一、從生活現(xiàn)象出發(fā)：為什么要關(guān)注建筑材料的強(qiáng)度與耐久性？演講人01從生活現(xiàn)象出發(fā)：為什么要關(guān)注建筑材料的強(qiáng)度與耐久性？02深入探究：建筑材料的強(qiáng)度有哪些類型？如何衡量？03耐久性：材料的“抗老化”能力，受哪些因素影響？04從理論到實(shí)踐：如何選擇符合強(qiáng)度與耐久性要求的建筑材料？05總結(jié)與思考：做生活中的“材料觀察員”目錄2025小學(xué)五年級(jí)科學(xué)下冊(cè)建筑材料的強(qiáng)度與耐久性要求課件各位同學(xué)、老師們，大家好！今天我們要共同探索一個(gè)與我們生活息息相關(guān)的科學(xué)主題——建筑材料的強(qiáng)度與耐久性要求。當(dāng)我們坐在明亮的教室上課、走過(guò)堅(jiān)固的橋梁上學(xué)、住在溫暖的家里時(shí)，這些“庇護(hù)所”的安全與長(zhǎng)久，都離不開(kāi)建筑材料的兩大核心性能：強(qiáng)度與耐久性。作為未來(lái)的“小工程師”，我們需要先理解這兩個(gè)概念，才能更好地觀察身邊的建筑，甚至為未來(lái)的創(chuàng)造打下基礎(chǔ)。01從生活現(xiàn)象出發(fā)：為什么要關(guān)注建筑材料的強(qiáng)度與耐久性？從生活現(xiàn)象出發(fā)：為什么要關(guān)注建筑材料的強(qiáng)度與耐久性？記得去年我?guī)W(xué)生參觀城市規(guī)劃館時(shí)，有個(gè)同學(xué)指著老城區(qū)的一張老照片問(wèn)：“老師，為什么這棟老房子的墻皮掉了一大塊，磚塊也裂了？”這個(gè)問(wèn)題讓我意識(shí)到，建筑材料的性能不是抽象的概念，而是真實(shí)影響我們生活安全與環(huán)境的關(guān)鍵。1建筑材料的“生命密碼”：強(qiáng)度與耐久性的定義強(qiáng)度：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是材料“扛得住壓力”的能力。比如我們用書(shū)本疊成小塔，最下面的書(shū)如果被壓變形甚至碎裂，就說(shuō)明它的抗壓強(qiáng)度不夠；用橡皮筋拉重物，橡皮筋被拉斷，就是抗拉強(qiáng)度不足?？茖W(xué)上，強(qiáng)度是指材料在承受外力（拉、壓、彎、剪等）時(shí)抵抗破壞的能力，常用“兆帕（MPa）”作為單位，數(shù)值越大，材料越堅(jiān)固。耐久性：可以理解為材料的“長(zhǎng)壽能力”。想象一塊木頭，如果放在潮濕的環(huán)境里，時(shí)間久了會(huì)發(fā)霉、腐爛；一塊石頭，經(jīng)歷風(fēng)吹雨打后可能會(huì)風(fēng)化剝落。耐久性就是材料在長(zhǎng)期使用中，抵抗環(huán)境（如溫度變化、雨水侵蝕、化學(xué)物質(zhì)腐蝕、生物破壞等）作用而保持原有性能的能力。2生活中的“反面教材”：忽視強(qiáng)度與耐久性的后果我曾在社區(qū)參與過(guò)一次老房安全排查。有一戶人家的陽(yáng)臺(tái)，因?yàn)楫?dāng)年裝修時(shí)用了劣質(zhì)的水泥，時(shí)間久了，水泥層脫落，鋼筋暴露后生銹膨脹，導(dǎo)致陽(yáng)臺(tái)出現(xiàn)裂縫。這就是典型的強(qiáng)度不足（水泥標(biāo)號(hào)低，抗壓強(qiáng)度不夠）和耐久性差（抗腐蝕能力弱）引發(fā)的安全隱患。類似的例子還有：年久失修的木橋因木材腐朽斷裂，小區(qū)圍墻因磚塊抗凍性差在冬春交替時(shí)酥碎……這些都在提醒我們：建筑材料的強(qiáng)度與耐久性，直接關(guān)系到建筑的安全壽命。02深入探究：建筑材料的強(qiáng)度有哪些類型？如何衡量？深入探究：建筑材料的強(qiáng)度有哪些類型？如何衡量？要理解強(qiáng)度，我們需要先明白“力”的不同作用方式。就像用手捏橡皮泥（壓力）、拉橡皮筋（拉力）、掰筷子（彎曲力），不同的力會(huì)讓材料表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度特性。1強(qiáng)度的四大類型：抗壓、抗拉、抗彎、抗剪抗壓強(qiáng)度：材料抵抗壓力破壞的能力，是建筑中最常見(jiàn)的強(qiáng)度要求。比如我們教室的承重墻、橋梁的橋墩，主要承受的就是壓力。以最常見(jiàn)的建筑材料為例：普通黏土磚的抗壓強(qiáng)度約為10-30MPa（相當(dāng)于每平方厘米能承受100-300公斤的壓力），而高強(qiáng)度混凝土的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到60-100MPa甚至更高?？估瓘?qiáng)度：材料抵抗拉力破壞的能力。比如用鋼筋混凝土建造的樓板，雖然混凝土本身抗壓強(qiáng)但抗拉弱（混凝土抗拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/10-1/20），所以需要在內(nèi)部埋入鋼筋（鋼材的抗拉強(qiáng)度可達(dá)200-500MPa），利用鋼筋來(lái)承受拉力，避免樓板被拉裂?？箯潖?qiáng)度：材料抵抗彎曲變形破壞的能力。比如我們用木板搭一個(gè)小桌子，當(dāng)放上重物時(shí)，木板中間會(huì)向下彎，如果彎得太厲害甚至斷裂，就是抗彎強(qiáng)度不足。木材的抗彎強(qiáng)度通常在50-100MPa，而金屬的抗彎強(qiáng)度更高。1強(qiáng)度的四大類型：抗壓、抗拉、抗彎、抗剪抗剪強(qiáng)度：材料抵抗剪切破壞的能力。剪切力就像用剪刀剪東西時(shí)的力，比如建筑中的梁與柱的連接處，或者磚塊之間的砂漿層，都需要抵抗剪切力。普通砂漿的抗剪強(qiáng)度約為0.1-1.0MPa，而高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠的抗剪強(qiáng)度可以達(dá)到10MPa以上。2如何測(cè)試材料的強(qiáng)度？——從實(shí)驗(yàn)室到生活小實(shí)驗(yàn)在建筑工地上，工程師會(huì)用專業(yè)的壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度（把15cm×15cm×15cm的混凝土塊放在機(jī)器上，逐漸加壓直到碎裂，記錄最大壓力值）；用拉力機(jī)測(cè)試鋼筋的抗拉強(qiáng)度（夾住鋼筋兩端，逐漸拉伸直到斷裂，記錄最大拉力）。其實(shí)我們也可以用簡(jiǎn)單的材料做“小工程師實(shí)驗(yàn)”：比如用不同厚度的卡紙折成小柱子，上面放硬幣，記錄能承受的最大硬幣數(shù)（模擬抗壓測(cè)試）；用橡皮筋掛不同重量的鑰匙，記錄拉斷時(shí)的重量（模擬抗拉測(cè)試）。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，我們能直觀感受到“厚度增加”“材料不同”對(duì)強(qiáng)度的影響。03耐久性：材料的“抗老化”能力，受哪些因素影響？耐久性：材料的“抗老化”能力，受哪些因素影響？如果說(shuō)強(qiáng)度是材料的“硬實(shí)力”，那么耐久性就是材料的“軟實(shí)力”——它決定了材料能否在長(zhǎng)期使用中保持“硬實(shí)力”不下降。接下來(lái)，我們從自然環(huán)境、化學(xué)侵蝕、生物破壞三個(gè)方面，分析影響耐久性的關(guān)鍵因素。1自然環(huán)境的“考驗(yàn)”：溫度、水與凍融循環(huán)溫度變化：材料會(huì)“熱脹冷縮”。比如夏天暴曬的瀝青路面會(huì)變軟鼓起，冬天低溫下又會(huì)收縮開(kāi)裂；石材在反復(fù)的冷熱交替中，內(nèi)部礦物顆粒會(huì)因膨脹系數(shù)不同而逐漸松動(dòng)，出現(xiàn)“掉渣”現(xiàn)象。水的作用：水是材料的“頭號(hào)敵人”。木材吸水后會(huì)膨脹變形，長(zhǎng)期潮濕會(huì)腐朽；混凝土吸水后，內(nèi)部的孔隙被水填滿，冬季低溫時(shí)水結(jié)冰膨脹（體積增大9%），會(huì)撐裂混凝土，這種“凍融循環(huán)”是北方建筑最常見(jiàn)的破壞原因之一。我曾在東北農(nóng)村看到，有些老房子的外墻面層像“魚(yú)鱗”一樣層層剝落，就是凍融破壞的典型表現(xiàn)。紫外線與風(fēng)化：長(zhǎng)期暴露在陽(yáng)光下的材料，比如塑料、涂料，會(huì)因紫外線照射而老化（變脆、褪色）；石材、磚塊在風(fēng)、沙、雨的長(zhǎng)期沖刷下，表面會(huì)逐漸磨損，結(jié)構(gòu)變松散。2化學(xué)侵蝕：看不見(jiàn)的“腐蝕戰(zhàn)”No.3酸雨與酸性水：工業(yè)排放的二氧化硫、氮氧化物溶于雨水形成酸雨（pH值＜5.6），會(huì)與混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)，生成易溶于水的硫酸鈣，導(dǎo)致混凝土表面酥松。南方一些工業(yè)城市的老建筑，墻面“掉粉”現(xiàn)象往往與此有關(guān)。鹽堿侵蝕：在沿海地區(qū)或鹽堿地，土壤和地下水中含有大量鹽分（如氯化鈉、硫酸鈉）。這些鹽分會(huì)滲入混凝土或磚塊內(nèi)部，水分蒸發(fā)后鹽結(jié)晶膨脹，導(dǎo)致材料開(kāi)裂；同時(shí)，鹽分還會(huì)加速鋼筋的銹蝕（鋼筋生銹后體積膨脹2-4倍，進(jìn)一步撐裂混凝土）。工業(yè)廢氣與污水：化工廠附近的建筑，材料可能受到氯氣、氨氣等腐蝕性氣體的侵蝕；污水管道周邊的材料，可能因微生物分解產(chǎn)生的硫化氫（H?S）氣體（溶于水形成硫酸）而被腐蝕。No.2No.13生物破壞：來(lái)自動(dòng)植物的“小麻煩”微生物：木材、涂料、砂漿等有機(jī)或含碳材料，容易成為霉菌、細(xì)菌的“培養(yǎng)基”。比如南方潮濕地區(qū)的木屋，墻角的木材常因霉菌繁殖而發(fā)黑、變軟，這就是“生物腐蝕”。動(dòng)物：白蟻是木材的“天敵”，它們會(huì)在木材內(nèi)部蛀出通道，嚴(yán)重削弱木材的強(qiáng)度；海洋中的貝類、蛀木蟲(chóng)會(huì)附著在木船、海上木結(jié)構(gòu)建筑上，加速材料的破壞。04從理論到實(shí)踐：如何選擇符合強(qiáng)度與耐久性要求的建筑材料？從理論到實(shí)踐：如何選擇符合強(qiáng)度與耐久性要求的建筑材料？知道了強(qiáng)度與耐久性的重要性，以及影響它們的因素，接下來(lái)我們要思考：在實(shí)際建筑中，如何根據(jù)需求選擇合適的材料？這里我們以幾種常見(jiàn)材料為例，分析它們的“優(yōu)缺點(diǎn)”及適用場(chǎng)景。1傳統(tǒng)材料：磚、石、木材的“老當(dāng)益壯”黏土磚：優(yōu)點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度較高（普通磚約10MPa，多孔磚可達(dá)15MPa），保溫隔熱性好，耐久性在干燥環(huán)境中較強(qiáng)（可使用50-100年）。但缺點(diǎn)是抗拉、抗彎強(qiáng)度低，遇水（尤其凍融）易損壞，且生產(chǎn)黏土磚需要大量土地資源（現(xiàn)在很多地方已限制使用，推廣環(huán)保的混凝土多孔磚）。石材：天然石材（如花崗巖、大理石）的抗壓強(qiáng)度極高（花崗巖可達(dá)100-300MPa），耐久性極佳（像北京故宮的石臺(tái)階，歷經(jīng)600多年仍基本完好）。但缺點(diǎn)是自重太大（每立方米約2.7噸），加工困難，且大理石易被酸雨腐蝕（主要成分碳酸鈣與酸反應(yīng)），所以戶外建筑更常用花崗巖。1傳統(tǒng)材料：磚、石、木材的“老當(dāng)益壯”木材：優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)輕（每立方米約0.4-0.8噸），抗拉、抗彎強(qiáng)度較高（松木的抗彎強(qiáng)度約50MPa），保溫性好，天然環(huán)保。但缺點(diǎn)是易腐朽、蟲(chóng)蛀，遇火易燃，所以現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑都會(huì)做防腐（涂刷木蠟油、防腐劑）、防火（涂刷防火涂料）處理，耐久性可提升至50年以上。2現(xiàn)代材料：混凝土、鋼材的“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”混凝土：由水泥、砂、石子、水按比例混合而成，是現(xiàn)代建筑的“主力軍”。普通混凝土的抗壓強(qiáng)度約20-40MPa，通過(guò)添加鋼筋（鋼筋混凝土）或纖維（纖維混凝土），可以彌補(bǔ)其抗拉強(qiáng)度低的缺點(diǎn)?；炷恋哪途眯灾饕ㄟ^(guò)控制水灰比（水與水泥的比例，水灰比越小，密實(shí)度越高，抗?jié)B性越好）、添加外加劑（如引氣劑，增加抗凍性）來(lái)提升?，F(xiàn)在還有“高性能混凝土”，耐久性可達(dá)100年以上。鋼材：強(qiáng)度極高（普通鋼材抗拉強(qiáng)度約235-400MPa，高強(qiáng)度鋼材可達(dá)600MPa以上），重量輕（密度7.85噸/立方米，但強(qiáng)度重量比遠(yuǎn)高于混凝土），可加工成各種形狀（如工字鋼、H型鋼），廣泛用于大跨度橋梁（如港珠澳大橋）、高層建筑（如上海中心大廈）。但鋼材的缺點(diǎn)是易銹蝕，所以必須做防腐處理（涂刷防銹漆、熱鍍鋅），同時(shí)耐火性差（溫度超過(guò)500℃時(shí)強(qiáng)度急劇下降），因此高層建筑的鋼構(gòu)件需要包裹防火材料。3新型材料：從“環(huán)?！钡健爸悄堋钡纳?jí)隨著科技發(fā)展，越來(lái)越多新型材料被應(yīng)用于建筑中，它們?cè)趶?qiáng)度與耐久性上有了更大突破：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）：如玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）、碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP），抗拉強(qiáng)度是鋼材的2-5倍，重量?jī)H為鋼材的1/4-1/5，且耐腐蝕、抗疲勞，可用于橋梁加固、海洋建筑。自修復(fù)混凝土：內(nèi)部添加了“修復(fù)劑”（如微生物、膠結(jié)材料微膠囊），當(dāng)混凝土出現(xiàn)微小裂縫時(shí)，修復(fù)劑會(huì)釋放并填充裂縫，自動(dòng)“愈合”，顯著提升耐久性。低碳環(huán)保材料：如再生混凝土（用建筑垃圾破碎后的骨料代替部分天然石子）、竹纖維增強(qiáng)材料（利用竹子的高強(qiáng)度和可再生性），既滿足強(qiáng)度要求，又減少了資源消耗。05總結(jié)與思考：做生活中的“材料觀察員”總結(jié)與思考：做生活中的“材料觀察員”同學(xué)們，今天我們一起揭開(kāi)了建筑材料的“秘密”：強(qiáng)度決定了材料能否“扛住當(dāng)下”，耐久性決定了材料能否“撐過(guò)未來(lái)”。從教室的鋼筋混凝土柱到家里的木家具，從古老的石拱橋到現(xiàn)代的摩天大樓，每一種材料的選擇都是對(duì)強(qiáng)度與耐久性的權(quán)衡。1知識(shí)回顧：強(qiáng)度與耐久性的核心要點(diǎn)強(qiáng)度是材料抵抗外力破壞的能力，包括抗壓、抗拉、抗彎、抗剪等類型，不同材料的強(qiáng)度特性不同。耐久性是材料抵抗環(huán)境作用的能力，受自然環(huán)境、化學(xué)侵蝕、生物破壞等因素影響，可通過(guò)材料選擇、工藝處理提升。實(shí)際建筑中需根據(jù)使用場(chǎng)景（如承重要求、環(huán)境條件）選擇合適的材料，并通過(guò)技術(shù)手段彌補(bǔ)材料的不足（如鋼筋混凝土結(jié)合鋼材抗拉與混凝土抗壓）。2生活中的科學(xué)實(shí)踐：從觀察到思考課后，大家可以做一個(gè)“材料觀察日記”：觀察身邊的建筑（教室、家、小區(qū)），記錄它們使用的材料（如磚墻、混凝土、木材），思考以下問(wèn)題：這些材料主要承受哪種力（壓力、拉力還是彎曲力）？材料可能面臨哪些環(huán)境挑戰(zhàn)（如潮濕、溫差大、鹽堿）？建筑采取了哪些措施提升耐久性（如