沪科版（2024）八年级全册（2024）第七章 力与运动实践 调研桥梁建筑中的力平衡获奖教案设计

这是一份沪科版（2024）八年级全册（2024）第七章 力与运动实践 调研桥梁建筑中的力平衡获奖教案设计，共6页。
eq \x(物理观念)
1．通过调研桥梁建筑中的力平衡巩固力平衡相关的知识。
2．能用力与平衡相关知识解释桥梁建筑平衡原理。
eq \x(科学思维)
能将桥梁结构建构成力平衡的简单模型。
eq \x(科学探究)
1．能够搜集桥梁结构的信息并进行处理。
2．分享调查报告，交流并评价报告中所用证据及形成的结论的合理性。
eq \x(科学态度与责任)
1．认识物理学在建筑中的重要作用。
2．了解我国著名桥梁的历史、人文背景，培养学生民族自豪感。
教学重点：不同地区桥梁建筑的结构特点，以及它们和力平衡的关联。
教学难点：分析桥梁受力及力平衡的情况，撰写调查报告。
梯形木块、两根木棍、细线、多媒体课件等。
我国古代有许多载入史册的桥梁建筑，课前有要求同学们对这些桥梁有一些了解并选择一个自己喜欢的桥梁做深度调研。(打开多媒体课件，展示几张桥梁的图片)
那么大家能说一下图片里的桥的名字吗？没错，这就是有四大古桥之称的赵州桥、洛阳桥、广济桥和卢沟桥。
这是两个近现代的桥梁，钱塘江大桥还有武汉长江大桥。
这些桥历经风吹雨打，却稳固如初，彰显了我国在桥梁建筑方面的厚重底蕴。
今天就让我们走进桥梁的历史，了解桥梁的结构。
任务一 查阅并整理桥梁资料
活动1：了解桥梁的类型、结构特点。
打开多媒体课件，播放一段桥梁介绍视频(视频里有各个桥的名字及类型，以及发展历史)
师：通过刚才那段视频，同学们可以了解到桥梁有哪些类型？
生：有拱桥、梁桥、浮桥、斜拉桥等。
师：很好，那么你们能描述出这些类型对应的结构特点吗？
生：拱桥下会有很大的一个洞或者有几个洞连在一起，有的桥面是凸起的。梁桥有许多的桥墩，桥面是平的。浮桥漂浮在水面上，会随着水的波动起伏。斜拉桥会有高出桥面的柱子，用柱子上的绳索拉住桥面。
师：观察得很仔细，那么思考一下这些桥都处于平衡状态吗？
生：浮桥随着水波上下移动，运动状态在变化，不处于平衡状态，其他类型的桥都保持静止，处于平衡状态。
师：分析得很正确，那么这些处于平衡状态的桥梁类型，是怎样的力使它们保持平衡的呢？
活动2：了解拱桥和力平衡的关联。
拿出梯形的小木块，并打开多媒体课件。将木块组合成拱的结构，两侧用木块挡住，结构类似于下图。
师：首先是拱形桥，现在展示的是一个拱的拱形桥模型，人从桥上走过，对桥的压力方向是哪边？
生：竖直向下。
师：我们给拱一个竖直向下的力(用手轻压模型顶部模型没有太大变化)，那么对于最上端的木块，它受重力和手对它的压力，且保持静止，说明它受平衡力作用，是什么力与重力平衡？
生：两边木块的支持力和摩擦力。
师：不错，那么如果拱桥受到的压力变大会怎样(加大手给的力，两侧木块被推开，拱桥模型塌了)？这是为什么？
生：因为拱对两边有力的作用，将木块推开了。
师：没错，现在我要请一位同学帮忙按住模型左右两侧，我们再来验证一下。
重新搭建好模型，并让学生按住模型两侧。
师：现在我沿竖直向下的方向用力，你有什么感觉？
生：感觉受到的木块推力变大了。
师：我用的力全程是竖直向下的，木块的重力也是竖直向下的，为什么会对侧面有力的作用呢？
生：是拱的结构造成的。
师：将竖直方向的力传递到最底下的木块后，由桌面提供的支持力和两边木块的推力使拱保持静止。这样将一个力转换为了两个较小的力，使得桌面受到的压力变小，能承受更大的压力。
活动3：了解斜拉桥和力平衡的关联。
师：大家应该已经了解了拱桥的结构和力平衡的关系，那么是不是所有的桥的受力情况都和拱桥一致呢？
将木块收回，拿出斜拉桥模型，以及切换多媒体课件。
师：大家来看我现在拿出的模型是什么桥？
生：斜拉桥。
师：不错，我们假设这个横着的木棍就是我们走过的桥面，叫做桥梁，竖着的是斜拉桥的索塔，索塔和桥梁中间是固定的，左右两根线就叫做斜拉索。来一位同学帮我托着它。(让一位学生左手托住索塔，右手轻轻托住桥梁左右两边使桥梁不会左右倾倒)
师：当桥上没有人走过时，斜拉索是怎样的？
生：比较松，好像没有力。
师：那么当一个人从左向右走时，是怎样的？(用手从左至右向下压，可多次重复，让学生观察)
生：在左边用力时，左侧的斜拉索绷得更紧，拉力更大，到右侧时反了过来。
师：没错，那么桥梁保持静止状态，是由什么和重力以及荷载的压力相平衡？
生：斜拉索的拉力。
师：绳子的状态也没有改变，那么斜拉索受到的桥梁的拉力又是和什么平衡的呢？
生：索塔对斜拉索的拉力。
师：(问托住模型的学生)当桥上有人时，你左手有什么感觉吗？
生：感觉竖直向下的力变大了。
师：所以通过斜拉索，将桥梁的重力和荷载变成了索塔竖直向下的力，这样不需要太多的桥墩就可跨越一段较长的距离。
师：现在同学们桌前都有一样的模型，同学们可以尝试一下并交流你们的感受。
任务二 感兴趣的大桥
师：相信大家在课前调研时都找到自己喜欢的桥梁，现在请分析它的结构特点，形成一个简化模型，然后分析其受力以及力平衡的情况，并写成一个调查报告和大家分享。我这里有一些思路可以分享给大家：
(1)桥主要受到哪几个物体给予力的作用？
(2)桥梁结构是如何平衡这些力的？
(3)不同桥梁选择不同结构的原因是什么？
引导学生分别分析不同的桥梁结构以及力的平衡，提醒学生只需要找到最主要的力进行分析即可。
学生完成分析后可以分组分享自己的结果并进行讨论。
生：我很喜欢湖南矮寨大桥，是一个多组斜拉索桥，全长1 073.65 m，悬索桥的主跨为1 176 m，创造了四项世界第一。与单索斜拉桥一样，都是将主梁的力通过斜拉索传递给索塔，再转移至地面，之所以要很多条，都是为了分散主梁给斜拉索的力而已。我调查发现选择这样的结构是因为桥所在的地方没有办法建太多的桥墩，而且这里的土地很硬，能够承载住索塔的力。
老师等待几位学生分享出自己的结果后进行总结：桥梁建筑中的一个关键问题就是要因地制宜，在每一个桥梁建造之前先做好力的分析，把握好力的平衡。希望通过这节课能够让你们体会到桥梁建筑的结构精巧之美以及力平衡的重要性。课后大家可以按照课堂上的分析，用筷子、绳子、纸杯等建造自己喜欢的桥的模型，然后带来给同学们欣赏一下。
实 践 调研桥梁建筑中的力平衡
任务一 查阅并整理桥梁资料
任务二 感兴趣的大桥
在教学过程中需要带领学生思考，让他们自己去分析、理解桥的受力，需要在教学过程中引导以及给予提示。重难点在于如何帮助学生建立起从实物到模型的思路以及动手实践能力。同时在教学时注意培养学生的科学态度与责任，让学生认识到物理学在桥梁建筑中的重要作用和为人类文明与社会进步做出的巨大贡献。