1.2 磁场的基本定律与磁路的基本物理量（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1.2 磁场的基本定律与磁路的基本物理量 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定律与磁路的基本物理量。 对学会对简单磁路及其等效电路、毕奥-萨伐尔电磁力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定律与磁路的基本物理量； 对学会对简单磁路及其等效电路、毕奥-萨伐尔电磁力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定律与磁路的基本物理量； 教学难点 对学会对简单磁路及其等效电路、毕奥-萨伐尔电磁力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） 磁场的基本定律包括磁通连续性定理、安培环路定律及其推广形式、法拉第电磁感应定律、毕奥-萨伐尔电磁力定律(简称毕-萨电磁力定律),分别介绍如下。 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） 1. 磁通连续性定理 磁通连续性定理用于描述磁场的基本性质，又称为磁场的高斯定理，该定理指出磁场中任一时刻通过任一闭合曲面 S 的净磁通等于零，即穿出的磁通等于穿入的磁通，二者的代数和为零磁通连续性定理表明磁场是无源场，且磁感线是连续的，都是围绕着电流无始端和终端的闭合线。 2. 安培环路定律 在恒定磁场中，磁感应强度B 沿任一闭合路径 L 的线积分，等于该闭合路径所包围的所有导体电流的代数和乘以磁导率.以上规律称为安培环路定律。可见，安培环路定律描述的是电生磁的基本定律， 通电导体周围所产生的磁场与导体内部电流之间符合该定律。若环路所包围电流的方向与磁感线的方向关系符合右手螺旋定则，则电流前取正号，反之取负号，如图1-11所示。 主要讲解磁通连续性定理。 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。 3. 全电流定律 在恒定磁场情况下，对于以闭合回路为边界的所有曲面，安培环路定律总是成立的。然而，对于非恒定磁场，安培环路定律将不再适用。对于普遍的情况，麦克斯韦认为通过空间某截面的电流应包括传导电流与位移电流，二者之和称为全电流。对于任何电路，全电流是处处连续的。借助于位移电流和全电流的概念，麦克斯韦把安培环路定律推广到变化电磁场也适用的普遍形式。在磁场中，磁场强度H 沿任一闭合路径L 的线积分等于该闭合路径所包围的所有导体电流的代数和. 4. 法拉第电磁感应定律 磁场可在导体中感应出两种电动势，即交变磁场中的感应电动势和恒定磁 场中的动生电动势。 (1)交变磁场中的感应电动势 交变磁场在线圈中产生的感应电动势e 的大小，等于磁链ψ对时间的变化 率，与线圈的匝数 N 和线圈所交链的磁通φ对时间的变化率成正比。 (2)恒定磁场中的动生电动势 如上所述，交变磁场会在导体中产生感应电动势。如果磁场恒定不变，导体 在磁场中切割磁感线运动，那么导体与磁场之间存在相对运动，如图1-13 所 示。 教师根据全电流定律讲解。 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。 5. 毕奥-萨伐尔电磁力定律 磁场对电流的作用是磁场的基本特征之一，通电导体在磁场中会受到力的作用。取一微元导体 dl, 导体中的电流为 i, 该微元所处的磁感应强度为B, 则所产生的电磁力 dF。 1.1.4 磁路的基本物理量 在利用磁场实现能量转换的装置中，常采用具有高导磁性的铁心，将线圈绕 于其上通以电流产生磁场，该磁场主要分布在铁心内部。磁通所通过的路径称为磁路，如图1-15所示。研究电流及其所产生的磁场问题可简化为磁路的分析和计算。 在对磁路进行分析和计算时，除了常用磁通、磁链、磁感应强度、磁场强度等基本物理量外，还用到磁位、磁位差、磁动势、磁阻等物理量。 教师讲解毕奥-萨伐尔电磁力定律，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：总结磁场的基本定律。 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，对学会对简单磁路及其等效电路、毕奥-萨伐尔电磁力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. 简述磁场的基本定律 ？ 2. 简述磁通连续性定理？ 3. 简述安培环路定律？ 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 $$