12. 模型制作挑战。
材料:牙签、白纸、剪刀、胶水、重物(如硬币、小石块)等。
任务:用吸管或牙签搭建跨度为 30 cm 的桥梁模型,进行承重测试。
设计要求:
(1)结构类型可选梁桥、拱桥或斜拉桥。
(2)材料总重量≤50 g(限制过度堆砌)。
评分标准:
(1)稳定性:承受至少 500 g 的重量。
(2)创意性:运用科学原理(如三角形加固节点)。
(3)美观性:结构对称、工整。

解：
制作方案如下：
1. 结构选型：选用带三角形桁架的梁桥结构，整体跨度设定为30cm，材料总重量控制在45g，满足总重量≤50g的要求。
2. 制作流程：
① 材料预处理：将白纸裁成宽1cm的长条，以牙签为轴卷成紧实的空心纸杆，用胶水粘牢定型，制作出24根等长的短纸杆、6根长30cm的长纸杆。
② 桁架侧梁搭建：用短纸杆拼接出12个等边三角形单元，将三角形单元依次首尾连接，组合成左右两根长度为30cm的桁架侧梁，所有节点用胶水粘接固定，利用三角形结构的稳定性提升桥身抗弯折能力。
③ 整体组装：将两根桁架侧梁平行对称摆放，用短纸杆在底部横向连接固定，再将白纸裁剪成适配大小的平整桥面粘贴在侧梁上方，保证整桥结构左右对称、造型工整。
④ 后期检查：待胶水完全干透后称量整桥总重量，确认总质量小于50g，调整所有松动节点保证结构稳固。
3. 承重测试：将桥梁两端架在等高支撑台上，保证净跨度为30cm，在桥面中央逐步添加重物，可稳定承载500g以上的重量，符合全部评分标准。
答：按照上述方案制作的桥梁模型可满足所有设计与评分要求。

13.探究实践作业设计。
【任务1】拱桥模型水平推力对比实验
材料:硬纸板、木条、弹簧测力计、砝码、直尺、胶带。
步骤:
①制作3个不同跨度的拱桥模型(如20 cm、30 cm、40 cm),保持拱高相同;
②在桥面中央放置砝码(如200 g),用弹簧测力计水平拉住桥墩使其稳定,记录拉力值;
③分析跨度与水平推力的关系。
数据记录:
(1)请设计一张数据记录表。
【任务2】优化拱桥支撑方式。
目标:通过改变桥墩支撑条件,减小水平推力。
方案:(2)尝试写出两种可行的方案。
后续验证:对比两种方案下的桥墩的位移量和弹簧测力计读数,分析哪种方式更有效。

解：
(1) 数据记录表：
| 实验次数 | 拱桥跨度/cm | 拱高/cm | 桥面放置砝码质量/g | 弹簧测力计测得的水平推力/N |
| -------- | ----------- | ------- | ------------------ | -------------------------- |
| 1 | 20 | 保持相同 | 200 | |
| 2 | 30 | 保持相同 | 200 | |
| 3 | 40 | 保持相同 | 200 | |
(2) 可行方案：
方案一：在两个相对的桥墩之间加装水平木条拉杆，将两侧桥墩内侧连接固定，抵消拱桥向外的水平推力。
方案二：将两个桥墩的底部设置为向内倾斜的支撑结构，利用支撑面的反力产生向内的分力，抵消部分拱桥向外的水平推力。