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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（鱼类）等。本栏目的设置目的是让学生内化“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”为选学内容。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,2008年北京奥运会主体育场“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：纸张弯曲跨度小，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张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，而且在纸板变形的过程中，它的内力也在变化（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》（中国大百科全书出版社,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内力，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；圆形陶瓷装饰品——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内容后做，也可以放在教学的过程中，让学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。头盔内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内弹出来，垫在方向盘与驾驶人之间，防止驾驶人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。但是在我国四川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范围内。因为支撑面大，人稍有倾斜，重心的垂线仍在支撑面内，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，如果在抽屉内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，所以抽屉内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内，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，教师应指导学生学会分析原因，找出影响试验结果的因素。16.教材第19页“马上行动”(1)用胶水加固连接部位，在不影响功能的前提下，对角线方向增加木条，如下图所示。（2)依次是：刚连接、铰连接、刚连接。(3)第一种是榫接，强度较大，结构最稳定。第二种是用钉子连接，当上端受压力时，连接处（钉子）要承受剪切力，容易造成连接处断裂，所以强度最小。第三种也是用钉子连接，但当上端受压力时，连接处所承受的是压力，同时因为没有榫接打孔影响结构，所以强度最大。17.教材第20页“探究”(1)一是增加瓶子的强度，受力不容易变形；二是增大手与瓶子之间的摩擦阻力，容易握住。(2)本题可由学生自行观察后得出结论。(3)分体式空调器的室外机由于自身的重力比较大，在户外的固定一般采用铁架支撑的方式。若采用壁挂方式，打人墙体的膨胀螺钉的强度和墙体的强度都不足以承受室外机的重力，最后将出现断裂以至于脱落。18.教材第21页“3结构与功能”引导学生进行结构与