土木工程力學(xué)（第三版）教案 8-直桿軸向拉伸和壓縮時(shí)的變形

西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師課時(shí)授課計(jì)劃課程名稱《工程力學(xué)-土木》授課學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)授課班級(jí)鐵道工程技術(shù)（高職一年級(jí)）班級(jí)人數(shù)XX授課地點(diǎn)XX授課形式線上線下混合教學(xué)教學(xué)課題3.2直桿軸向拉伸和壓縮時(shí)的變形教材資源選用教材：“十二五”國(guó)家規(guī)劃教材《土木工程力學(xué)（第三版）》高等教育出版社，王秀麗主編，2024年出版。參考教材：《工程力學(xué)》王建中主編人民交通出版社，2011年出版。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)掌握軸向拉壓桿正應(yīng)力的計(jì)算；掌握彈性變形和塑性變形；掌握胡克定律。能力目標(biāo)能正確計(jì)算軸向拉壓桿的正應(yīng)力；能根據(jù)胡克定律計(jì)算對(duì)應(yīng)參數(shù)。素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感以及不畏辛苦、樂(lè)于奉獻(xiàn)的勞動(dòng)精神；培養(yǎng)學(xué)生不斷探索、積極進(jìn)取的精神。教學(xué)重點(diǎn)重點(diǎn)內(nèi)容胡克定律突破措施引經(jīng)據(jù)典引導(dǎo)探索通過(guò)中國(guó)古代經(jīng)典案例和生活常識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生探索外力與變形、應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系；力學(xué)模型加深理解利用力學(xué)小模型，讓學(xué)生自己參與“力與變形成正比”的試驗(yàn)，對(duì)照理論知識(shí)，加深理解。教學(xué)難點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容軸向拉壓桿正應(yīng)力的概念和計(jì)算突破措施視頻指導(dǎo)講練結(jié)合觀看應(yīng)力知識(shí)視頻，學(xué)習(xí)軸向拉壓桿正應(yīng)力的概念，通過(guò)例題解析，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的熟悉程度。教學(xué)策略教法學(xué)法講授法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、問(wèn)題導(dǎo)向法、自主探究法等。教學(xué)資源（自建）在線開放課、知到APP、智慧職教云、力學(xué)小實(shí)驗(yàn)、演示動(dòng)畫、微課、PPT、文本、圖片等。教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容課程思政融入點(diǎn)課前自學(xué)教師推送在線開放課中《直桿軸向拉伸和壓縮時(shí)的變形》的視頻講解，幫助學(xué)生預(yù)習(xí)知識(shí)。教師推送我國(guó)東漢經(jīng)學(xué)家鄭玄對(duì)《考工記弓人》中“量其力，有三均”作了這樣的注釋：“假令弓力勝三石，引之中三尺，弛其弦，以繩緩擐之,每加物一石，則張一尺?！弊寣W(xué)生分組討論其含義，并分析其中的科學(xué)道理。引經(jīng)據(jù)典，讓學(xué)生感受中國(guó)優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化和中華民族的勤勞智慧，鼓勵(lì)學(xué)生繼續(xù)努力,為中華民族偉大復(fù)興而奮斗。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和發(fā)散思維的能力。教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容課程思政融入點(diǎn)課前任務(wù)回顧點(diǎn)評(píng)課前小組作業(yè)，查看學(xué)生對(duì)古文蘊(yùn)含的科學(xué)道理的理解和掌握。讓學(xué)生充分進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，激發(fā)學(xué)生愛國(guó)情懷和自主學(xué)習(xí)、分析問(wèn)題的能力。1.應(yīng)力連續(xù)分布在截面上的內(nèi)力，稱為分布內(nèi)力。分布內(nèi)力在一點(diǎn)處的面集度稱為應(yīng)力。沿法線方向的稱為正應(yīng)力，用σ表示；沿切線方向的稱為切應(yīng)力，用τ表示。正應(yīng)力σ的符號(hào)和軸力的符號(hào)規(guī)定相同，即拉應(yīng)力為正表示軸力背離截面；壓應(yīng)力為負(fù)表示軸力指向截面。應(yīng)力的單位為Pa（帕斯卡），1Pa=1N/m2；1MPa=1N/mm2。2.直桿軸向拉伸和壓縮時(shí)橫截面的正應(yīng)力觀看《直桿拉壓時(shí)橫截面的應(yīng)力》視頻。當(dāng)外力與直桿的軸線重合時(shí)，經(jīng)過(guò)拉伸，直桿的橫截面平行外移，各段的變形量相同，說(shuō)明各橫截面上的分布內(nèi)力相同，說(shuō)明各點(diǎn)處正應(yīng)力σ相同。軸向拉壓桿的橫截面上，各點(diǎn)處的正應(yīng)力相等，大小等于軸力除以該截面的面積。正應(yīng)力分布圖如圖所示。單位轉(zhuǎn)換應(yīng)注意每個(gè)單位的數(shù)量級(jí)關(guān)系，要注重細(xì)節(jié)，一個(gè)單位換算錯(cuò)誤，會(huì)使最終結(jié)果有很大差異（失之毫厘差之千里）。通過(guò)觀看視頻中的模擬拉伸，幫助學(xué)生理解正應(yīng)力的概念，提高空間想象能力。1.定義彈性變形——外力撤除后會(huì)消失的變形；塑性變形——外力撤除后殘留下來(lái)的變形。思考：正常工程結(jié)構(gòu)或配件的變形屬于何種變形？工程上構(gòu)件的正常變形均限制在彈性變形范圍內(nèi)，產(chǎn)生變形可以保護(hù)結(jié)構(gòu)整體完整性，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用辯證地眼光看待事物，分析事物的兩面性。胡克定律1.力與變形成正比的實(shí)驗(yàn)使用彈簧和砝碼，做成小的力學(xué)模型。當(dāng)彈簧下端掛上兩個(gè)砝碼時(shí)，引起的變形量大約是一個(gè)砝碼的兩倍；三個(gè)砝碼引起的變形量是一個(gè)砝碼的三倍，由此可見荷載的大小與變形量成正比。2.胡克定律胡克定律：直桿在拉伸壓縮時(shí)產(chǎn)生的彈性變形時(shí)，變形量與拉力成正比，與直桿原長(zhǎng)成正比，與橫截面面積成反比：E——材料的彈性模量對(duì)比胡克定律和鄭玄的解說(shuō)，對(duì)比分析差異。胡克定律的內(nèi)力—變形形式：胡克定律的應(yīng)力—應(yīng)變形式：ε為線應(yīng)變，表示桿段的變形程度。σ、ε的符號(hào)相同，拉伸為正，壓縮為負(fù)。胡克定律定量地反應(yīng)了彈性體的外力與變形成正比，內(nèi)力與變形成正比，分布內(nèi)力集度與變形程度成正比。3.應(yīng)用彈性模量E的單位與正應(yīng)力相同，均為Pa（MPa），反應(yīng)材料抵抗抗壓彈性變形的能力。常見材料的彈性模量估值。學(xué)生自己參與制作力學(xué)模型，對(duì)照理論知識(shí)，加深理解。通過(guò)對(duì)比中國(guó)古代與現(xiàn)代胡克定律的區(qū)別與聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生民族自信，激勵(lì)他們繼續(xù)努力學(xué)習(xí)、認(rèn)真工作、為國(guó)爭(zhēng)光。常見材料中鋼材的彈性模量最大，其能抵抗變形的能力也最強(qiáng)，學(xué)生要磨煉鋼鐵般的意志，抵抗外部壓力，百煉成鋼，成為社會(huì)的有用之才。引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本節(jié)課內(nèi)容，加深學(xué)生對(duì)本次課重點(diǎn)內(nèi)容的理解與掌握。直桿軸向拉伸和壓縮時(shí)的橫截面的應(yīng)力（1）應(yīng)力的定義和符號(hào)。（2）正應(yīng)力的計(jì)算和分布。2.彈性變形和塑性變形3.胡克定律（1）胡克定律定義（2）胡克定律的不同形式（3）應(yīng)用引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本節(jié)課內(nèi)容，感受中國(guó)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和勤勞智慧，引導(dǎo)學(xué)生樹立為國(guó)奮斗的理想，同時(shí)養(yǎng)成樂(lè)于奉獻(xiàn)、不斷進(jìn)取的工匠精神。教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)意圖拓展任務(wù)教師通過(guò)“知到APP”數(shù)據(jù)及學(xué)生課堂表現(xiàn)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)；推送“航天工匠彈簧大師李基平”相關(guān)報(bào)道，拓展胡克