1.1 磁路的基本知识（教案）-《电机与拖动基础》同步精品课堂（高等教育出版社）

《电机与拖动基础》教案 详 细 教 案 一、设计摘要 课程课题 任务1.1 磁路的基本知识 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 本书是一本结合增强现实 AR 技术和虚拟仿真 VR技术来讲述电机与拖动理论知识的教材。安卓手机扫描本书中的电机图片将真实展现电机的三维模型，软件自动识别电机种类，读者可对电机的三维模型进行旋转、缩放、拆分和组合等互动操作，同时本书利用 MATLAB 仿真工具来解决电力拖动系统中的复杂问题，给出了电机调速 MATLAB 仿真模型，读者可进行各种电机调速互动操作。 背景分析 《电机与拖动基础》本书用简明易懂的语言和深入浅出的方式来阐述基础理论知识，粗细结合、详略得当。全书共分7章，包括电磁学和电力拖动的基本知识、直流电机、直流电动机的电力拖动、变压器、异步电动机、异步电动机的电力拖动和同步电动机。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 培养学生利用电机拖动技术解决实际工程问题的能力。 熟悉和掌握磁场的基本物理量。 对学会对磁性物质及其特性以及磁场的基本定律等内容进行掌握。 学习任务 描述 熟悉和掌握磁场的基本物理量； 对学会对磁性物质及其特性以及磁场的基本定律等内容进行掌握。 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 熟悉和掌握磁场的基本物理量； 教学难点 对学会对磁性物质及其特性以及磁场的基本定律等内容进行掌握。 教学难点突破方法 重新梳理了“电机与拖动”课程的教学 内容，强化了电磁学和电力拖动的基础知识，调整了直流电机、变压器、交流电机和同步电机的讲述顺 序和相关内容，利用简明易懂的语言，深入浅出的方式，阐述基础理论知识，做到粗细结合、详略得当， 有助于学生的学习和理解。 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、 自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《电机与变压器》，主编：黄平、张海珍，2015年3月第1版；航空工业出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 电机是一种以电磁感应为基础来实现机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。电机主要由两大系统组成，即电路系统和磁路系统。 要学习电机与拖动的基本理论，必须掌握电路和磁路的基本知识、电力拖动的基本知识，以及生产机械的负载转矩特性。本章围绕电磁学和电力拖动进行阐述，先介绍磁路、铁心线圈电路和电力拖动的基本知识，再讨论生产机械的负载转矩特性，最后分析电力拖动的稳定运行条件。 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入] （3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） [探索新知] （2分钟） 除了天然磁体会产生磁场外，人们发现在导体中通以电流也会产生磁场。 由电流产生的磁场可形象地用磁感线来描述，电流分别通过直导线和线圈时的磁场如图1-1所示。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） [学习新知] （14分钟） 磁感线是闭合的曲线，且与产生该磁场的电流相交链，其方向与电流方向符合右手螺旋定则。右手螺旋定则如下： (1)用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，四指的回转方向就是周围磁感线的方向，如图1-1(a) 所示。 (2)用右手握住通电线圈，让四指的回转方向指向电流的方向，大拇指的方向就是线圈内部磁感线的方向，如图1-1(b) 所示。 磁感线上每一点的切线方向与该点磁场的方向一致，而磁场的强弱可用磁感线的疏密程度表示。若磁感线是一系列疏密间隔相同的平行直线，则该磁场为均匀磁场，其内部的磁场强弱和方向处处相同。均匀磁场是一个常用的理想化物理概念，完全均匀的磁场是不存在的。图1-2中间部分所示的磁感线是一 组间距相等的平行线，相应的磁场可视为均匀磁场。 主要讲解磁感线右手螺旋定则。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT 的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 在对磁场进行分析和计算时，常用到磁通、磁链、磁感应强度、磁场强度和磁 导率等基本物理量，分别介绍如下。 1. 磁通 磁场中垂直穿过某一截面积A的总磁感线数称为通过该面积的磁通量，简 称磁通，它是一个标量，用φ表示，单位为 Wb (韦[伯])。 2. 磁链 导电线圈所交链的磁通之和称为磁链，用亚表示，单位为Wb (韦[伯]),即Y=Nφ (1-1) 式中：N 为线圈的匝数。 同时，磁链与建立磁通的电流有关，在线性媒介中磁链业与励磁电流i 的大 小成正比，即Y=Li 式中：L 为线圈的自感。 3. 磁感应强度 磁感应强度是描述磁介质中实际的磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢 量，用B 表示，单位为 T(特[斯拉])。在均匀磁场中，若通过与磁感线垂直的面 积A 的磁通为φ,则磁感应强度的大小为 式中：A 的单位为m²(平方米),且1 T=1Wb/m²。 上式表明，磁感应强度在数值上就是与磁场方向垂直的单位面积上通过的 磁通量，所以磁感应强度又称为磁通密度，简称磁密。 4. 磁场强度 磁场强度是计算磁场时引进的一个辅助物理量，并非磁介质中某点磁场强 弱的实际值。磁场强度是一个矢量，用H 表示，其方向与磁感应强度B 的方向 相同，但其大小与B 的大小不同。H 与 B 的主要区别是： (1)H 代表电流本身所产生的磁场强度，反映了电流的励磁能力，其大小只 与产生该磁场电流的大小成正比，与介质的性质无关。(2)B 代表电流所产生的磁场强度和介质被磁化后所产生的磁场强度的总和，其大小不仅与电流的大小有关，还与介质的性质有关。 此外，H 的单位为 A/m(安/米),与 B 的单位不同。 5. 磁导率 磁导率是衡量物质导磁能力的物理量，用μ表示，单位是 H/m(亨[利]/米)。在数值上，磁导率为磁感应强度 B 与磁场强度H 的比值，即 真空的磁导率用μ。表示，其值为常数4π×10~’H/m 。为了便于对物质的导 磁能力进行分析，通常以真空的磁导率μ₀为基准，将其他物质的磁导率μ与μ₀ 进行比较，二者之比称为相对磁导率，用μ,表示。 教师根据磁场进行分析和计算讲解。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握工序等主要流程的内容 突破了课程内容难点。 按照磁导率的不同，自然界的物质大致可分为两类：磁性物质和非磁性物质。顾名思义，磁性物质的磁导率要比非磁性物质的磁导率大得多。 1. 非磁性物质 非磁性物质又称为非铁磁物质，其磁导率μ接近于真空的磁导率μ₀,即相对磁导率μ,≈1。非磁性物质又可分为两类：顺磁性物质和反磁性物质。 (1)顺磁性物质的μ稍大于μ₀,即μ,略大于1,如空气、氧、锡、铝、铅和变压器油等物质。在磁场中放置顺磁性物质后，磁感应强度B 将略有增加。 (2)反磁性物质又称为抗磁性物质，其μ稍小于μ₀,即μ,略小于1,如氢、铜、银、锌、铋和石墨等物质。在磁场中放置反磁性物质后，磁感应强度B 将略有减小。 工程上，通常将非磁性物质的磁导率μ近似为μ₀ 。 教师讲解非磁性物质，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：总结磁场的基本物理量。 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） （引入思政教育：认认真真、严谨细致的工作态度、团队合作精神） 通过本节课所学内容，对学会对磁性物质及其特性以及磁场的基本定律等内容进行掌握，学会对各类不同的电机进行电机调速，以基础知识、基本概念、基本定律为主要编写原则，以“必需、够用”为准则来选择和安排知识点，并合理地更新了教学内容。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作 业（13分钟） [完成作业] （13分钟） 1. 简述磁场的基本物理量？ 2. 简述右手螺旋定则？ 3. 简述磁感应强度？ 板书 设计 六、教学评价 教学评价 学习内容理论性强、概念多，综合了数学、电学、磁学、力学等多学科知识，比较抽象，难于理解。在实际教学中，电机结 构复杂，电机绕组缠绕方式繁琐，传统教材中的图片和文字难以准确描述。同时，电力拖动运行由稳态和瞬态组成，传统教材侧重稳态分析，缺乏瞬态的讲解和形象展示。 七、教学反思 教学反思 为了进一步方便学生结合本书内容进行自主学习，作者在计算机端虚拟仿真 VR 教学软件的基础 上，利用增强现实 AR 技术，开发了一套安卓手机 APP 三维互动 AR 软件。该软件与本书紧密结合， 当学生用安卓手机扫描本书上的电机图片时，软件自动识别电机种类，真实的电机三维模型将跃于纸上，学生可以进行旋转、缩放、拆分、组合等一系列操作。同时，该软件配备电力拖动功能，学生可进行各种电机调速互动操作。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$