高中通用技術(shù)二輪復(fù)習(xí)專題五 結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 2011高考
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1、專題五結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 知識(shí)框架 結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)的含義 結(jié)構(gòu)的類型 結(jié)構(gòu)的受力 探析穩(wěn)固的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性 結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)與功能 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例 結(jié)構(gòu)模型或原型的制作 欣賞經(jīng)典的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例的評(píng)價(jià) 復(fù)習(xí)要點(diǎn) 1.能從力學(xué)角度了解結(jié)構(gòu)的概念,能對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)例進(jìn)行分類。 2.能結(jié)合簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)案例,分析結(jié)構(gòu)是如何承受力的。 3.理解結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。 4.將結(jié)構(gòu)的形狀、材料、連接方式等方面對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響運(yùn)用到常見的設(shè)計(jì),并對(duì)不同領(lǐng)域中的一些案例進(jìn)行分析、優(yōu)化和改進(jìn)。
2、 5.理解結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,能對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)象進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),繪出簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)圖紙。 6.學(xué)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)案例進(jìn)行評(píng)價(jià)。 重點(diǎn)提示 1.結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)從空間和力的角度來(lái)考慮設(shè)計(jì)。從力學(xué)角度看,結(jié)構(gòu)是指可承受一定應(yīng)力的架構(gòu)形態(tài),結(jié)構(gòu)可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。 每個(gè)物體都有其特定的架構(gòu)形態(tài),一個(gè)較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)由許多不同的部分組成、這些組成部分通常稱為構(gòu)件。當(dāng)構(gòu)件受到外力作用時(shí),內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用會(huì)發(fā)生改變.產(chǎn)生一種抵抗的力,稱為內(nèi)力。應(yīng)力是構(gòu)件的單位橫截面上所產(chǎn)生的內(nèi)力,當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一極限值時(shí).結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞。 構(gòu)件的基本受力形式有拉力、壓力、剪切力、扭轉(zhuǎn)力
3、、彎曲力。有時(shí),構(gòu)件可能同時(shí)受到幾種不同形式的力的作用。 要注意各種實(shí)體、殼體、框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),及其在設(shè)計(jì)中的仿生作用。 2.結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在外力的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。它是結(jié)構(gòu)的重要性質(zhì)之一,如果一個(gè)物體的結(jié)構(gòu)不能有效地抵御常見外力的作用,那么該物體是很難承受負(fù)載而保持平衡的。影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素有多種,對(duì)于一個(gè)在地面可移動(dòng)的物體來(lái)說(shuō),主要是重心位置的高低、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐而的大小、結(jié)構(gòu)的形狀等。 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是指結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素是結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)構(gòu)的材料、構(gòu)件之問(wèn)的連接方式等因素有關(guān)。 3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考
4、慮的主要因素有:符合使用者對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的穩(wěn)定性和強(qiáng)度的要求,安全因素,公眾和使用者的審美需求,使用者的個(gè)性化需要,對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的成本控制要求和一定的使用壽命。 無(wú)論是機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)還是建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),人們總是在滿足功能要求的情況下,追求用最少(或最輕)的材料組成結(jié)構(gòu),同時(shí)追求結(jié)構(gòu)的剛度或強(qiáng)度的最大化。 不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).應(yīng)考慮的因素各有側(cè)重,但無(wú)論在哪一類用途的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,安全都是至關(guān)重要的因素。 4.結(jié)構(gòu)欣賞主要從兩個(gè)方面來(lái)考慮。從技術(shù)的角度:結(jié)構(gòu)的使用功能實(shí)現(xiàn),結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固耐用.結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)的創(chuàng)意和表現(xiàn)力,材料的使用的合理性,工藝制造的精湛程度等。從文化角度:結(jié)構(gòu)的文化寓意與傳達(dá),公
5、眾認(rèn)可的美學(xué)原則,反映時(shí)代、民族、習(xí)俗方面特征,結(jié)構(gòu)個(gè)性特征等。 例題解析 【例l】吊扇在啟動(dòng)瞬間,吊桿的主要受力形式有( ) ①拉力②壓力③剪切力④扭轉(zhuǎn)力 A.①④ B.①② C.①③ D.②③ (分析)本題考查“構(gòu)件受力的形式”。構(gòu)件基本受力形式主要有拉力、壓力、剪切力和扭轉(zhuǎn)力等。拉力:物體所承受的拉拽力;壓力:擠壓物體的力;剪切力:兩個(gè)距離近、大小相等、方向相反且作用于同一物體上的平行力;扭轉(zhuǎn)力:反方向?qū)ξ矬w兩端均勻施力,使物體發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變的力。很多時(shí)候,構(gòu)件可能同時(shí)受到幾種不同形式的力的作用,吊扇在剛剛啟動(dòng)的過(guò)程中,吊桿要克服吊扇的拉力、
6、電扇啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力。答案:A 【例2】如圖是錢塘江大橋,從結(jié)構(gòu)的形態(tài)來(lái)看,橫跨于兩個(gè)橋墩之間的橋梁所屬的結(jié)構(gòu)類型是( ) A.實(shí)體結(jié)構(gòu) B.框架結(jié)構(gòu) C.殼體結(jié)構(gòu) D.組合結(jié)構(gòu) (分析)本題考查“結(jié)構(gòu)的類型”。結(jié)構(gòu)一般分為三種基本類型:實(shí)體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)。大多數(shù)現(xiàn)代建筑物的結(jié)構(gòu)是由若干種基本結(jié)構(gòu)類型組合而成的。錢塘江大橋的橋墩是實(shí)體結(jié)構(gòu),橫跨橋墩之間的橋梁是框架結(jié)構(gòu)。答案:B 【例3】如圖所示為一張學(xué)生制作的小木凳。小木凳腳架之間采用的連接方式是( ) A.鉚接 B.鉸連接 C.榫接 D.焊接
7、 答案:C (分析)本題考查“構(gòu)件連接的類型”。構(gòu)件的連接類型比較多,金工有鉚接、焊接、膠接等;木工有榫接、釘接等;按連接后的活動(dòng)效果.可分為鋼連接、鉸連接。小木凳的四支腳架由幾根橫木段通過(guò)榫接而成。 【例4】案例分析題如圖Z-5-3,從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的角度分析塑料板凳的凳腳設(shè)計(jì)成凹凸形狀而不是簡(jiǎn)單的平直形狀。 [提示] 塑料板凳的凳腳設(shè)計(jì)成半凹凸形,主要是為了提高凳腳強(qiáng)度。 (分析) 本題考查“構(gòu)件的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)的形狀有關(guān)”。設(shè)計(jì)成凹凸形狀.抗壓強(qiáng)度提高。 自主練習(xí) 一、基本題 1.如圖所示是竹、木混合材質(zhì)的躺椅,其結(jié)構(gòu)類型主要體現(xiàn)為( ) A.殼體結(jié)構(gòu)
8、 B.實(shí)體結(jié)構(gòu) C.框架結(jié)構(gòu) D.其他結(jié)構(gòu) 2.一輛汽車停在一座橋上,橋梁承受來(lái)自汽車的( ) A.壓力 B.拉力C.扭轉(zhuǎn)力 D.剪切力 3.一根材質(zhì)勻稱的木質(zhì)橫梁,長(zhǎng)2.5m,截面規(guī)格為30cm×20cm,兩端架在相距為2m的支撐墻上.如按豎擺和橫擺兩種方式(如圖Z-5-5所示)擺放,則木質(zhì)橫梁的承重(上往下壓)能力( ) A.如甲圖所示豎擺方式承重大 B.如乙圖所示橫擺方式承重大 C.一樣大 D.不確定 4.“康師傅”礦泉水的瓶子外形結(jié)構(gòu)如圖甲所示,A、B兩處是礦泉水瓶殼的不同結(jié)構(gòu).A處有內(nèi)環(huán)圈,B處沒有。則A、B兩處抵抗外
9、界向內(nèi)擠壓(如圖乙)的能力( ) A.A處比B處大 B.B處比A處大 C.不能確定 D.一樣大 5.一顆高4m、樹干直徑約10cm的樹移植到另一處,為了抵消外力對(duì)樹的影響,采用細(xì)鋼絲或竹竿固定,下列方法最不能達(dá)到目的是( ) A.用單根竹竿固定 B.用三根竹竿固定C.用兩根鋼絲固定 D.用三根鋼絲固定 6. 如圖Z-5-7所示為可移動(dòng)的籃球架,為了使籃球架前運(yùn)動(dòng)員更加安全,現(xiàn)需要增加穩(wěn)定性,實(shí)施有效穩(wěn)定性的方法有( ) A.增加底座后部面積 C. 底座后部加重 B. 減輕底座后部質(zhì)量 D.減少底面積 7.古塔一般為磚木結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不是由下列因
10、素決定的( ) A.塔基的面積 B.塔身高度 C.建造塔所用的材料 D.塔周圍風(fēng)的大小 8.評(píng)價(jià)題 小明設(shè)計(jì)了一種日光燈的安裝方案,由于房間層高比較高.為安裝方便,小明采用懸吊方案,設(shè)計(jì)圖如右下圖所示.只用一個(gè)掛鉤,再通過(guò)尼龍繩與日光燈架連接。請(qǐng)指出該設(shè)計(jì)的不足之處.并提出改進(jìn)方案。 9.試驗(yàn)題如下圖是學(xué)生用木材制作的衣帽架,連接方式有榫接、釘。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,高度不低于lm,至少能掛四件衣服(每件約1kg)。現(xiàn)在要測(cè)試其穩(wěn)定性,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)試方案。 10.分析題 過(guò)去農(nóng)村地區(qū)人們用木制水桶在深井打水,常常要在水桶口的邊緣綁
11、上一個(gè)小重物,水桶降到水面時(shí)能自動(dòng)側(cè)翻,方便水桶進(jìn)水.請(qǐng)根據(jù)所學(xué)的知識(shí)從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析這一做法。 11.分析題如圖所示是意大利比薩斜塔。該塔向南傾斜大約5.5°.這意味著斜塔第七層的柱子比第一層要探出大約4.5m,但它沒有倒塌。請(qǐng)分析比薩斜塔沒有倒塌的主要原因. 二、拓展題 12.農(nóng)用三輪車在轉(zhuǎn)彎時(shí),由于支撐面積小,比四輪車更易側(cè)翻,為了保證行車安全,一般行駛中應(yīng)該注意的是( ) A.盡量將物品放在兩側(cè) B.盡量將重物擱在后面 C.彎道上快速行駛 D.彎道上放慢速度 13.材質(zhì)相同、長(zhǎng)度相同、截面積相同,但截面
12、形狀不同的直桿件,在桿件兩端分別施加拉力和壓力,則下列說(shuō)法正確的是( ) A.抗拉能力一定不同,抗壓能力有可能不同 B.抗拉能力一定相同,抗壓能力有可能不同 C.抗拉能力一定不同,抗壓能力有可能相同 D.抗拉能力一定相同,抗壓能力一定相同 14.如圖為一衛(wèi)星整流罩的主視圖。衛(wèi)星整流罩的主要作用是保護(hù)衛(wèi)星不受外界影響.免受各種氣動(dòng)力、氣動(dòng)加熱的作用。從結(jié)構(gòu)的類型來(lái)看,整流罩屬于( ) A.實(shí)體結(jié)構(gòu) B.殼體結(jié)構(gòu) C.框架結(jié)構(gòu) D.組合結(jié)構(gòu) 15.如下靠上邊圖是一張四腳小方凳的直觀圖及視圖,由于天氣干燥,榫接部位松動(dòng),出現(xiàn)左右擺動(dòng),小明準(zhǔn)備用方木條、
13、鐵釘為原材料.進(jìn)行加固.如下靠下邊圖所示,效果最好的方法是( ) 16.如右圖.椅子的腳粗細(xì)不一,一個(gè)人坐上去之后,關(guān)于A、B兩處應(yīng)力的 大小,下列說(shuō)法正確的是( ) A. A處應(yīng)力大.B處應(yīng)力小 B.A處應(yīng)力小,B處應(yīng)力大 C. A、B兩處的應(yīng)力一樣大 D.A、B兩處的應(yīng)力大小不能比較 17.下列因素對(duì)鋼筋混凝土電線桿的穩(wěn)定性影響最大的是( ) A.電線桿的直徑 B.電線桿在地面處的截面積 C.電線桿周邊風(fēng)的大小 D.電線桿地下的深度 18.懸索橋上的繩索除了承受自身的重力外,主要是承受( ) A.壓力
14、B.扭轉(zhuǎn)力 C.剪切力 D.拉力 19.設(shè)計(jì)題 如圖所示,一個(gè)廠家生產(chǎn)的鐵質(zhì)軸承座的模型,該產(chǎn)品在工作時(shí).軸承座上方圓柱孔受力較小,且孔的內(nèi)壁各處受力最大值相近。由于近年來(lái)鋼材價(jià)格猛漲,為降低原材料成本,請(qǐng)你對(duì)軸承座的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,并將優(yōu)化的方案用草圖表達(dá)。 20.分析題大跨度承受壓力一般用“人”字形梁,其結(jié)構(gòu)形狀如圖所示,主要由四個(gè)桿件AB、AC、BC和AD組成,A、B、C為結(jié)點(diǎn)。AD為鋼筋,桿件AB下方由螺栓擰緊。當(dāng)A點(diǎn)承受向下的壓力時(shí),分析“人”字形梁構(gòu)件AB、BC所受的主要外力,說(shuō)明哪個(gè)構(gòu)件更適合用鋼筋。 21.分析題如圖,路燈立柱與底盤接頭,
15、試分析三角狀筋板的作用。 22.分析題 如圖.馬達(dá)通過(guò)皮帶帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng),從力的角度.分析軸AB的主要作用。 專題五結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 1.C 2.A 3.A 4.A 5. A 6.C 7.D 8.由于日光燈與掛鉤之間不是采用鋼連接.且只有一個(gè)掛鉤,日光燈容易轉(zhuǎn)動(dòng),改進(jìn)方案見右圖。 9.試驗(yàn)方案可設(shè)計(jì)兩塊內(nèi)容: (1)測(cè)試能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,衣帽架至少能掛四件衣服(約1 kg),那么在各橫架外側(cè)至少應(yīng)能掛上l kg以上的重物。在衣帽架上方各橫架外側(cè)掛 l kg重物,若翻倒,穩(wěn)定性差,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。 (2
16、)測(cè)試衣帽架能否達(dá)到較高要求。如果測(cè)試能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,那么可測(cè)試衣帽架能否達(dá)到更 高的穩(wěn)定性要求,如在各橫架外側(cè)掛5 kg的重物,看結(jié)果能否翻倒。 試驗(yàn)內(nèi)容 試驗(yàn)結(jié)果 穩(wěn)定性 1 在上方各橫架外側(cè)掛 l kg重物 2 在上方各橫架外側(cè)掛5 kg重物 10在水桶口的邊緣綁上一重物,改變水桶重心,降低穩(wěn)定性,使水桶在水面易側(cè)翻。 11比薩斜塔不倒的主要原因是其重心的投影點(diǎn)還落在支撐面內(nèi).其次斜塔本身具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度.可以抵抗因傾斜而造成的彎曲應(yīng)力, 12 D 13.B 14.B 15.C 16 B 17 D 1
17、8 D 19.用最少的原材料.并達(dá)到設(shè)計(jì)要求,這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)追求的日標(biāo)。對(duì)軸承座的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,有多種方案,右圖是其中一例。 20.構(gòu)件AB所受的主要外力是壓力,構(gòu)件BC所受的主要外力是拉力;鋼筋抗拉能力強(qiáng),大跨度抗壓能力差,故構(gòu)件BC更適合用鋼筋。 21.電線桿與底盤采用剛連接,由于連接面積小,應(yīng)力大,連接處容易斷裂。加三角狀筋板,主要是提高連接處的強(qiáng)度,更好地抵抗外力。 22.抵抗彎曲(抵抗皮帶上的拉力);傳送扭轉(zhuǎn)力。 內(nèi)容總結(jié) (1)專題五結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 知識(shí)框架 復(fù)習(xí)要點(diǎn) 1.能從力學(xué)角度了解結(jié)構(gòu)的概念,能對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)例進(jìn)行分類 (2)現(xiàn)在要測(cè)試其穩(wěn)定性,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)試方案 (3)9.試驗(yàn)方案可設(shè)計(jì)兩塊內(nèi)容: (1)測(cè)試能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求 (4)20.構(gòu)件AB所受的主要外力是壓力,構(gòu)件BC所受的主要外力是拉力
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