建高塔——结构与稳定
想让塔又高又稳,秘诀是上小下大、上轻下重、结构镂空。三角形最稳固,所以桥梁、铁塔都爱用三角形框架。
难点:很多同学以为塔越重越稳,其实关键是重心低和底面积大。上重下轻、头重脚轻最容易倒。抗风测试时用扇子吹,镂空结构能让风穿过去,减少被吹倒的力。
🧩 典型例题3 道
小明用同样长的小棒和橡皮筋，分别扎成一个三角形框架和一个四边形框架，然后用手推框架的一个顶点。哪个框架容易变形？工程师建铁塔、造桥梁时为什么爱用三角形框架？
先回忆“形状稳定性”实验的现象，再联系“三角形最稳固”的道理来解释。
① 用手推四边形框架的顶点，它很容易被推歪，变成“平行四边形”，说明四边形不稳定。
② 用同样的力推三角形框架的顶点，它几乎不变形，说明三角形能保持形状、承受推力。
③ 因为三角形三条边一旦定长，形状就唯一确定、不会走样，所以铁塔和桥梁用三角形框架，能又牢固又省材料。
三角形稳定的根本原因是“边长定则形状定”，而四边形边长不变时形状仍可改变，这是最常考的易错点。
科学小组要用同样多的吸管搭一座“又高又稳”的塔进行比赛。他们想研究“底座大小是否影响塔的稳定”。请帮他们设计实验，并说出让塔更稳的搭法。
这是“对比实验”，关键是只改变一个条件（底座大小），其他条件都相同，属于控制变量法。
① 做两座塔：甲塔底座小、乙塔底座大，两座塔的高度、吸管数量、材料都保持相同（只改变底座大小这一个条件）。
② 在相同高度处、用相同大小的风（如用扇子扇同样的力）去吹，或轻推塔身，观察哪座先倒。
③ 结果乙塔（底座大）更不容易倒，说明“上小下大”能让塔更稳；因此搭塔要做到上小下大、上轻下重、结构镂空。
对比实验必须“只变一个条件”，若两座塔高度也不同，就无法判断到底是底座还是高度在起作用。
要做一个高 厘米的塔模型，老师给了总质量 克的配重块。为使塔“上轻下重”更稳定，规定下半段与上半段的配重质量之比为 。请算出上、下两段各放多少克配重，并说明这样做的科学道理。
先把总质量按比例 分成 份，求出每份质量，再分别算上、下段；最后用“重心”知识解释。
① 比 共 份，每份质量为 克。
② 下半段占 份： 克；上半段占 份： 克。
③ 下段 克、上段 克，下重上轻使塔的重心降低，塔就更不容易被推倒，更加稳定。
按比例分配要先求“一份”的量；重心越低塔越稳，这正是“上轻下重”的科学依据。
🌟 学以致用 · 解决生活中的问题
杭州的六和塔千年不倒,靠的就是稳重宽大的塔基;搭积木塔时底座宽、往上收,就不容易倒。
杭州的六和塔千年不倒,靠的就是稳重宽大的塔基;搭积木塔时底座宽、往上收,就不容易倒。