“穩固結構的探析”教學設計

教師在做試驗時，邊做邊解釋如何讓乒乓球平穩的具體過程。

（師）：好，同學們，這是我營造的一個穩定的例子。然而，在日常生活中，我們看到的卻是許多不穩定的現象：臺風過后，被吹倒在地的廣告牌，三輪車因貨物堆的過高而翻倒，自行車碰翻倒地……

這些都是當物體受到外力作用時，原有的平衡狀態被打破而出現的不穩定現象；但是在剛才的試驗中，我特地對乒乓球也施加了外力作用，對它的平衡狀態進行干擾，但是它并沒有出現不穩定而倒下。所以說明了這樣一個問題：結構體維持原有平衡狀態的能力或本領是不同的。

由此引出穩定性的概念（結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。）

（板書）結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。

（師）：當一個物體的結構不能有效地抵抗外力對其自身平衡的影響，那么該物體就很難承受負載而保持平衡。

提出問題：結構體自身維持平衡狀態的本領是各有不同的，那么有哪些因素會影響到結構體的平衡性呢？

分組討論：指出廣告牌，落地燈，底小口大的空竹簍有可能會受到哪些力的作用而出現不穩定的現象，并根據你的生活經驗，簡要說明理由。

通過討論，從而引出影響穩定性的主要因素（重心位置高低，支撐面大小，物體形狀）。

（板書）影響穩定性的主要因素

（板書）1.結構的重心

一般，物體重心越低，穩定性越好。

提問：可以通過哪些措施或方法來降低重心，提高穩定性？一般，學生結合自己學過的物理知識，可以回答到兩點：物體的高度不可設計過高；上輕底重。教師可以做補充發揮：重心的投影應落在結構體的底面內部，教師可以向學生做演示試驗。

另外要重點補充的是：重心與接觸面（接觸點）的位置關系。重心與接觸點的三種不同的位置，牽涉到三種不同的平衡：不穩定平衡，隨遇平衡，穩定平衡。

圖中矩形代表標尺，紅點代表重心，藍色圓點是固定點，標尺在固定點的作用下可在豎直平面內自由轉動。

（不穩定平衡）       （隨遇平衡）                   穩定平衡）

這三種平衡的穩定性比較：不穩定平衡<隨遇平衡<穩定平衡。并且解釋一開始做的“走鋼絲”演示試驗中，為什么乒乓球下面掛了一個大鉤碼以后，就可以立穩在細線上了（穩定平衡，乒乓球與鉤碼的整體重心位于細線的下方）。

（板書）探究：易拉罐的重心與穩定性的關系。

試驗準備：易拉罐1只，一易拉罐清水，燒杯1只（可以用其他盛水器皿代替）

試驗過程：

（1）先往易拉罐中灌滿水，然后按照下圖豎立易拉罐，發現此時易拉罐無

法保持平衡。

（2） 向盛水器皿中倒掉一部分水，再按照上圖豎立易拉罐頭，

不行的話，再倒掉一部分水，再豎立易拉罐……

（3 發現當易拉罐中留有一定數量水的時候，易拉罐就可以立穩在桌面上，通

過試驗找出這個水量。

（板書）2.結構體的底座

一般，結構與地面接觸所形成的支持面越大，穩定性越好。解釋：因為這塊面積越大，重心的投影就越容易落在里面，從而可以達到穩定。

舉例：寶塔為什么上端小，下端大？建造高層建筑物時，為什么它的地基做的很大而且很深？