2019-2020年高中通用技術(shù)二輪復(fù)習(xí) 專題5 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(jiàn)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)。 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、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(jiàn)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( ) 拉力 壓力 剪切力 扭轉(zhuǎn)力 A B C D （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、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 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) 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 扭轉(zhuǎn)力 D剪切力3一根材質(zhì)勻稱的木質(zhì)橫梁，長(zhǎng)25m，截面規(guī)格為30cm20cm，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(méi)有。則A、B兩處抵抗外界向內(nèi)擠壓(如圖乙)的能力( )AA處比B處大BB處比A處大C不能確定D一樣大 5一顆高4m、樹(shù)干直徑約10cm的樹(shù)移植到另一處，為了抵消外力對(duì)樹(shù)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 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)定性不是由下列因素決定的( ) A塔基的面積 B塔身高度 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)?，F(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(méi)有倒塌。請(qǐng)分析比薩斜塔沒(méi)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 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、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 BA處應(yīng)力小，B處應(yīng)力大 C A、B兩處的應(yīng)力一樣大 DA、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 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，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)1C 2A 3A 4A 5 A 6C 7D8.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(jiàn)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)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 13B 14B 15C 16 B 17 D 18 D19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。