(dāng)頂部受到壓力時(shí)，它能將力均勻擴(kuò)散。力時(shí)，它能將力均勻擴(kuò)散。埃菲爾鐵塔埃菲爾鐵塔在實(shí)際生活和生產(chǎn)在實(shí)際生活和生產(chǎn)中，很多物體的結(jié)構(gòu)是中，很多物體的結(jié)構(gòu)是由兩種或

10、兩種以上的基由兩種或兩種以上的基本結(jié)構(gòu)類型組合而成。本結(jié)構(gòu)類型組合而成。國家歌劇院國家歌劇院1.1.結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性2.2.結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度3.3.結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)與功能二、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的探析 在日常生活中，我們時(shí)常會看到翻到在地的物體。在日常生活中，我們時(shí)常會看到翻到在地的物體。是什么原因出現(xiàn)了圖上所示的現(xiàn)象？是什么原因出現(xiàn)了圖上所示的現(xiàn)象？什么樣的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，什么樣的結(jié)構(gòu)又是不穩(wěn)定的？什么樣的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，什么樣的結(jié)構(gòu)又是不穩(wěn)定的？結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？想一想：想一想：1 1、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

11、如果在它脖子上掛上一定數(shù)量的鐵環(huán)，它還會不倒嗎？如果在它脖子上掛上一定數(shù)量的鐵環(huán)，它還會不倒嗎？探究一：不倒翁為什么不倒？ 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)。物體重心越低，越穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)。物體重心越低，越穩(wěn)定。 不倒翁的重心很低，就在它與地面的接觸點(diǎn)上，所以不倒，如果往它的脖子掛上鐵環(huán)，它的重心位置升高了，當(dāng)鐵環(huán)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，不倒翁就不再是不倒翁了。 比薩斜塔不倒的原因是它的重心所在點(diǎn)的垂線落比薩斜塔不倒的原因是它的重心所在點(diǎn)的垂線落在塔的底面的范圍內(nèi)。當(dāng)塔傾斜到一定程度，重心的在塔的底面的范圍內(nèi)。當(dāng)塔傾斜到一定程度，重心的垂線不再落在塔的底面時(shí)，塔就會傾倒。垂線不再落在塔的底

12、面時(shí)，塔就會傾倒。結(jié)構(gòu)重心的位結(jié)構(gòu)重心的位置：置：結(jié)構(gòu)重心結(jié)構(gòu)重心所在點(diǎn)的垂線所在點(diǎn)的垂線是否落在結(jié)構(gòu)是否落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)，底面的范圍內(nèi)，落在就是穩(wěn)定落在就是穩(wěn)定的，沒有就是的，沒有就是不穩(wěn)定的。不穩(wěn)定的。為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？ 這是為了進(jìn)一步增大與地面接觸所形成的支撐面這是為了進(jìn)一步增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性。積，增加穩(wěn)定性。注意：注意：支撐面支撐面接觸面。接觸面。接觸面接觸面: :是物體與地面接觸形成的面。支撐面支撐面: :是物體與地面接觸形成支撐點(diǎn)的連線與地面構(gòu)成的面。探究二：結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小

13、影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。接觸面接觸面支撐面支撐面探究三：怎樣讓一本書更好地直立在桌面上？ 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的形狀影響其穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的形狀影響其穩(wěn)定性。 將它的下端各將它的下端各書頁展開一定的角書頁展開一定的角度，仍舊將它直立度，仍舊將它直立在桌面上，它就能在桌面上，它就能很好的挺立住。很好的挺立住。 A字形梯為什么載人時(shí)能夠保持穩(wěn)定？如果沒有梯子中間的橫梁將會怎么樣？ 一方面，梯子打開的時(shí)候，梯面與地面組成三角形，梯子本身就能站得穩(wěn)。當(dāng)連接兩個梯面的橫桿拉直時(shí)，兩個梯面的上半部分就與橫桿構(gòu)成了穩(wěn)定的三角形，這就進(jìn)一步加強(qiáng)了梯子的穩(wěn)定性，保證梯子能承

14、受人體的壓力。鏈接生活現(xiàn)象：主要從梯子的形狀，梯子的重心兩方面分析 如果沒有梯子中間的橫梁，梯子的支撐角與地面的位置不能固定，梯子的支撐角與地面的摩擦力不夠大時(shí)，由于兩梯腿是用鉸鏈連接的，當(dāng)人站在梯子上時(shí)，兩梯腳會向外滑動，梯子的結(jié)構(gòu)會被破壞。影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素： 1、重心位置的高低2、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小3、結(jié)構(gòu)的形狀 知識拓展 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在日常生活中有著廣泛的運(yùn)用，在很多時(shí)候我們利用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)抵抗外力、承受負(fù)載，另一方面有時(shí)也利用不穩(wěn)定來為我們生活提供便利。例如：例如：1、用倒置的啤酒瓶預(yù)報(bào)地震、用倒置的啤酒瓶預(yù)報(bào)地震2、在水桶的一邊掛上重物打水、在水桶的一邊掛上重物

15、打水汶川地震中不倒的最牛小學(xué)汶川地震中不倒的最牛小學(xué)這跟它建筑這跟它建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是有很大的關(guān)系的，是有很大的關(guān)系的，2.2.結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度先看一場拔河比賽先看一場拔河比賽還沒分出勝負(fù)，繩子斷了，那么繩子為什么會斷呢？還沒分出勝負(fù)，繩子斷了，那么繩子為什么會斷呢？什么是結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度？什么是結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度？ 當(dāng)外力作用于繩子，繩子內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間相互作當(dāng)外力作用于繩子，繩子內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間相互作用，產(chǎn)生一種抵抗外力與形變的力，稱之為用，產(chǎn)生一種抵抗外力與形變的力，稱之為內(nèi)力內(nèi)力。單位橫截面積上所產(chǎn)生的內(nèi)力，稱為單位橫截面積上所產(chǎn)生的內(nèi)力，稱為應(yīng)力應(yīng)力，可用如，可用如下關(guān)系式表示：下關(guān)系式表

16、示： =F/s 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一極限值時(shí)當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一極限值時(shí), 結(jié)構(gòu)就會遭到破壞，結(jié)構(gòu)就會遭到破壞，當(dāng)外力達(dá)到或超過繩子所受的應(yīng)力的極限值，繩子當(dāng)外力達(dá)到或超過繩子所受的應(yīng)力的極限值，繩子就斷了。就斷了。2 2、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度：、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度：結(jié)構(gòu)所具有的抵抗被外力破壞的能力結(jié)構(gòu)所具有的抵抗被外力破壞的能力 因此要使建筑在地震的強(qiáng)大作用力下，減少因此要使建筑在地震的強(qiáng)大作用力下，減少破壞程度，我們必須增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)抵抗被外力破破壞程度，我們必須增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)抵抗被外力破壞的能力，也就是增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。壞的能力，也就是增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。 而要增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，我們就需要了解影響而要增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，我們

17、就需要了解影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素主要有哪些。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素主要有哪些。你們知道鉆石（金剛石）為你們知道鉆石（金剛石）為什么有那么高的硬度嗎？什么有那么高的硬度嗎？金剛石原子呈正四面體金剛石原子呈正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布，形空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布，形成無數(shù)個小三角形成無數(shù)個小三角形結(jié)構(gòu)的形狀影響著結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的形狀影響著結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度一個用4根小木條釘成的相框，牢固嗎？有什么方法可以使它變牢固？探究 三角形是框架結(jié)構(gòu)中最基本的形狀之一三角形是框架結(jié)構(gòu)中最基本的形狀之一,它結(jié)實(shí)、穩(wěn)定，它結(jié)實(shí)、穩(wěn)定，所用材料最少。所用材料最少。 結(jié)構(gòu)的形狀影響著結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的形狀影響著結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度 在四邊形、六邊形構(gòu)件中，加上

18、三角形支撐件，在四邊形、六邊形構(gòu)件中，加上三角形支撐件，就可大大增加構(gòu)件的牢固程度。就可大大增加構(gòu)件的牢固程度。各種形狀的橫截面構(gòu)件，所承受力的程度是不一樣的。各種形狀的橫截面構(gòu)件，所承受力的程度是不一樣的。結(jié)構(gòu)形狀對強(qiáng)度的影響有兩點(diǎn)：結(jié)構(gòu)形狀對強(qiáng)度的影響有兩點(diǎn)：一是結(jié)構(gòu)的外部形狀；一是結(jié)構(gòu)的外部形狀；二是結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀。二是結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀。 不同材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度各不相同。有抗拉力、不同材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度各不相同。有抗拉力、壓力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同結(jié)構(gòu)不同要壓力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同結(jié)構(gòu)不同要求中，選擇不同特性的材料。求中，選擇不同特性的材料。結(jié)構(gòu)的材料影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的材料影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度供高空作用的吊繩壓力壓力拉力拉力 梁在外力和自身重力的作用下容易受到如圖（梁在外力和自身重力的作用下容易受到如圖（1 1）所）所示的作用力