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1、载人航天成功载人航天成功,实现实现千年邀游太空梦千年邀游太空梦;长江三峡顺利截流长江三峡顺利截流发电发电,高峡出平湖高峡出平湖;水稻育水稻育种结硕种结硕果果,世世界领先界领先 技术与设计技术与设计1我们学习了设计的基本知识，熟悉了设计的一般过程。我们学习了设计的基本知识，熟悉了设计的一般过程。 通用技术必修通用技术必修2n结构与设计结构与设计n流程与设计流程与设计n系统与设计系统与设计n控制与设计控制与设计 四个主题都是具体的、通用的技术四个主题都是具体的、通用的技术,它们具有典型意义它们具有典型意义,并与技术的发展密切相关联。学习这些技术与设计的基并与技术的发展密切相关联。学习这些技术与设计
2、的基本思想和基本方法本思想和基本方法,将使我们终身受益。同时也将使我们将使我们终身受益。同时也将使我们适应新世纪的科技发展、知识经济发展以及社会可持续发适应新世纪的科技发展、知识经济发展以及社会可持续发展的需要展的需要,成为有用的人才。成为有用的人才。第一单元第一单元结构与设计结构与设计一一、常见结构的认识、常见结构的认识二二、稳固结构的探析、稳固结构的探析三三、简单结构的设计简单结构的设计四四、经典机构的欣赏、经典机构的欣赏 第一节第一节常见结构的认识常见结构的认识第一单元第一单元结构与设计结构与设计 认识结构，分析影响结构的稳定性和强度的主要因素，将使我们理性的观察和对待世间奇妙的结构现象
3、，将使我们学会进行简单的结构设计。 说到结构，我们知道任何一件事物都有自己的结构，大的我们可以看见的椅子，课桌，他们有自己的结构。小的到我们化学中学习的分子也有自己的结构。可见一件事物只要它存在，那它就一定会有自己结构。所以我们说结构无处不在。1、无处不在的结构：、无处不在的结构：A、同样是水，有液态、气态、固态；B、同样是碳，但有最硬的固体金刚石和最软的固体石墨存在；C、化学有机物结构不同性质不同（色素）；D、同样的六个字“这个人表现好”“这个人好表现”，但因排列不同，就形成了一褒一贬；E、用同样的材料，做出的结构不同的小板凳就会有不同的特性，有的稳，有的不稳；F、各种材料组成结构可以使“死
4、的”材料变成“活的”机器。如：发动机、电子计算机、机器人、飞机、火箭在自然界，相同的物质，不同的结构，表现出不在自然界，相同的物质，不同的结构，表现出不同特性的现象处处可见。同特性的现象处处可见。世界上任何事物都存在结构世界上任何事物都存在结构,结构多种多结构多种多样且决定着事物存在的性质。样且决定着事物存在的性质。雪雪花花蜂窝蜂窝1)自然界中的结构。自然界中的结构。黄土高原黄土高原海洋贝海洋贝动动物物的的身身体体器器官官蜘蛛网蜘蛛网（1）观察分析结构图。）观察分析结构图。使用最少的材料制作尽可能宽敞的空间，不会使用最少的材料制作尽可能宽敞的空间，不会出现缝隙，空间使用效率最好。出现缝隙，空间
5、使用效率最好。蜂巢：蜂巢： 这种结构的优点在哪里？任意两个节点都任意两个节点都能找到一条可通过能找到一条可通过的路径。的路径。 这种结构的优点在哪里？蜘蛛网：（2）结构概念：）结构概念： 结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。 结构的各组成部分，通常称为构件。例：人体结构，分子结构，阶级结构，文章的结构，汽车结构，桌子结构，地球结构等。 你是怎样理解“结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列”，“结构多种多样且决定着事物存在的性质”的？关键词关键词：有序有序 搭配搭配 人的染色体有人的染色体有X X染色体、染色体、Y Y染色体之分，染色体之分，X X染色体、染色体、Y Y染色体
6、不同的搭配和排列，决定染色体不同的搭配和排列，决定这个人是男人还是女人。这个人是男人还是女人。启发：启发：你能否举例说明事物的各个组成部分之间你能否举例说明事物的各个组成部分之间的搭配和排列改变了，事物的性质也发生了改的搭配和排列改变了，事物的性质也发生了改变。变。 举例说出身边常见事物的结构：课举例说出身边常见事物的结构：课桌、圆珠笔、课本、水杯、粉笔盒、书包等。桌、圆珠笔、课本、水杯、粉笔盒、书包等。 形形色色的结构能给人以美的享受，给人创造形形色色的结构能给人以美的享受，给人创造的灵感和启示。人们将其成果应用到技术领域的灵感和启示。人们将其成果应用到技术领域, , 更更好地服务于人类。好
7、地服务于人类。 蚂蚁力量非凡的嘴巴给了科学家们发明蚂蚁力量非凡的嘴巴给了科学家们发明推进体系的微型机器人的灵感，美国伊利诺推进体系的微型机器人的灵感，美国伊利诺大学香槟分校的生态学家兼昆虫学家安德鲁大学香槟分校的生态学家兼昆虫学家安德鲁苏雷兹他告诉苏雷兹他告诉生命科学生命科学杂志：杂志：“如用如用于营救工作的机器人。于营救工作的机器人。”(3(3）阅读案例：阅读案例：苍耳子与尼龙搭扣;鸟与飞机;鹰眼与导弹跟踪系统。苍耳子与尼龙搭扣;鸟与飞机;鹰眼与导弹跟踪系统。问：为什么鹰可以在几千米的高空准确无误地辨问：为什么鹰可以在几千米的高空准确无误地辨别地面上的动物？别地面上的动物？鹰可以在几千米的高
8、空准确无误地辨别地面上的动鹰可以在几千米的高空准确无误地辨别地面上的动物物, ,这是因为它的眼部结构比较特殊。这是因为它的眼部结构比较特殊。 人类每只眼睛的人类每只眼睛的视网膜上都有一个凹槽视网膜上都有一个凹槽, ,叫做中央凹。而老鹰眼中叫做中央凹。而老鹰眼中的中央凹却有两个的中央凹却有两个, , 这两这两个中央凹的作用不同个中央凹的作用不同, , 其其中一个专门用于接收来自中一个专门用于接收来自鹰头侧面物体的像鹰头侧面物体的像, , 另一另一个用于接收来自鹰头前方个用于接收来自鹰头前方物体的像。这样物体的像。这样, ,老鹰的老鹰的视觉范围就宽多了视觉范围就宽多了, ,能兼能兼顾前方和侧面。顾
9、前方和侧面。问：将来运用技术手段在人的视网膜造出两个凹槽问：将来运用技术手段在人的视网膜造出两个凹槽,有这种可能吗？有这种可能吗？问：除了根据鹰眼的结构问：除了根据鹰眼的结构,人们正在研制人们正在研制“鹰眼鹰眼”导弹系统以外，你还受到哪些启发？导弹系统以外，你还受到哪些启发？问：如果在人类的视网膜上象鹰一样有两个凹槽，世问：如果在人类的视网膜上象鹰一样有两个凹槽，世界将会如何变化？界将会如何变化？ 根据鹰眼的结构根据鹰眼的结构, ,人们正在研制人们正在研制“ “ 鹰鹰眼眼”导弹系统。这种导弹系统能自动寻找、导弹系统。这种导弹系统能自动寻找、识别目标并跟踪攻击。识别目标并跟踪攻击。 看来我们人类
10、好多地方不如动物看来我们人类好多地方不如动物, ,不能不能象鸟一样在空中自由飞翔象鸟一样在空中自由飞翔, ,不能象鱼一样在水不能象鱼一样在水中欢快游荡中欢快游荡, ,奔跑速度不如狗，打斗力气不如奔跑速度不如狗，打斗力气不如虎。人类凭什么能成为动物界的统治者呢虎。人类凭什么能成为动物界的统治者呢? ? 凭大脑凭大脑, ,凭学习凭学习, ,人类把几千年人类把几千年知识在几年十几年中继承过来并在原来知识在几年十几年中继承过来并在原来的基础上进行创新，现在进入知识经济的基础上进行创新，现在进入知识经济时代，人类知识总量几年就要翻一番。时代，人类知识总量几年就要翻一番。人与人之间有竞争人与人之间有竞争,
11、 ,而且可能很激而且可能很激烈，能否立于不败之地烈，能否立于不败之地, ,在于不断学习。在于不断学习。 马上行动马上行动生产生活中还有那些产品的结构是受到自然界事物结构的启发而产生？船桨（鱼鳍）船桨（鱼鳍）人工冷光（萤火虫）人工冷光（萤火虫）风筝（鹰）风筝（鹰）锯（螳螂臂或锯齿草）锯（螳螂臂或锯齿草）车轮（随风旋转地飞蓬草）车轮（随风旋转地飞蓬草）潜水艇（海豚）潜水艇（海豚）声纳（蝙蝠）声纳（蝙蝠）潜水用的脚蹼（鸭子）潜水用的脚蹼（鸭子）潜水艇的流线型设计（鱼类）潜水艇的流线型设计（鱼类）结构不合理就会产生什么后果？结构不合理就会产生什么后果？2)技术领域中的结构：技术领域中的结构：魁北克大桥
12、的坍塌。思考：大桥坍塌的原因是什么？ 擅自改变桥的结构。1907年，加拿大魁北克附近的圣劳伦斯河上落成了全球最长的拱桥。该桥采用了比较新颖的悬臂构造，这样的结构非常流行。尽管只比苏格兰爱丁堡福斯河上非常成功的悬臂大桥稍长一点，但魁北克大桥存在设计问题，还未完工就坍塌了。 目前，钢索斜拉桥的技术应用已经达到了极限，远远超乎了设计者们最初的想象。斜拉构造的普遍成功让这种桥型几乎无处不在。于是，桥面长度的日益增长已经步入了曾导致事故的做法后尘。钢索斜拉桥重大事故是否会很快出现，还是会出现在历史提示的20302030年，这并不取决于计算机分析，而是取决于桥梁工程师是否了解过去的历史，并下定决心避免事故
13、的重演。今天，所有毕业于加拿大各大学的工程师们都带有一个铁指环，这些铁指环曾经是由取之于那座坍塌的魁北克大桥的金属制成的（现在的指环由不锈钢制造）。它们时刻提醒工程师们，要具有高度的责任感去设计安全、牢固和有用的结构。 事物的结构影响着事物的性能和功事物的结构影响着事物的性能和功能，合理的结构是事物存在和发展的基能，合理的结构是事物存在和发展的基础，卓越的结构是设计者和制造者长期础，卓越的结构是设计者和制造者长期的追求。的追求。3)社会领域中的结构：社会领域中的结构：在社会领域,也普遍存在着结构现象。 一篇文章的内容结构影响文章的表达与质量, 一家企业、社区、公司的人员、国家的结构关乎企业的运
14、行与效率。 社会领域：马上行动： 请分别列举自然界、技术领域、社会领域请分别列举自然界、技术领域、社会领域给你印象较深的有关结构的事例？给你印象较深的有关结构的事例？自然界：技术领域：天体结构、地球的结构、植物的结构、动物的结构 汽车的结构、微机的结构、电脑主板的结构、数字控床的结构 教育管理系统的结构、通用技术的学科结构、课堂教学结构、文化、经济格局等。2.结构与力结构与力 从力学角度来说，结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。 一个较复杂的结构由许多不同的部分组成，这些组成部分通常称为构件。车轮 - 辐条、轮胎、车圈、气门等。分析讨论自行车的组成构件： 自行车
15、车架、车把、传动、座鞍、车轮等。 当一个结构受到外力作用时当一个结构受到外力作用时,内部各质点之间内部各质点之间的相互作用会发生改变的相互作用会发生改变,产生一种抵抗的力产生一种抵抗的力,称称为为内力内力。应力应力是构件的单位横截面上所产生的内力，当是构件的单位横截面上所产生的内力，当应力达到某一极限值时应力达到某一极限值时,结构就会遭到破坏。用结构就会遭到破坏。用公式表示应力为公式表示应力为=F/s,其中其中,F是内力是内力,S是受力是受力面积面积,是应力。是应力。 生活中常见的结构都能抵抗来自外界的各种作用力和自身重力。例如:自行车 承受人和所载物体的压力及自行车自身的重力； 桥墩承受自身
16、重力及负荷的压力、大风的作用力等其它外力。例如:桥墩 讨论分析生产、生活中常见结构，要抵抗来自讨论分析生产、生活中常见结构，要抵抗来自外界力的作用情况：外界力的作用情况：硬纸包装箱：硬纸包装箱：建筑物的窗户：建筑物的窗户：课桌：课桌：自身重力、墙体的压力、风力、外来撞击力自身重力、墙体的压力、风力、外来撞击力自身的重力、手臂的压力、桌山个物体的压力、自身的重力、手臂的压力、桌山个物体的压力、推拉力、地面对其的支撑力推拉力、地面对其的支撑力箱内物体的重力、箱内物体向外的挤压力、自身的重箱内物体的重力、箱内物体向外的挤压力、自身的重力、外界压力、所装载货物的压力力、外界压力、所装载货物的压力构件的
17、受力形式多种多样，基本受力形式：拉力（压力）、压力、剪切力、扭转力构件的受力形式多种多样，基本受力形式：拉力（压力）、压力、剪切力、扭转力和弯曲力。和弯曲力。受力形式受力形式概念概念受力形式受力形式拉拉 力力 物体所承受的拉拽力 结构承受拉伸时，作用在结构（经常称为拉杆）上的力是一对方向相反，作用线与拉杆轴线重合的集中力，方向背离杆的底面。其受力实例是吊车的吊绳。压压 力力挤压物体的力 结构承受压缩时，作用在结构（习惯上称为压杆）上的力是一对方向相反，作用线与压杆轴线重合的集中力，方向指向杆的底面。如液压机的顶杆工作时就是受压。剪切力剪切力 两个距离很近 ,大小相等,方向相反,且作用于同一物体
18、上的平行力 结构在受剪切时，结构所承受的力是分别作用在构件相对的两个面上，方向相反，作用线错开微小距离的两个平行力。连接剪刀两个部分的销钉在剪刀工作时就是承受的剪切力，其受力模型如图。扭转力扭转力 反方向向物体两端均匀施力 ,使物体发生扭转形变的力 承受扭转的构件一般都称为轴。它承受的外力是一对作用在轴两端面内，转向相反的力偶矩。弯曲力弯曲力 作用于物体 ,使它产生弯曲的力 承受弯曲载荷的构件，一般称为梁。梁在承受弯曲时，受力情况比较复杂，其中一种载荷叫做弯矩。它是作用在过梁的轴线且与横截面垂直的平面内的力偶矩。其作用力是使梁产生弯曲变形。案例分析案例分析P006：人坐在椅子上, 椅面受到的力
19、；马上行动马上行动p007：行人和车辆通行的桥面受到的力。探究：探究：观察右图观察右图,说明石磨的推杆为什么要用一根绳子吊起来说明石磨的推杆为什么要用一根绳子吊起来?进一步挖掘：进一步挖掘：石磨在推动过程中，绳子在空间石磨在推动过程中，绳子在空间的轨迹是一个什么图形？的轨迹是一个什么图形？一是保持人在推磨时推杆始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。小实验：小实验：做做“纸板承受压力试验纸板承受压力试验”p008：比较不同形状的纸：比较不同形状的纸板承受压力的大小。板承受压力的大小。回答问题：1） 哪种
20、情况下纸板的抗压能力最强? 2） 举例说明这一结论在实际应用中有什么意义。3） 如果把纸板折成瓦楞状,试验结果会发生什么变化 ? 事物结构合理性的基础是能够抵抗来自外界的各种作用力和自身重力的影响。讨论: 技术学科对力的分析与物理学科受力分析的区别？物理学科：物理学科：分析物体受到的外力的作用，力作用下物分析物体受到的外力的作用，力作用下物体的外部形状和运动状态的改变及其所遵循的体的外部形状和运动状态的改变及其所遵循的规律。规律。技术学科：技术学科：分析物体受到外力作用后，对物体内部结构分析物体受到外力作用后，对物体内部结构的影响或要求及其规律。的影响或要求及其规律。3.结构的类型：结构的类型
21、：实体结构、框架结构、壳体结构。实体结构、框架结构、壳体结构。1）实体结构：是指结构体本身是实心的结构。）实体结构：是指结构体本身是实心的结构。受力特点：外力分布在整个体积中。受力特点：外力分布在整个体积中。实体结构可以连续传递载荷，适于承受压力。实体结构可以连续传递载荷，适于承受压力。案例分析：三峡大坝、厨房中的菜板子、实心墙、水案例分析：三峡大坝、厨房中的菜板子、实心墙、水库的大坝、古代的城墙、柱子、实心球等。库的大坝、古代的城墙、柱子、实心球等。2）框架结构：是指结构体由细长的构件组成的结构。）框架结构：是指结构体由细长的构件组成的结构。受力特点：受力特点：支撑空间而不充满空间，能承受垂
22、直和水平荷支撑空间而不充满空间，能承受垂直和水平荷载。载。框架结构是由杆件或板件连接而成的，构件可框架结构是由杆件或板件连接而成的，构件可以是空心，也可以是实心；可以是平面框架，也可以是空心，也可以是实心；可以是平面框架，也可以是空间框架。由于这种结构用料少，可以承受多以是空间框架。由于这种结构用料少，可以承受多种载荷，因此用得很广泛。种载荷，因此用得很广泛。案例案例：窗户、画框、房子、竹排、教室的门窗：窗户、画框、房子、竹排、教室的门窗常用木框架，蔬菜大棚的棚体、建筑用脚手架、常用木框架，蔬菜大棚的棚体、建筑用脚手架、自行车、艾菲尔铁塔、桌子、板凳、书橱、输电自行车、艾菲尔铁塔、桌子、板凳、
23、书橱、输电铁塔。铁塔。3）壳体结构：通常是指层状层状的结构。 壳体结构是用薄壁壳状构件来替代空间框架而形成的一种空间结构。由于它可以将作用在其上的集中横向载荷分散为沿壳体的压力。因此在场馆建设中用得很多。受力特点： 外力作用在结构体的表面上，由弧面整体分担承受，抵抗变形。案例分析： 头盔，汽车飞机外壳、饮水杯、文具盒、装甲车、头盔，汽车飞机外壳、饮水杯、文具盒、装甲车、油罐、鸡蛋、核桃、瓜子、西瓜、锅碗瓢盆油罐、鸡蛋、核桃、瓜子、西瓜、锅碗瓢盆等等。4）组合结构：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。受力特点：复杂（这是大学结构力学将要学习的）。 在日常生活中我们常见的结构大部分都是组合结构。结构的类型种类：缆索结构、桁（heng）架结构、空间桁架结构、球形空间桁架结构等。案例分析：大坝都是拱形和实心结构的组合体；圆顶大厦的顶部都是框架结构和壳体结构的组合（又叫球形空间桁架结构）。学生讨论：进入工地时总是被要求戴上安全帽，为什么？课后作业：p011 练习1、2题
