1、 四個主題都是專題性技術設計四個主題都是專題性技術設計, , 它們具有典型意它們具有典型意義義, , 并與技術的發展密切相關聯。學習這些技術與設并與技術的發展密切相關聯。學習這些技術與設計的基本思想和基本方法計的基本思想和基本方法, , 將使我們終身受益。將使我們終身受益。控制與設計控制與設計技術與設計技術與設計2結構與設計結構與設計流程與設計流程與設計系統與設計系統與設計一、常見結構的認識第一單元 結構與設計二、穩定結構的探析三、簡單結構的制作四、經典結構的欣賞一、常見結構的認識 在自然界，相同的物質，不同的結構，在自然界，相同的物質，不同的結構，表現出不同特性的現象處處可見。表現出不同特性

2、的現象處處可見。1 1 、無處不在的結構、無處不在的結構 （1 1）自然界的結構現象）自然界的結構現象l每個蜂房呈大小相等的六棱柱體。l使用最少的蜂蠟制作盡可能寬敞的空間。l這些蜂巢組成底盤的菱形的所有鈍角都是109度28分，所有的銳角都是70度32分。制成最大的菱形容器正是這個角度。蜘蛛網蜘蛛網:任意兩個節點都能找到一條可通過的路徑任意兩個節點都能找到一條可通過的路徑 雖然貝殼的主要成分是碳酸鈣，但貝殼分泌的珍珠母，能實現“混凝土-磚頭”結合一樣的功效。 而且貝殼的形狀，在抵御壓力上是顯著的。結構結構（structure）是指事物的各個組成）是指事物的各個組成部分之間有序的部分之間有序的搭配

3、和排列搭配和排列。世界上任。世界上任何物體都存在結構何物體都存在結構,結構多種多樣且決定結構多種多樣且決定著事物存在的性質。著事物存在的性質。 形形色色的結構給了人們無限的創造靈感和啟示，通過對自然界中結構的分析和研究，人們將其成果應用到技術領域，更好地服務人類。大自然是最完美的設計師 人們仿蜂巢構造用各種材料制成蜂巢式夾層結構板，強度大、重量輕、不易傳導聲和熱，是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛星等的理想材料。 案例案例1 根據蒼耳子的結構，發明了簡單實用的尼根據蒼耳子的結構，發明了簡單實用的尼龍搭扣用以代替紐扣、拉鏈等。龍搭扣用以代替紐扣、拉鏈等。案例2 人類飛翔的夢想源于展翅高飛的人

4、類飛翔的夢想源于展翅高飛的鳥，鳥因為有它自由流暢的體形和翅鳥，鳥因為有它自由流暢的體形和翅膀結構膀結構. . 飛機原型源于飛鳥形體結構的仿生。飛機原型源于飛鳥形體結構的仿生。鳥與飛機鷹眼鷹眼與導彈跟蹤系統與導彈跟蹤系統“鷹眼”導彈系統能自動尋找、識別、跟蹤、打擊目標。（2）在技術領域，產品的結構更是豐富多彩。（一把錘子、一輛汽車、一座橋、一幢房子都具有特定的結構）（3 3）在社會領域）在社會領域-也普遍存在著結構現象也普遍存在著結構現象u一篇文章的內容結構;u一家企業的人員結構人員結構; ;u班級結構 同樣是六個字- “這個人表現好” “這個人好表現” 一褒一貶； -排序不同，結構就不同，性質

5、也就不同。結構影響事物的性質和功能結構影響事物的性質和功能魁魁北北克克大大橋橋 1907年，加拿大魁北克大橋的坍塌，被列為20世紀十大技術失誤之一。 啟示：啟示：結構影響設計的性質和功能，結構影響設計的性質和功能，在技術領域，結構方面存在的小問題也許就會結構方面存在的小問題也許就會導致重大事故的發生。導致重大事故的發生。 因此，合理的結構是事物存在的基礎，卓因此，合理的結構是事物存在的基礎，卓越的結構是設計者和制造者的重要追求。越的結構是設計者和制造者的重要追求。分析椅子和橋的共同之處分析椅子和橋的共同之處: 結構定義結構定義：從力學角度力學角度來說，結構指可承受一定力的架構形態，它可以抵抗能

6、引起形狀和大小改變的力。2 2、結構與力、結構與力一個較復雜的結構由許多不同的部分組成，一個較復雜的結構由許多不同的部分組成，組成結構的每一個部分稱為構件。組成結構的每一個部分稱為構件。輻條、輻條、輪胎、輪胎、車圈、車圈、氣門氣門等構件組成。等構件組成。自行車的車輪由自行車的車輪由 一個設計合理的結構應該能承受外界的各種作用力一個設計合理的結構應該能承受外界的各種作用力,抵抗各抵抗各種變形，因此，我們需要了解作用在結構上的各種力。種變形，因此，我們需要了解作用在結構上的各種力。一個火腿腸，如何在中間截為兩段？用工具：空手：空手： （1 1）刀切開 （2 2）剪刀剪開（3 3）掰彎）掰彎 （4

7、4）扭斷）扭斷 （5 5）拉斷）拉斷拉力拉力 作用于物體作用于物體 ,使它產生彎曲的力使它產生彎曲的力 壓壓 力力 兩個距離很近兩個距離很近 ,大小相等大小相等,方向相反方向相反,且作用于同一物且作用于同一物體上的平行力體上的平行力 剪切力剪切力 擠壓物體的力擠壓物體的力扭轉力扭轉力 物體所承受的拉拽力物體所承受的拉拽力 彎曲力彎曲力 反方向向物體兩端均勻施力反方向向物體兩端均勻施力,使物體發生扭轉形變的力使物體發生扭轉形變的力馬上行動馬上行動: : 請連線請連線閱讀案例：魁北克大橋的坍塌。分析大橋坍塌的原因是什么？設計師擅自改變橋的結構。為什么改變橋的結構會造成塌陷呢？ 因為，不合理的結構會

8、使結構或材料所受到的外力超過其承受的極限。不同材料的應力不同，當應力達到某一極限值時，結構就會遭到破壞。【馬上行動】填空： 在上圖中，吊蘭的支撐架承受 ，橋墩承受來自橋面、橋上負載的 ，兩端被托住的橋梁受到 。拉力拉力壓力壓力支撐力支撐力 觀察右圖觀察右圖,說明說明 石磨的推桿為石磨的推桿為 什么要用一根什么要用一根 繩子吊起來。繩子吊起來。 探究：探究：1、保持人在推磨過程時推桿始終在平行于地面的平面、保持人在推磨過程時推桿始終在平行于地面的平面上運動；改變了人推磨時的用力方向，只需前推與后拉，上運動；改變了人推磨時的用力方向，只需前推與后拉，使推磨更輕松使推磨更輕松2、防止推桿彎曲變形。可

9、以承載一些推桿的重力、防止推桿彎曲變形。可以承載一些推桿的重力（1）實體結構）實體結構結構體本身是實心的結構結構體本身是實心的結構受力情況：外力分布在整個體積中，如大壩、實心墻、受力情況：外力分布在整個體積中，如大壩、實心墻、實體物實體物3 3、結構的類型、結構的類型（2 2） 框架結構框架結構特點：結構穩定、抗壓抗拉特點：結構穩定、抗壓抗拉缺點：構件損害對整體有嚴重影響。缺點：構件損害對整體有嚴重影響。例子：窗戶、畫框、房子的結構。例子：窗戶、畫框、房子的結構。由細長的構件組成的結構由細長的構件組成的結構（3 3） 殼體結構殼體結構殼體結構通常是指層狀的結構殼體結構通常是指層狀的結構特點：空

10、間大、抗上壓，受力均勻特點：空間大、抗上壓，受力均勻缺點：制作難度大缺點：制作難度大例子：頭盔、汽車、飛機的外殼例子：頭盔、汽車、飛機的外殼受力特點：外力作用在結構體的表面上。特別是當頂部受到壓受力特點：外力作用在結構體的表面上。特別是當頂部受到壓力時，它能將力均勻擴散。力時，它能將力均勻擴散。埃菲爾鐵塔埃菲爾鐵塔在實際生活和生產在實際生活和生產中，很多物體的結構是中，很多物體的結構是由兩種或兩種以上的基由兩種或兩種以上的基本結構類型組合而成。本結構類型組合而成。國家歌劇院國家歌劇院1.1.結構與穩定性結構與穩定性2.2.結構與強度結構與強度3.3.結構與功能結構與功能二、穩定結構的探析 在日

11、常生活中，我們時常會看到翻到在地的物體。在日常生活中，我們時常會看到翻到在地的物體。是什么原因出現了圖上所示的現象？是什么原因出現了圖上所示的現象？什么樣的結構是穩定的，什么樣的結構又是不穩定的？什么樣的結構是穩定的，什么樣的結構又是不穩定的？結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。結構的穩定性與什么因素有關？結構的穩定性與什么因素有關？想一想：想一想：1 1、結構的穩定性、結構的穩定性 如果在它脖子上掛上一定數量的鐵環，它還會不倒嗎？如果在它脖子上掛上一定數量的鐵環，它還會不倒嗎？探究一：不倒翁為什么不倒？ 結構的穩定性與重心位置有關。物體重心越低，越穩定。結構的穩定性與重心位置有關。物

12、體重心越低，越穩定。 不倒翁的重心很低，就在它與地面的接觸點上，所以不倒，如果往它的脖子掛上鐵環，它的重心位置升高了，當鐵環達到一定數量時，不倒翁就不再是不倒翁了。 比薩斜塔不倒的原因是它的重心所在點的垂線落比薩斜塔不倒的原因是它的重心所在點的垂線落在塔的底面的范圍內。當塔傾斜到一定程度，重心的在塔的底面的范圍內。當塔傾斜到一定程度，重心的垂線不再落在塔的底面時，塔就會傾倒。垂線不再落在塔的底面時，塔就會傾倒。結構重心的位結構重心的位置：置：結構重心結構重心所在點的垂線所在點的垂線是否落在結構是否落在結構底面的范圍內，底面的范圍內，落在就是穩定落在就是穩定的，沒有就是的，沒有就是不穩定的。不穩

13、定的。為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？ 這是為了進一步增大與地面接觸所形成的支撐面這是為了進一步增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩定性。積，增加穩定性。注意：注意：支撐面支撐面接觸面。接觸面。接觸面接觸面: :是物體與地面接觸形成的面。支撐面支撐面: :是物體與地面接觸形成支撐點的連線與地面構成的面。探究二：結構與地面接觸所形成的支撐面的大小影響結構的穩定性。結構與地面接觸所形成的支撐面的大小影響結構的穩定性。接觸面接觸面支撐面支撐面探究三：怎樣讓一本書更好地直立在桌面上？ 結構或構件的形狀影響其穩定性。結構或構件的形狀影響其穩定性。 將它的

14、下端各將它的下端各書頁展開一定的角書頁展開一定的角度，仍舊將它直立度，仍舊將它直立在桌面上，它就能在桌面上，它就能很好的挺立住。很好的挺立住。 A字形梯為什么載人時能夠保持穩定？如果沒有梯子中間的橫梁將會怎么樣？ 一方面，梯子打開的時候，梯面與地面組成三角形，梯子本身就能站得穩。當連接兩個梯面的橫桿拉直時，兩個梯面的上半部分就與橫桿構成了穩定的三角形，這就進一步加強了梯子的穩定性，保證梯子能承受人體的壓力。鏈接生活現象：主要從梯子的形狀，梯子的重心兩方面分析 如果沒有梯子中間的橫梁，梯子的支撐角與地面的位置不能固定，梯子的支撐角與地面的摩擦力不夠大時，由于兩梯腿是用鉸鏈連接的，當人站在梯子上時

15、，兩梯腳會向外滑動，梯子的結構會被破壞。影響結構穩定性的主要因素： 1、重心位置的高低2、結構與地面接觸所形成的支撐面的大小3、結構的形狀 知識拓展 結構的穩定性在日常生活中有著廣泛的運用，在很多時候我們利用穩定的結構抵抗外力、承受負載，另一方面有時也利用不穩定來為我們生活提供便利。例如：例如：1、用倒置的啤酒瓶預報地震、用倒置的啤酒瓶預報地震2、在水桶的一邊掛上重物打水、在水桶的一邊掛上重物打水汶川地震中不倒的最牛小學汶川地震中不倒的最牛小學這跟它建筑這跟它建筑結構的強度結構的強度是有很大的關系的，是有很大的關系的，2.2.結構與強度結構與強度先看一場拔河比賽先看一場拔河比賽還沒分出勝負，繩

16、子斷了，那么繩子為什么會斷呢？還沒分出勝負，繩子斷了，那么繩子為什么會斷呢？什么是結構的強度？什么是結構的強度？ 當外力作用于繩子，繩子內部各質點之間相互作當外力作用于繩子，繩子內部各質點之間相互作用，產生一種抵抗外力與形變的力，稱之為用，產生一種抵抗外力與形變的力，稱之為內力內力。單位橫截面積上所產生的內力，稱為單位橫截面積上所產生的內力，稱為應力應力，可用如，可用如下關系式表示：下關系式表示： =F/s 當應力達到某一極限值時當應力達到某一極限值時, 結構就會遭到破壞，結構就會遭到破壞，當外力達到或超過繩子所受的應力的極限值，繩子當外力達到或超過繩子所受的應力的極限值，繩子就斷了。就斷了。

17、2 2、結構的強度：、結構的強度：結構所具有的抵抗被外力破壞的能力結構所具有的抵抗被外力破壞的能力 因此要使建筑在地震的強大作用力下，減少因此要使建筑在地震的強大作用力下，減少破壞程度，我們必須增強建筑結構抵抗被外力破破壞程度，我們必須增強建筑結構抵抗被外力破壞的能力，也就是增強建筑結構的強度。壞的能力，也就是增強建筑結構的強度。 而要增強結構的強度，我們就需要了解影響而要增強結構的強度，我們就需要了解影響結構強度的因素主要有哪些。結構強度的因素主要有哪些。你們知道鉆石（金剛石）為你們知道鉆石（金剛石）為什么有那么高的硬度嗎？什么有那么高的硬度嗎？金剛石原子呈正四面體金剛石原子呈正四面體空間網

18、狀結構分布，形空間網狀結構分布，形成無數個小三角形成無數個小三角形結構的形狀影響著結構的強度結構的形狀影響著結構的強度一個用4根小木條釘成的相框，牢固嗎？有什么方法可以使它變牢固？探究 三角形是框架結構中最基本的形狀之一三角形是框架結構中最基本的形狀之一,它結實、穩定，它結實、穩定，所用材料最少。所用材料最少。 結構的形狀影響著結構的強度結構的形狀影響著結構的強度 在四邊形、六邊形構件中，加上三角形支撐件，在四邊形、六邊形構件中，加上三角形支撐件，就可大大增加構件的牢固程度。就可大大增加構件的牢固程度。各種形狀的橫截面構件，所承受力的程度是不一樣的。各種形狀的橫截面構件，所承受力的程度是不一樣的。結構形狀對強度的影響有兩點：結構形狀對強度的影響有兩點：一是結構的外部形狀；一是結構的外部形狀；二是結構的構件截面形狀。二是結構的構件截面形狀。 不同材料構成的結構，其強度各不相同。有抗拉力、不同材料構成的結構，其強度各不相同。有抗拉力、壓力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同結構不同要壓力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同結構不同要求中，選擇不同特性的材料。求中，選擇不同特性的材料。結構的材料影響結構的強度結構的材料影響結構的強度供高空作用的吊繩壓力壓力拉力拉力 梁在外力和自身重力的作用下容易受到如圖（梁在外力和自身重力的作用