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1、第 一 单 元结构及其设计通用技术通用技术课标导引课标导引定锚点定锚点考点课标要求学业水平要求常见结构的认识(1)感知丰富的结构(2)认识结构的受力(3)辨析结构的类型从力学的角度理解结构对技术产品及其功能实现的独特价值,了解结构的一般分类和简单的受力分析水平一水平二水平二稳固结构的探析(1)探析结构稳定性(2)探析结构强度通过技术试验或技术探究分析影响结构的强度和稳定性的因素,并写出试验报告水平三水平三结构功能的实现(1)感悟结构与功能的关系(2)欣赏经典结构的案例能从技术和文化的角度赏析经典结构案例水平二水平二简单结构的设计(1)分析结构设计应考虑的主要因素(2)设计并制作站立式办公桌结合
2、生活中的实际需求进行简单的结构设计,并绘制设计图样,做出模型或原型水平一水平二教材研析教材研析固基础固基础知识点一结构的受力形式知识点一结构的受力形式基本受力形式图示特点受拉构件两端承受沿轴线方向的拉力,大小相等,方向相反。构件沿外力的作用方向伸长,截面变细受压构件两端承受沿轴线方向的压力,大小相等,方向相反。构件沿外力的作用方向缩短,截面变粗受剪切构件承受两个作用线相距很近、大小相等、方向相反、且作用于同一物体上的平行力,构件的相邻两截面沿外力的作用方向产生错位(例:连接件中的螺栓受力后的变形)受弯曲在通过构件轴线的平面内,承受垂直于构件轴线的外力或外力偶的作用,在受力面内构件轴线由直线变为
3、曲线受扭转构件两端受到两个垂直于轴线平面内的力偶作用,两力偶大小相等、转向相反,构件的任意两个横截面发生绕轴线的相对转动知识点二结构的类型知识点二结构的类型结构的分类多种多样,从形态方面考虑,通常有实体结构、框架结构和壳体结构等基本类型。在生产和生活实际中,很多物体的结构是由两种或两种以上的基本结构类型组合而成的。结构的类型概念受力特点举例实体结构结构体本身是实心的结构外力分布在整个体积中实心墙、大坝框架结构结构体由细长的构件组成的结构支撑空间而不充满空间,能承受垂直和水平荷载铁架塔、建筑用脚手架壳体结构结构体是层状的结构外力作用在结构体的表面上头盔、飞机外壳知识点三结构稳定性知识点三结构稳定
4、性1.含义结构的稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力。2.影响结构稳定性的主要因素(1)重心的位置结构体稳定的基本条件:处于静止状态的结构,重心的垂足落在结构支撑面的范围内,就是稳定的。重心越低,越稳定。(2)结构与地面接触所形成的支撑面积的大小。(3)结构的形状三角形的稳定性相对较好,既节省了材料,还减轻了结构体的质量。影响结构稳定性的因素是相互联系的,需要综合考虑各种因素来讨论结构的稳定性。物体在静止状态与运动状态下的稳定性条件也是不同的。结构的稳定性分析 特性影响因素常见措施稳定性重心加重底座,外壳轻便支撑面支撑脚伸展、外张形状桁架结构3.不稳定结构的应用倒置的啤酒瓶可以
5、预报地震等。知识知识点四点四结构强度结构强度1.含义结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。2.影响结构强度的主要因素(1)结构的形状对强度的影响有两方面:一是结构体的形状,二是构件截面形状。不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。相同材料,相同截面积,不同形状的构件强度也不相同。(2)结构的材料不同材料构成的结构,其强度各不相同。一个坚固的梁必须具有良好的抗拉、抗压、抗剪切和抗扭转的性能,所以梁通常由不止一种材料制成。由于材料与结构强度具有密切的关系,因此在设计过程中应注意挖掘材料特性所带来的新结构的可能。(3)结构的连接方式结构由若干个构件通过不同的连接方式组合而成。结构的连
6、接方式直接影响结构的强度。结构构件的连接方式按构件之间能否转动来分,通常有两类:铰连接和刚连接。铰连接:被连接的构件在连接处不能相对移动,但可相对转动(例:门与门框的连接)。刚连接:被连接的构件在连接处既不能相对移动,也不能相对转动(例:榫接、胶接、焊接)。结构的强度分析 特性影响因素常见措施强度材料1.不同材料能承受不同形式的作用力,如:混凝土抗压性能好;钢筋抗拉性能好;绳索可受拉,不可受压、受弯曲2.构件的横截面积越大,其能产生的内力越大形状1.外部形状:三角形、拱形2.截面形状:圆形、工字形连接方式1.铰连接:松螺栓、松铆、合页连接2.刚连接:榫接、胶接、焊接知识知识点五点五结构与功能的
7、关系结构与功能的关系结构不仅是事物存在的一种形式,而且对事物的功能和作用产生着直接影响。结构的改变可以导致事物功能的变化,即事物的结构决定了其功能。设计中,往往通过改变结构实现不同的功能,具体的设计中还需要考虑使用的环境、时间等因素。结构在规定的使用期限内和规定的条件下,完成预定功能的可能性,称为可靠性。它是安全性、适用性和耐久性的总称。安全性是指结构在正常使用时能承受可能出现的各种荷载;适用性是指结构在正常使用时具有良好的工作性能;耐久性是指结构在规定环境条件下和预定的设计使用年限内,能保持结构正常使用。知识知识点六点六欣赏经典结构欣赏经典结构赏析结构设计作品,可以从技术与文化两个角度进行。
8、1.技术角度技术角度:侧重结构的使用功能的实现,结构的稳固耐用,结构造型设计的创意和表现力,材料使用的合理性,工艺制造的精湛程度等。2.文化角度文化角度:侧重结构的文化寓意与传达,公众认可的美学原则,反映时代、民族、习俗方面的特征,结构的个性特征等。知识知识点七点七结构设计应考虑的主要因素结构设计应考虑的主要因素1.结构设计的目标及要求结构设计应以一种或几种功能的实现为基本目标,应满足设计规范,满足使用者的基本需要。2.结构设计应考虑的主要因素符合使用者对设计对象的稳定性和强度要求,安全因素,公众和使用者的审美需求,使用者的个性化需要,对设计对象的成本控制要求和一定的使用寿命。结构设计师应具有
9、全方位和多目标的空间想象力,并具有跨领域的协调整合能力,根据各种要求与限制条件寻求对立中的统一。问题详解问题详解释疑惑释疑惑典例1含滚轮挤压结构典例2不含滚轮构件传递力典例3结构稳固和受力等混合型典例4分析稳定性和强度的影响因素典例5简单结构方案构思选择题典 例 1(2023年浙江7月学考)如图所示,一种通过旋紧螺母来夹紧工件的结构。工件10被夹紧时,螺母5、圆柱推杆4和压杆9的主要受力形式是()A.螺母受拉、圆柱推杆受压、压杆受弯曲B.螺母受压、圆柱推杆受弯曲、压杆受压C.螺母受压、圆柱推杆受压、压杆受弯曲D.螺母受拉、圆柱推杆受弯曲、压杆受压C解析 螺母受到挤压的力,所以受压;圆柱推杆被顶
10、过来,所以受压;压杆由于受到三个力的作用形成杠杆,所以受弯曲。变式训练1.(2023年浙江6月选考)如图所示,一种楔块结构的结构示意图,楔块在机座槽内滑动,其中Fr为驱动力,Fd为工作阻力。下列对工作时各个构件主要受力形式的分析,正确的是()A.楔块受压、滚子受压、推杆受压受弯曲B.楔块受压、滚子受压、推杆受压C.楔块受弯曲、滚子受剪切、推杆受压受弯曲D.楔块受弯曲、滚子受剪切、推杆受弯曲解析 推杆受到横向和纵向作用力,所以受压受弯曲,楔块和滚子都是受到挤压的力,所以受压。A2.(2021年浙江1月学考)如图所示的压紧结构,在力F的作用下,驱动杆通过连杆、摆杆、滚子将工件压紧。压紧时,连杆、摆
11、杆的主要受力形式是()A.连杆受弯曲、摆杆受压B.连杆受扭转、摆杆受压C.连杆受扭转、摆杆受拉D.连杆受弯曲、摆杆受拉D解析 从压紧结构的工作原理来看,结构在力F的作用下,连杆左端受到向上的力,中端受到向下的力,右端受到向上的力,故连杆受弯曲。摆杆由于连杆向上运动,摆杆与连杆的销轴也有向上运动的趋势,带动摆杆向上,摆杆受到来自销轴向上的力,同时机座给予摆杆一个向下的反作用力,符合受拉的特性,所以摆杆受拉。典 例 2(2022年浙江1月学考)如图所示,一种复式杠杆起重器示意图,在力F的作用下,手柄通过连杆带动摆杆将吸盘上的重物轻松平稳提起。图示位置摆杆和手柄均处于水平位置,连杆与手柄垂直,下列受
12、力分析正确的是()A.手柄受弯曲B.连杆受压C.摆杆受拉D.吸盘受扭转解析 手柄3个受力点,受弯曲。连杆受拉,摆杆受弯曲,吸盘受拉。A变式训练1.一种压紧结构如图所示。在力F的作用下,推杆通过摆杆、连杆带动压杆向左运动,将工件压紧。此时推杆、连杆、压杆的主要受力形式是()A.推杆受压、连杆受弯曲、压杆受剪切B.推杆受剪切与受弯曲、连杆受压、压杆受压C.推杆受压与受弯曲、连杆受压、压杆受压与受弯曲D.推杆受剪切、连杆受剪切、压杆受弯曲C解析 连杆是二力杆所以受压,推杆和压杆受压与受弯曲,因为有个向上和向下的分力。2.一辆简易吊车,正在起吊重物,如图所示。以下关于构件的受力形式,说法不正确的是()
13、A.支柱主要受剪切B.横梁主要受弯曲C.活塞杆主要受压D.钢索主要受拉解析 支柱主要受弯曲。A典 例 3 一款硬纸板插接而成的可拆卸式桌子如图所示,关于该桌子的结构分析不合理的是()A.采用插接方式,连接牢固B.桌子与地面接触形成较大的支撑面,稳定性好C.桌面采用两层纸板,增加强度D.中间的支撑板将侧板连在一起,使结构具有较好的稳定性解析 插接方式的强度中等。A变式训练1.一款挂式晾晒架如图所示,用于悬挂在窗台框上晾晒衣物,可折叠,方便收纳。下列关于该晾晒架的说法不正确的是()A.该晾晒架属于框架结构B.挂杆A处的主要受力形式是受拉C.挂杆与底部的连接方式属于铰连接D.底部细杆的主要受力形式是
14、受压解析 底部细杆的主要受力形式是受弯曲。D2.(2022年浙江7月学考)如图a所示的行李箱,需要时拉开支撑腿,人就可坐在座位上;把箱体拆下,也可单独作为手推车使用,如图b所示。下列分析正确的是()DA.支撑腿能拉开和收拢,是由于支撑腿与箱体之间采用了刚连接B.推拉行李箱时,推拉杆的受力形式为仅受压或仅受拉C.推拉杆设计成可伸缩结构,是为了提高推拉杆强度D.横杆的设计,提高了手推车的稳固程度解析 支撑腿能拉开和收拢,是由于支撑腿与箱体之间采用了铰连接,A错误;推拉行李箱时,推拉杆的受力形式主要是受压或受拉,B错误;推拉杆设计成可伸缩结构,是为了适用于不同身高的使用人群,更好地实现人机关系的舒适
15、目标等,C错误。典 例 4一款交叉折叠式升降车如图所示。以下措施可以增加其稳定性的是()A.减小底座的面积B.底座加装轮子C.增大底座的质量D.增加承载筐的高度解析 底座加装轮子只会增加结构的强度。C变式训练1.小明同学设计了一个带有收纳空间的木桌,如图所示,经历了从方案一到方案二的改进,下列说法不正确的是()A.方案二的桌子采用人造免漆板替代方案一中的松木板,可降低加工难度B.方案二在收纳空间加了分隔板,实现分类收纳,属于功能优化C.方案二将方案一中的两个桌脚底边切割出凹型槽,改进的主要目的是节省材料D.方案二在两桌脚间增加一块横板能使桌子更加稳固C解析 方案二将方案一中的两个桌脚底边切割出
16、凹型槽,改进的主要目的是提高结构的稳固性。2.一款健身器械如图所示。以下关于它的说法正确的是()A.该健身器械属于实体结构B.底座前端的Y形设计,提高了结构的稳定性C.支撑杆的主要受力形式是受弯曲D.斜杆长度可调的设计,提高了结构的强度B解析 该健身器械属于框架结构;支撑杆的主要受力形式是受压;斜杆长度可调的设计,是为了适用于不同身高的使用人群,更好地实现人机关系的舒适目标等。3.为探究影响结构稳定性的因素,小明设计了如图a所示的实验装置。其中竖直细杆和底座由轻质材料制成,一个小钢球可以套在竖直杆上任何一个位置。小明用此装置做了如下实验:(1)如图a所示,先将小钢球置于杆的下端,电吹风与小钢球在同一高度并保持一定距离,用低挡风吹小钢球,装置不发生倾倒;再逐步上移小钢球在竖直杆上的位置,保持电吹风的风力、方向以及电吹风与小钢球的水平距离不变,观察装置是否发生倾倒,并在竖直杆上标记装置发生倾倒时钢球的位置A。从这个实验可以得出:结构的重心位置越高,稳定性越_。(2)如图b所示,小明在底座下面粘上两根细木条(质量可不计),小钢球套在A位置,用低挡风吹小钢球,装置不发生倾倒;继续保持电吹风与小
