师:同学们好,欢迎来到今天的科学课堂。上节课我们了解到增加梁的宽度能提高抗弯曲能力,增加梁的厚度则可大大提高抗弯曲能力。本节课,我们将继续探究还有哪些方法能改变材料的抗弯曲能力。接下来学习形状与结构单元第二课——形状与抗弯曲能力。
在建筑施工中,我们会用到各种各样的材料,像钢材和铝材,它们的形状也是多种多样。大家看这4张图片,图片里材料的横截面分别是什么形状?
生:左上材料形状是一字形,右上是W形,左下是口字形,右下是O形。
师:没错。当然,建筑施工中材料的形状远不止这些。我们继续看下一页,这4张图片中材料的形状又是什么样的呢?
生:左上是L型,右上是T型,左下是U型,右下是工字型。
师:我们刚才看到的只是众多材料形状中的一小部分。大家思考一下,为什么我们不全用简单易加工的薄版一字型材料,而是要把材料加工成各种形状呢?
生:我觉得在使用中把材料加工成各种形状,是有功能上的需求,比如彩钢瓦加工成W型,更便于雨水流淌。
生:我认为把材料加工成各种形状,可能是为了追求材料的坚固性,改变形状或许能改变材料的抗弯曲能力。
师:这些想法都很有道理。科学是一门严谨的学科,下面我们通过实验来具体探究形状与抗弯曲能力的关系。老师没办法把那些庞大笨重的建筑材料搬到教室里做实验,但我们可以用纸来代替。纸不仅容易获取,还方便我们折叠成各种形状。实验时,我们对比一张平展纸梁的承重和用同样的纸折成上述形状的纸梁的承重,通过比较和分析实验结果,就能探究形状与抗弯曲能力的关系。
实验前,我们看看需要准备哪些材料。我们需要5张同样大小、厚薄的纸,若干相同大小的垫片,4本相同的科学书,还有一根直尺。本次实验探究纸的形状与抗弯曲能力的关系,大家思考一下,实验中我们要改变的条件是什么?不改变的条件又有哪些?
生:实验中改变的条件是纸的形状。
师:非常好。那么,为了保证实验的准确性,哪些条件要控制不变呢?
生:纸梁垫起的高度、弯曲的标准、架空的距离、放垫片的位置等都要保持不变。
师:没错。具体实验操作如下,按图所示,把纸分别平展折成U型、W型、口字形和O型,在不改变上述条件的前提下进行实验,并认真记录实验数据。关于实验的观察和记录,我们思考两个问题。第一,抗弯曲能力怎样体现?或者说用什么来衡量抗弯曲能力呢?
生:跟上节课一样,通过实验中各种形状纸梁能承载的垫片数量来衡量,能承载更多垫片的抗弯曲能力更强。
师:很好。第二,弯曲的标准是什么?
生:每组实验中,当纸梁放上最后一个垫片后承受不住重量弯曲接触桌面,此时纸梁已被压弯,最后一个垫片不应计入数据。
师:没错。大家再看看我们要实验的5组纸梁分别是什么形状?
生:有一字型、U型、W型、口字形和O型。
