《桿件的四種基本變形及組合變形、 直桿軸向拉、壓橫截面上的內(nèi)力》教學(xué)設(shè)計.doc

土木工程力學(xué)基礎(chǔ)（高教版）桿件的四種基本變形及組合變形、直桿軸向拉、壓橫截面上的內(nèi)力教學(xué)設(shè)計課題3.1桿件四種基本變形及組合變形教學(xué)時間2課時教學(xué)目標(biāo)知識與技能認(rèn)識桿件的基本變形和組合變形；過程與方法通過分析工程實例、生活實例中的受力及變形掌握桿件的基本變形的受力及變形特點；情感、態(tài)度、價值觀通過分析工程結(jié)構(gòu)中的受力及變形并口頭描述，培養(yǎng)歸納、總結(jié)、語言表達(dá)的能力；教學(xué)重點1、 桿件的基本變形受力特點、變形特點；教學(xué)難點1、桿件力學(xué)模型的理解 2、 桿件四種基本變形的區(qū)分教學(xué)內(nèi)容及其過程學(xué)生活動教師導(dǎo)學(xué)一、引入手拉彈簧彈簧會發(fā)生什么變化？小朋友雙臂吊在單杠上，人雙手撐地倒立起來，胳膊都有什么樣的感覺，胳膊的形狀有改變嗎？二、導(dǎo)學(xué)提綱3.1桿件四種基本變形及組合變形1. 桿件是指其縱向長度遠(yuǎn)大于橫向尺寸的構(gòu)件，軸線是直線的桿件稱為直桿。2. 軸向拉伸和壓縮受力特點是直桿的兩端沿桿軸線方向作用一對大小相等、方向相反的力；變形特點是在外力作用下產(chǎn)生桿軸線方向的伸長或縮短。3. 產(chǎn)生軸向拉伸變形的桿件，其當(dāng)作用力背離桿端時，作用力是拉力（圖a）；產(chǎn)生軸向壓縮變形的桿件，其作用力指向桿端，作用力是壓力，（圖b）。4. 剪切變形的受力特點是作用在構(gòu)件上的橫向外力大小相等、方向相反、作用線平行且距離很近。5. 剪切變形的變形特點是介于兩橫向力之間的各截面沿外力作用方向發(fā)生相對錯動。6. 剪切面是指兩橫向力之間的橫截面，破壞常在剪切面上發(fā)生。7. 扭轉(zhuǎn)變形的受力特點：在垂直于桿軸線的平面內(nèi)，作用有大小相等、轉(zhuǎn)向相反的一對力偶。8. 扭轉(zhuǎn)變形的變形特點：各橫截面繞桿軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。9. 扭轉(zhuǎn)角是指任意兩個橫截面間的相對轉(zhuǎn)角，用表示。10. 彎曲變形的受力特點：桿件受到通過桿軸線平面內(nèi)的力偶作用，或受到垂直于桿軸線的橫向力作用.11. 彎曲變形的變形特點：桿件的軸線將由直線變成曲線。12. 以彎曲變形為主要變形的構(gòu)件稱為受彎構(gòu)件，梁是最常見的受彎構(gòu)件之一。13. 畫受力簡圖時，受彎的桿件常用其軸線代替.14. 組合變形是指由兩種或兩種以上基本變形組合而成的變形。15. 斜彎曲的受力特點：外力的作用平面通過梁軸，但不與梁的縱向?qū)ΨQ面重合。16. 斜彎曲的變形特點：由兩個相互垂直的平面彎曲組合而成，梁變形后的軸線就不在外力作用平面內(nèi)。17.受力特點：作用在直桿上的外力作用線與桿軸平行而不重合。18. 偏心壓縮的變形特點：由軸向壓縮和彎曲變形組合而成。19. 彎扭組合變形的受力特點：在桿件上作用有與桿軸垂直的外力，同時在垂直于桿軸線的平面內(nèi)，作用有力偶。20. 彎扭組合變形的變形特點：由彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形組合而成。3.2直桿軸向拉、壓橫截面上的內(nèi)力1. 內(nèi)力是指由外力（或外部因素）引起的桿件內(nèi)各部分間相互的作用力。2. 軸力是指在軸向拉（壓）桿中橫截面中的內(nèi)力。3. 當(dāng)桿件受拉而伸長時，軸力FN或FN背離截面，軸力取正號，反之取負(fù)號。4. 繪制軸力圖時用平行于桿軸線的坐標(biāo)（x軸）表示橫截面的位置，垂直的坐標(biāo)（y軸）表示橫截面的軸力，按選定的比例尺把正軸力畫在軸的上方，負(fù)軸力畫在軸的下方。三、教師精講3.1桿件四種基本變形及組合變形1. 軸向拉伸和壓縮【工程實例】工程中有很多桿件受軸向力作用而產(chǎn)生拉伸或壓縮變形。例如圖a所示三角架，桿AB受拉，桿CB受壓；圖b中的立柱則是軸向壓縮的實例。還如，起吊構(gòu)件的鋼索，斜拉橋的鋼絲束，橋墩等都是軸向拉伸（壓縮）的實例。2剪切【工程實例】如圖a所示為一個鉚釘連接的簡圖。鋼板在拉力F的作用下使鉚釘?shù)淖笊蟼?cè)和右下側(cè)受力（圖b），這時，鉚釘?shù)纳?、下兩部分將發(fā)生水平方向的相互錯動（圖c）。當(dāng)拉力很大時，鉚釘將沿水平截面被剪斷，這種破壞形式稱為剪切破壞。3. 扭轉(zhuǎn)用改錐擰螺釘時，在改錐柄上手指的作用力構(gòu)成了一個力偶，螺釘?shù)淖枇υ诟腻F的刀口上構(gòu)成了一個方向相反的力偶，這兩個力偶都作用在垂直于桿軸的平面內(nèi)，就使改錐產(chǎn)生了扭轉(zhuǎn)變形，如圖a所示。例如汽車的轉(zhuǎn)向軸（圖b）。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，相當(dāng)于在轉(zhuǎn)向軸A端施加了一個力偶，與此同時，轉(zhuǎn)向軸的B端受到了來自轉(zhuǎn)向器的阻抗力偶。于是在軸AB的兩端受到了一對大小相等、轉(zhuǎn)向相反的力偶作用，使轉(zhuǎn)向軸發(fā)生了扭轉(zhuǎn)變形。扭轉(zhuǎn)角的概念，如圖4. 彎曲【試一試】兩手支撐一把長尺子，中間放一重物，尺子會發(fā)生怎樣的變形呢？縱向?qū)ΨQ面：梁的橫截面多為矩形、工字形、T形等（圖），它們都有一根豎向?qū)ΨQ軸，這根對稱軸與梁軸線所構(gòu)成的平面稱為縱向?qū)ΨQ面。平面彎曲：梁的彎曲平面與外力作用面相重合的彎曲。3.2直桿軸向拉、壓橫截面上的內(nèi)力1. 內(nèi)力的概念2. 軸力的計算（1）軸力為了顯示并計算桿件的內(nèi)力，通常采用截面法。假設(shè)用一個截面m-m（圖a）將桿件“切”成左右兩部分，取左邊部分為研究對象（圖b），要保持這部分與原來桿件一樣處于平衡狀態(tài)，就必須在被切開處加上桿的內(nèi)力FN，這個內(nèi)力FN就是右部分對左部分的作用力。在軸向拉（壓）桿中橫截面中的內(nèi)力稱為軸力。由于直桿整體是平衡的，左部分也是平衡的，對這部分建立平衡方程：由 若取右部分為研究對象，則可得 可以看出，取任一部分為研究對象，都可以得到相同的結(jié)果，其實FN與FN是一對作用力與反作用力，其數(shù)值必然相等。（2）軸力正負(fù)號規(guī)定（3）軸力的計算簡捷計算法：桿件橫截面上的軸力，等于該截面一側(cè)所有軸向外力的代數(shù)和，即 即 式中：外力背離所求截面時取正值，外力指向所求截面時取負(fù)值。 注意：軸力的計算結(jié)果為正值時，是指軸力指向背離截面。3. 軸力圖如圖所示，一個等截面直桿，受力F1=6kN，F(xiàn)2=9 kN，F(xiàn)3=3 kN的作用，試計算各段的軸力并繪制軸力圖。解：（1）根據(jù)各力的作用點將桿件分為AC，CB兩段，分別計算各段的軸力（2）用簡捷計算法計算軸力根據(jù)AC段內(nèi)取任意截面1-1，向左看：CB段內(nèi)取任意截面2-2，向左看：（3）畫軸力圖（圖b）四、練一練1. 分析圖示建筑工程結(jié)構(gòu)的受力及變形：（1）屋架上的檁條（2）廠房的牛腿柱（3）雨篷2. 例題中，計算軸力時從截面1-1，截面2-2如均向右看： 五、探究與感悟1、探究：建筑工程還存在哪些變形。2、感悟：建筑工程中的各種變形與什么有關(guān)。六、布置作業(yè)課本作業(yè)：P90 一、1-3三、1-3課外作業(yè)：尋找身邊的、建筑工程中的變形，可以用相機拍攝下來，運用所學(xué)變形知識加以解釋。讓同學(xué)來回答彈簧、胳膊的受力和形狀改變。1、自主學(xué)習(xí)自學(xué)教材、自主完成導(dǎo)學(xué)提綱，記錄疑點或無法解決的問題，為交流作準(zhǔn)備。2、組內(nèi)交流在小組長的組織下，有序開展交流與探討，共同解決存在的問題，并整理交流的結(jié)果。3、小組展示各組依次對交流的結(jié)果進行展示，并對各組的展示作出補充或評價。4、自我檢測獨立完成，學(xué)困生可在同學(xué)助學(xué)下完成。根據(jù)約束類型分析受力、繪制受力圖。用力的三要素描述作用在改錐、方向盤上的力。5、反思提高通過探究與感悟，激發(fā)求知欲望，提高學(xué)習(xí)專業(yè)的興趣。通過引導(dǎo)學(xué)生回答問題，引出物體在力的作用下變形是客觀存在的，進入課題。構(gòu)件桿件板（殼）塊體當(dāng)有學(xué)生問到，或?qū)τ信d趣的學(xué)生可適當(dāng)介紹如下關(guān)系： 1、布置前置作業(yè)課前精心預(yù)設(shè)前置作業(yè)，（由導(dǎo)學(xué)提綱、探究與感悟組成）組織學(xué)生自主學(xué)習(xí)。2、巡視導(dǎo)學(xué)巡視課堂，了解情況，對問題與疑點積極引導(dǎo)，適時點撥。對學(xué)困生積極鼓勵，并適度助學(xué)。3、點評與精講對各組討論進行點評，對重點、難點進行精講，關(guān)鍵是建立解題思路。復(fù)習(xí)受力圖的相關(guān)知識，隨時注意前后知識點的聯(lián)系。復(fù)習(xí)的同時，鍛煉學(xué)生的表述能力。重點指出：“背離”、“指向”是對所求截面而言。重點指出：（1）根據(jù)什么劃段：力的作用點；（2）為