桥梁与物理研究性学习.doc

桥梁与物理研究性学习指导师：课题组长：组员：一课题实施方案（一）课题背景：“一桥飞架南北，天堑变通途。”用这句话来形容桥梁在交通方面所起的作用是再恰当不过了，随着时代的发展，桥在发生日新月异的变化，从古代的石拱桥到现代的高速公路桥，从原始的独木桥到现在的钢索斜拉桥。目前全世界共有各种类型的桥几百万座，桥为我们的生活带来了方便，在繁荣社会经济的舞台上扮演了一个重要的角色。意义与价值：桥梁建设是一项复杂的综合性的工程，涉及力学、材料学、工程学等物理知识，研究它与物理的关系可以使我们对物理有一个新的认识，从纯物理向应用物理过渡；也使我们认识到桥的重要性。（二）课题目标：了解桥的演变历史。了解物理在生活中的实际意义。研究出桥梁与物理的关系。（三）调查内容：收集有关桥梁的发展演变资料。分析各种类型的桥梁中的物理知识。调查建桥用的材料。制作相关实验。（四）研究步骤：确定课题，设计课题。实践调查。处理收集到的资料。实践活动，收集整理资料。处理数据，资料，进行实验。演算实践，并完成论文初稿。修改，完善论文。论文定稿并提交。（五）研究成员及具体分工：组长林国维副组长彭建文资料收集与整理白建瓯吴志远蔡辉祥写报告林国维彭建文数据的演算实践林国维吴志远制作蔡辉祥潘均豪课题研究成果一桥梁发展演变资料在中国九百六十万平方公里的土地上，有世界上著名的黄河、长江、珠江等大河。自涓涓细流到浩浩巨浸，蜿蜒曲折，奔流入海。全国河道密如蛛网，上面布满着大大小小、形形式式的桥梁。我国古代桥梁，和其他事物一样，有一个发生发展的过程。陕西西安发掘出的公元五六千年前新石器时代村落遗址半坡村，在村居四周，有宽深各约五六米的围堑，要越过围堑出入村落，必然已有即使是很简陋的木桥。中国古代的信史或诗歌中有很多关于“梁”的记载。这些梁，可能是架木而成，或是堤梁一类有少数架空的部位。比较早的大桥的记载是殷代首都殷（今河南安阳）附近跨漳水的“巨桥”（据通典在今河北曲周东北）。公元前1066年，周武王伐纣，攻克朝歌（今河南淇县），命南公括“发巨桥之粟”（史记周本纪，又见吕氏春秋慎大览、淮南子主术训）以救济贫民。水经注漳水条记：“迳巨桥邸阁西旧有大梁横水，故有巨桥之称。”桥的建设应早于这一年代。在这之前，大约在公元前1134年，周伯姬昌（就是后来的周文王）“亲迎于渭，造舟为梁”（诗经大雅大明）。这是说当时用船造过临时性的浮桥。据华阳国志，秦代李冰任蜀守时（公元前256年到251年），在四川益州（今成都）造了七座桥，其中一座名“笮桥”，据唐代宰相李吉甫（758814）在元和志中解释道：西南地区凡称“笮”的地名便表示有藤索桥或竹索桥。铁索桥传说起自西汉初期（公元前200年左右），据陕西褒城（今撤销并入勉县和汉中市）樊江桥明嘉靖八年（公元1529年）在桥头所树碑上的记载，是西汉大将樊哙（？前189）在西汉元年（公元前206年）在褒城马道驿的寒溪上建起了这座铁索桥。据史书记载，我国早在东汉末年已有砖石拱桥，魏王都邺（今河北临漳西南）有石窦桥，晋代洛阳有石拱桥。清光绪三十三年（1907年）至宣统元年（1909年），人们利用从德国进口的钢材，在甘肃省兰州市的黄河上建造了一座钢铁大桥兰州黄河大桥。这座桥梁的出现，标志着中国以木料和石料为主要建筑材料的古代建桥历史阶段的基本结束。从此，中国桥梁建设进入了一个崭新的历史时期。从那时到现在，中国的桥梁建筑大约有以下几个特点：（一）采用了许多更先进、更科学的建桥技术。（二）采用了比木、石料性能更好的新材料，如钢铁、钢筋混凝土等，作为建桥的主要材料。（三）除维修、加固一批古代名桥，以及在城乡根据需要而建造许多新桥外，还在宽阔的黄河、长江上，先后建造了一系列大型梁桥，如武汉、南京、重庆、九江长江大桥等。这些大桥，都堪称世界一流名桥。（四）铁路、公路两用桥。如杭州钱塘江大桥、武汉、南京长江大桥等，相继建成。（五）形态优美的城市行人天桥，和构筑精巧的行车天桥陆续出现，使中国的桥梁家族更为壮大。二桥梁基本类型梁式桥：结构简单，建造容易，适用于乡村步行，小型车辆通过，跨度较小的河流，山壑。在瑞安陶山陶峰镇陶峰村，建于南宋淳熙年间（11741189）。为五孔梁式石桥，总跨度25.4米，桥面宽2.35米。各孔跨度：中孔6.24米，南北对应两孔分别为5.20和3.13米。孔上各铺桥板5条，正面磨光，刻有花纹。桥墩每缝立石柱5根，左右两根斜度较大，中孔左右桥墩两缝侧面各立石柱一排5根，其上架搭石梁1根，以防止水流直冲桥墩，颇为独特。陶山八卦桥拱型桥：压力被传到圆拱上，圆拱再把力传到桥两端的地面上，可以承受较大压力，因此分布广泛。东安铜桥赵州桥又名安济桥，建于隋大业(公元605-618)年间，是著名匠师李春建造。桥长64.40米，跨径37.02米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。在主拱券的上边两端又各加设了二个小拱，一是可节省材料，二是减少桥身自重（减少自重15%），而且能增加桥下河水的泄流量赵州桥索拉乔：不占用桥下空间，便于船通行；结构合理科学，建造方便快捷，是现代桥梁的经典代表；勇敢索斜拉桥体，两边对称，这样来自桥体的压力传输到钢索上，可防止桥梁弯曲。多瑙河桥是跨越多瑙河的一座混凝土斜拉桥，全长406m，通航孔177m，截面采用具有较好的抗风和抗震性能的箱形截面桁架桥：把压力和张力传到桁架上。飞云江桥位于浙江省瑞安县，跨飞云江。是中国最大跨度的预应力混凝土简支梁桥。桥全长1721m，分跨为1851+562+1435(m)，最大跨度62m，梁高2.85,高跨比1/21.75；混凝土标号R60；桥面宽13m，由5片主梁构成，翼缘宽2.5m，安装后下翼缘间设置12cm厚底板，形成4横箱截面。每片梁重2200kN，用3000kN架桥机安装，日架两片；并采用预应力混凝土打入桩，施工速度甚快，全桥施工时间仅2.5年。于1988年10月建成通车。飞云江大桥在静静的剑河上，有一座古老的木质桁架桥“数学桥”。这座当地最著名的桥，陪伴着剑河沿岸最古老的建筑红砖垒砌的剑桥大学女王学院院长官邸，走过了250多个春秋。数学桥又称牛顿桥，是一座木结构桥，位于王后学院内。数学桥看上去不起眼，关于它的故事却很动听。相传，这座桥是牛顿运用数学和力学原理设计建造的，整座桥上没有使用一根钉子，堪称奇迹。后来，好奇的学生把它拆下来，想看个究竟。谁知拆下容易，恢复难！无论他们用什么方法，就是恢复不了原样，连校方也无能为力。最后，不得不用钉子固定，才重新将木桥架起来。牛顿桥吊桥：原理同索拉桥，广泛用于连接跨度较大的峡谷之间。三常见建桥材料石材：便宜且坚固、耐用，但不耐拉。钢材：比较便宜，耐用也耐拉，坚固，但需要防止腐蚀。混凝土；便宜且坚固、耐压，但不耐拉，可以用钢筋加固。四实验桥梁结构模型的设计制作目的：建造一个接近实际的桥梁实验器材：卡片、纸、绳、铁丝、胶水等步骤：设计图纸制作桥梁模型对模型进行评价（以放重物的办法，判断桥梁的坚固性）图纸：实验现象：“拱型桥”能支撑4本书，“梁式桥”能支撑2本书初步实验结论：拱型桥比梁式桥更能曾受压力。收获与体会：通过模型制作，使研究的对象（桥梁）具体化，便通过对其加重物使我们对桥梁的受力状况加深了了解。模拟桥侧面抗压实验目的：模拟拱桥与传统桥侧面抗压情况。实验器材：硬纸片，筷子，橡皮筋，可调风力的电风扇步骤：将硬纸片裁成如图形状，用规格相同的橡皮筋将硬纸片固定于筷子上，用可调风力的电风扇从正面吹硬纸片并比较其橡皮筋形变程度。图纸：实验现象：“拱形”的橡皮筋形变程度在不同风力下总小于对照组的形变程度。实验结论：拱形桥可大大减少侧面压力，而比传统桥更具防洪能力，更使我们感慨古人的创造能力。五组员心得：虽然不是第一次开展研究性学习，但这是我第一次当课题组长，心里总是有些紧张。不过总算圆满结束了一年的研究性学习。由于高二大家学业都比较重，所以本来三月份就可以结题的却被硬拖到了四月份，但总算是挤出时间和组员们一起完成了所有的工作，如果再晚点可能就结不了题了。合理分工，安排时间真的是很重要啊！特别是对于学业繁重的我们高二学生来说，就更加重要了。这也是我在研究性学习中学到的知识。开展研究性学习虽然给我的学业增加了许多的压力，但也在无形中带给了我许多快乐，增进了我和组员们的友情，在我的人生留下了一段值得留恋美好时光。我很庆幸当了这个组的组长并和我的组员们在陈小微老师的指导下研究这个课题，现在终于给它画了一个完美的终止符。本课题的第二个实验是我自己设计的，虽然还有许多需要改进之处，但得到了指导老师的充分肯定，使我十分开心。我想这次开展研究性学习对我最大的帮助是培养了我将书本上的知识运用到实际中的能力，也就是实践能力。同时也在无形中培养了我团队合作的能力。通过这次研究性学习，我初步感受桥的文化内涵，初步了解拱桥、斜拉索桥、引桥的力学道理。还培养了我运用调查、访问、上网等主要手段收集信息、资料的能力，并学会整理、分析资料，能得出自己的结论，提高学习水平。在学习实践过程中，培养我发现问题和探究问题的能力。挖掘桥梁资源，培养了我热爱家乡、热爱祖国的思想情感。在探究过程中形成了良好的科学态度和科学道德的体验。总之我是受益匪浅的。林国维探求过程。在活动的过程中，我们研究，是从未知到已知的学到的是社会生活中人与人之间的沟通，合作互助等在课堂上无法学到实践技能，这令我们更充实，动手能力得到大大提高。而这次学习最值得我们回忆的就是曲线优美的桥梁和活跃于书本之外的物理知识了。这次学习让我重新认识了物理。令我明白我们的学习并不仅仅为了考试还有更多价值。蔡辉祥我们这次都研究性学习的课题是“桥梁与物理”。刚开始我看到这课题是还感觉挺新鲜的，毕竟我也没想要这次的课题会是这个，但跟同学学了这课题之后，我才知道要建造一个桥梁，真不容易啊，里面用到的物理知识可不少，单单里面的饿建造角度和原理就可以让你眼花缭乱。这次的研究性学习让我受益非浅，这次的活动中不仅让我知道了桥梁的建造，还让我跟同学的合作有默契了一点，这次研究性学习我过的很开心，很满足。潘均豪作为一名高中生，身上肩负着升大学的重任，成天总是与题，与课本打交道，于是总想：我们学了这些知识，却没有深入实践中运用，不知所学知识的实用价值。而且有时我们也会反思：难道我们学习仅仅是为了应付高考吗？真正的素质教育并不在于考试才是唯一的素质和能力的测评手段，实践应该才是最好的明证。如果等将来出身社会才来证明自己的话，也许许多人都有太多的悲哀和遗憾，所以我们何不从现在起，就随时检验自身，这是一种警钟，也是催发我们上进的号角。有时我真想和许多同学一样大声疾呼：“我们不需要做考试的机器!”在教育行政部门的倡导和关注下，我们学校也很重视学生素质的提高，能力的培养，并将这些计划付诸行动，鼓励、组织学生积极参加综合实践活动，同学们都得到了培养自己能力和挖掘自身潜能的机会。在陈老师的指导和建议下，我们自己很快自选了研究课题，是有关桥梁的研究，因为我们觉得这个选题比较贴近新教材，而且能使教材与实际联系起来。我们一组数人经过了数月的努力，终于完成了这个课题的研究，过程中有喜悦，有汗水，有困难，最后，当然有成功。而且通过这种实践活动，我们真正懂得了创新教育的重要意义，真正做到了“不唯书、不唯师”，主动自觉地去探索、去发现、去学习，帮助我们树立了自信，让我们深刻认识到人人都有无限的创造潜能，书本上所学的东西通过实践的验证，更能体现其价值，更能激发我们的学习动力和热情。通过这次活动，同学们各方面的能力都得到了提高，都说学到了许多课本上没有的东西。并且我们共同认识到：知识是基础，实践是过程，培养能力是目的。所以，知识实践=能力。吴志远真正的素质教育并不在于考试才是唯一的素质和能力的测评手段，实践应该才是最好的明证。为了锻炼我们的社会实践能力，学校在高中特意开设了一门研究性学习。在研究性学习当中，我认为选择课题很重要，要选择自己感兴趣的，才能激发自身的研究的主动性并在研究过程中找到快乐。在这次研究性学习当中大家都积极参加，十分踊跃。加之此次研究性学习中去制作座桥梁模型，也就让我们更加热情投入，以求获更多的收获。正是这种积极高昂的态度以及陈小微老师正确细心的指导，使得我们取得最后的成功。这次研究性学习的锻炼，是我的动手能力还有自身学习能力都得到了巨大的提高。彭建文经过几次较为深入的对桥梁的调查研究，我们已经逐步掌握了一些桥梁基本情况，这里就我个人在这次研究性学习的看法和感受作以下总结。在这次活动中，我任务重点是负责对资料的收集和整理，这其中就包括桥梁的概况，对力学原理和产生的经济效益等原始资料的收集，以及对桥梁的设计师资料的收集。这次是我们七个人第一次在一起进行课题的研究性学习。由于对研究性学习的理解不够深，以及没有太多的社会实践经验，这就决定了我们七个人必须团结在一起，组成一个集体，用各自的优势去弥补他人的不足，从而使我们发挥出更强的战斗力。我在这次活动中，得到了十足的进步。无论是在面对多种选择的关键地方，还是在应对