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1、技术与设计2教材问题及部分习题参考答案第一单元 结构与设计第一节 常见结构的认识 1本节重要概念：结构、构件、实体结构、框架结构、壳体结构。 2.教材第2页中的几幅图生动、形象地说明结构广泛存在于自然界中。 3.教材第3页“案例分析”中的三个实例，均说明自然界动物、植物中存在的各种各样的结构可以用来为人类服务，人类可以从中获取感悟而解决某些技术问题，实现一些发明创造。 4.教材第3页“马上行动” 受自然界事物结构的启发而产生的产品有船桨（鱼鳍）、人工冷光（萤火虫）、风筝（鹰）、锯（蝗螂臂或锯齿草）、车轮（随风旋转的飞蓬草）、潜水艇（海豚）、声呐（蝙蝠）、潜水用的脚蹼（鸭子）、潜水艇的流线型设计
2、（鱼类）等。本栏目的设置目的是让学生化“自然界结构对技术领域的启发”，要养成对日常生活细心观察的意识和创新意识，知道解决技术问题不仅需要正确的方法，更要有持久的恒心和毅力。 5.无论是自然界的结构现象的举例，还是技术领域中的结构现象的举例，教材都注重了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的统一。 6.教材第4页“阅读” 1907年的魁北克大桥坍塌，被列为20世纪十大技术失误之一。 这里用反面例子来说明合理结构的重要性，给人以心灵的震撼，引起人们对结构的重视。 “阅读”为选学容。 7.教材第4页“马上行动” 自然界：地球的结构、金刚石的结构、树的结构 技术领域：汽车的结构、自行车的结构,20
3、08年奥运会主体育场“鸟巢”的结构 社会领域：教育管理系统的结构、家庭的结构、企业的管理结构 8.从力学角度理解结构是一个难点，建议教师查阅有关结构力学和理论力学书籍，研究结构构件的受力以及基本受力形式。应注意结构概念不能只局限于建筑结构的理解上。 9.教材第5页的插图，形象地说明了构件的受力形式。10.教材第5页“马上行动” 11教材第6页“案例分析” 这里侧重分析简易桥梁桥面的静态受力。 12.教材第6页“马上行动” 吊兰的支撑架承受吊兰的拉力；桥墩承受来自桥面、桥上负载的压力，两端被托住的梁受到支撑力等。 13教材第7页“探究” 图中，石磨的推杆中间用绳子吊起来，一是保持人在推磨时推杆始
4、终在平行于地面的平面上运动，改变了人推磨时的用力方向，只需前推与后拉，使推磨更轻松；二是防止推杆弯曲变形，可以承载一些推杆的重力。 14.教材第7页“小试验” 试验3：纸弯曲跨度小，抗压能力大。建造拱桥时，需要考虑拱桥的跨度和弯曲程度，跨度越小抗压能力越大，但是桥面的倾斜度也越大，不利于通行。由于材料本身的强度不同，瓦楞状纸的抗压能力更大。本试验比较直观地让人感受不同形状的纸能承受不同大小的力，但不属于严格意义上的而比较试验。因为三种纸板跨度不同，形状也不同，在这种情况下是不能进行比较的，而比较试验的一个前提是“改变一个变量，其他条件不变”，这样才能得出“变量”是否在起作用的结论，而且在纸板变
5、形的过程中，它的力也在变化（有预应力的产生），这也是一种条件的改变。 15.教材第7页“3结构的类型” 中国大百科全书（中国大百科全书,2002年4月第1版）认为：“从几何角度进行分类，结构可分为杆和薄壁杆结构、板壳结构、实体结构等三类。”本书中的框架结构即指这里的“杆系结构”，基于框架结构的提法比较通俗易懂，因此采用此说法。本书中的壳体结构同板壳结构。 要求学生能指出这三种结构的不同应用场合，能对生活中常见的简单结构的实例进行归类。 16教材第9页“小试验” 本试验是对壳体结构能承受较大压力的有力证明。当石板的重力通过木板、瓶盖传递到鸡蛋上时，被均匀地分散到了蛋壳的表面上，这正是壳体结构能承
6、受更大的压力的原因。 教师也可以根据本试验的原理，引导学生设计类似的其他试验，得出相同的结论。 17.教材第9页“思考” 壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。外力作用于壳体结构时，外力分布在整个表面，并利用壳体结构几何形状（曲面）的合理性，以材料直接受压来代替弯曲力，大大减小了弯矩，从而充分发挥材料的潜力。当石板的重力通过木板、瓶盖传递到鸡蛋上时，被均匀地分散到了蛋壳的表面上，所以鸡蛋可以承受较大的压力。乌龟的外壳属于壳体结构，它能承受较大的压力，保护身体不受损害。 18.教材第9页“案例分析” 生活中，许多物体的结构是很复杂的。为了分析问题的方便，往往忽略一些不重
7、要的细节，抓住主要因素，分析其基本的受力情况。本案例中提到的建筑物结构、自行车结构都是如此。教师还可以列举其他物体的结构对此加以说明。 19.教材第10页“马上行动” 栅栏框架结构；圆形瓷装饰品壳体结构；冰山实体结构；高层建筑的弯顶壳体结构；钢化玻璃锅盖壳体结构；竹排框架结构；汽车外壳壳体结构；人的头盖骨壳体结构；古罗马斗兽场组合结构。 20.教材第10页“练习”第1题 实体结构：砖石、泥墙、大坝、桥墩等。框架结构;A字梯、鸟巢、输电塔等。壳体结构：安全帽、气罐、油罐等。多结构组合：自行车、木椅子、水箱浮子等。 第2题 本题是动手做的题目，既可以在学完本部分容后做，也可以放在教学的过程中，让学
8、生结合自己所做的模型学习和分析三种结构的受力特点。结构的受力特点只能笼统地表达，因为如框架结构由于连接方式不同可能受力也会不同。 第3题 当出现交通意外时，摩托车手头盔的某一部位受到一个大的撞击力，由于头盔是壳体结构，在受撞击时外力沿壳体分布出去，使得所受力迅速分布到头盔表面，形成整个头盔表面均匀受力。这是对外力的第一次减弱，起到了保护摩托车手安全的作用。 头盔部还有一柔性减震结构，它可以减弱头盔壳体上的力向人脑壳的传递，这样就起了保护摩托车手安全的作用。 汽车的安全气囊是现代汽车上的高技术装置。当汽车前端发生强烈的碰撞时，安全气囊就会瞬间从汽车方向盘弹出来，垫在方向盘与驾驶人之间，防止驾驶人
9、的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等硬物上。除了驾驶人前的方向盘有安全气囊外，有些汽车的前排也安装了乘客用的安全气囊，另外有些汽车还在座位侧面靠门一侧安装了侧面安全气囊。第二节 稳固结构的探析1本节重要概念：稳定性、强度。2.教材第11页“马上行动” 3.教材第12页“案例分析” 结构的底座越大，结构越稳定。但是在我国广汉三星堆出土的器具有许多都是尖底的。怎么摆放才能稳定呢？一种解释是，当时那里的土地比较松软，器具可以直接插到土里，这样虽然器具是尖底的，但它与土所形成的支撑面还是比较大的。这种看似不合理的结构，实际上恰恰反映了我国古代劳动人民的聪明智慧。 4家中的电冰箱，4只支撑脚中有一只是可调
10、节高低的，与照相机的支撑架是同样道理。 5.教材第12页“马上行动” A字形梯载人时能稳定的原因，主要可从梯子的形状、梯子的重心两方面分析。A字形梯的两边支脚分别与地面形成较大的支撑面，中间由横梁固定，当人站上梯子时，人和梯子重心的垂线落在四个支撑脚形成的底面围。因为支撑面大，人稍有倾斜，重心的垂线仍在支撑面，所以结构是稳定的。如果没有梯子中间的横梁，梯子的支撑脚与地面的位置不能固定，梯子的支撑脚与地面的摩擦力不够大时，由于两梯脚是用铰链连接的，当人站上梯子时，两梯脚会向外滑动，A字形结构被破坏，失去平衡，梯上的人会跌落下来。 6.教材第13页“案例分析”应注意，自行车的支撑架与地面的夹角不能
11、过小，否则自行车的自身重力集中在支撑架上，同样容易失去平衡。 7.教材第13页“马上行动”电动自行车或摩托车的支撑点与地面仍然构成三角形，一般情况下，后轮着地，前轮不受力，重心落在两支撑点与后轮与地面的接触点构成的三角形中，此时结构仍是稳定的。 8.教材第14页“探究1”意在说明运动状态中与静止状态中自行车的稳定条件不同。一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。另外，人在反复练习后，掌握了随时平衡车体平稳的能力也是一个比较重要的原因。 运动的自行车可保持平衡，其原因是比较复杂的，不能
12、单纯地用静力学的知识来解释，它跟转动中的角动量有关，学生的知识储备不够，所以不需要从理论上向学生解释。教师可通过旋转的陀螺、鸡蛋能直立来演示被广泛使用的“陀螺现象”，并说明在运动结构中，如运动的自行车不倒的原因如同“陀螺现象”。 9.教材第14页“思考”材料也是影响结构稳定性的因素。例如，汽车的车体采用壳体结构和薄钢板材制造，是因为壳体结构表面能分散所受的力，薄钢板材使车体质量较小。 现在的中、低档轿车基本上是一体式、承载式车体，车体有横梁。车体是框架和壳体结构的结合。壳体结构表面能分散所受的力，在同样的安全性下，与单纯的框架结构相比，可以使用更薄的钢板材，使车体质量较小，重心下移。 10.教
13、材第14页“探究2”以左图中的茶几为例，茶几面可以转动，转动位置不合适时它的重心会偏向一侧，如果在茶几面的另一侧放置较重的物体，就可能使茶几失去平衡，所以使用时要保证茶几面中心与茶几脚中心处在同一垂直线上。右图中的茶几，一侧安装了一组抽屉，如果在抽屉放置过重的物品会造成重心偏向一侧，就可能使茶几失去平衡，所以抽屉不能放置过重的物品。 左图中的茶几是设计师艾林格雷于1925年设计的。最初，它被设计为床头柜，圈形支架可以伸进床底下，以方便使用，同时高度也可以调整。 右图中的茶几是设计师卡罗尔莫里诺于1949年设计的，这是他最富有想象力的生态造型的设计之一。它象征着一种原始生物，其流畅的波状起伏线和
14、不对称的空洞可以全方位地引起人们的注意力。 11.教材第14页“马上行动”偏心轮等质量不均匀的旋转件，在高速运转时不稳定，引起很大的跳动。人们利用这个原理制作振动器。 12教材第15页“小试验”的“试验一”中，只有把铁环增加在某一侧，使重心不落在支撑面，才可能倾倒。本试验也可以使用其他物品替代不倒翁，只要能比较明显地看出重心改变稳定性也随之改变的关系就可以。 “试验二”中，随着屏风旋转角度的增大，屏风稳定性由差转好，再由好转差。 13.教材第17页“马上行动”本表由学生依据生活经验填写。竹竿比脆性塑料杆能挂更多的重物而不会断裂，是因为不同材料、不同结构的抗拉性能不同。中间有焊接缝的钢管受到撞击
15、时容易损坏，因为连接点容易断裂。 14.教材第18页结构的形状对强度的影响有两点，一是结构的外部形状，二是结构的构件截面形状。对这两点需要分别考虑，注意不要把它们混为一谈。结构的外形相同，构件的截面不一样，其强度不一样，如上面提到的A字形梯的构件。 15.教材第18页“小试验”试验中应注意：(1)不同截面的纸筒悬挂的重物的位置应一致，也就是悬臂的长度应相同，这样才有可比性。(2)在粘贴纸筒时，要尽可能使它们的截面周长相同，不要卷折成若干层。如果用截面为凹槽形状的杆件做悬臂，从下图可以看出，凹槽的朝向不同，所能承受的拉力也是不同的。这一结论最好由学生自己得出。 由于纸筒的一端很难用重物压住，分量轻压不住，如果分量重，则重物压纸筒处产生变形，产生应力集中，试验也将失败，所以这个试验建议用两端架在两个凳子之间的纸筒来做。槽钢的试验也是这个道理。 对于试验中出现的与理论不符的情况，教师应指导学生学
