电磁驱动教案 电磁驱动的实际应用

电动机为什么会转动教案

一、直流电机的旋转原理

电磁驱动教案 电磁驱动的实际应用

电磁驱动教案 电磁驱动的实际应用

直流电机是磁场不动，导体在磁场中运动；交流电机是磁场旋转运动，而导体不动.直流电动机分为定子绕组和转子绕组.定子绕组产生磁场.当通直流电时.定子绕组产生固定极性的磁场.转子通直流电在磁场中受力.于是转子在磁场中受力就旋转起来.

二、单相交流电动机的旋转原理

单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。单相电不能产生旋转磁场.要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相90度的电流通入两个在空间上相90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动。

三相异步电动机的旋转原理

三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，三相电源相与相之间的电压在相位上是相120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，定子绕组产生旋转磁场后，转子导体（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速低于旋转磁场的转速不同步。为此我们称三相电动机为异步电动机。

发现问题说课稿

作为一无名无私奉献的教育工作者，通常需要准备好一份说课稿，借助说课稿可以有效提升自己的教学能力。写说课稿需要注意哪些格式呢？以下是我精心整理的发现问题说课稿，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

发现问题说课稿1

一、教材的地位和作用

《发现问题》是《技术与设计1》第四单元节内容。在此之前，已经学习了：

章、走进技术世界（情景导入，培养学生兴趣）

第二章、技术世界中的设计（过渡，由技术过渡到设计，突出设计的作用）

第三章、设计的过程、原则及评价 （概述，对必修1重点的概述）

本章是设计一般过程的阶段，与后面的5、6、7、8章构成一个完整的设计过程。第4章是发现问题，5-8章就是在解决问题。从一个完整的设计来看，《发现问题》是推动设计顺利进行的必要因素，“问题”质量的好坏直接影响设计的成败。

二、教学目标 教材：

1、明确发现问题的重要性

2、初步掌握发现问题的一般方法

3、能通过各种渠道收集与发现问题相关的各种信息，并进行处理课标：通过对人们的需求和愿望的调查，发现与明确值得解决的技术问题，并能判断是否具备解决这个问题的技术能力与条件。

我的目标：让学生具备发现问题的能力

知识与技能：初步掌握发现问题的一般方法

过程与方法：通过分析案例的过程，培养学生发现问题的能力

情感、态度价值观:激发学生发现问题的浓厚兴趣，体会发现问题的重要性

三、教学的重、难点 重点： 培养学生发现问题的能力

重点处理：采用逐层推进的方式，化难为简，先看别人的问题及发明故事，然后教师给情景，学生找存在的问题，后学生自主发现问题。

难点 ： 激发学生发现问题的兴趣，体会发现问题的重要性

难点处理：采用锻炼速度的小活动、有趣的发明故事及小组竞赛的方式来激发学生的兴趣

四、教学方法

通用技术是一门注重学生综合素质能力的学科，在教学过程中不仅要掌握知识与技能，还要注重另外两维目标的实现。在本节课的教学活动中，我主要采用以下教学方法来实现教学目标：

1、直观演示法：利用等手段进行直观演示，激发学生的学习兴趣，活跃课堂气氛，促进学生对知识的掌握。

2、活动驱动法：用小活动来整节课，调动学生兴趣，触发学生深思。

3、对比分析法:通过两件事物的对比，来突出要表达的内容，加深学生的`印象

4、故事指引法：把案例用故事方式展示给学生，激发兴趣，更好的获取知识。

5、小组讨论法：组织学生进行分组讨论，以学生为主体，培养团队协作精神，小组的互相讨论有利于打开学生思路，产生更多想法。

6、竞赛法：以竞赛的形式调动学生积极性，使其主动思考，自主探究。

7、逐层启发法：由简到难，降低难度，逐渐加深，使学生容易接受，便于思考。

五、学法

在本节课的教学中主要教给学生探究学习、合作学习的学习方法，培养学生自主学习的能力，发展以学生为主体的课改精神。

六 、教学过程

用案例和活动贯穿整节课，打破课本的模式。

一、培养兴趣，体会重要性

一、培养观察力的小活动分钟

1、老师读问题，学生迅速写出，为反应

2、教师公布，统计有多少人与教师一致

3、深思：通过结果说明什么问题？

人类的某些行为、态度或反映是可以预料的。关键是要做一个敏锐的观察者

1、发现问题的途径 第二种：收集和分析信息

2、培养发现问题的兴趣小活动

二、普通人与科学家/发明家的区别？

小的时候：一样对任何事情都好奇 长大后： 普通人觉得任何事情都是理所应当的，缺少发现精神 科学家/发明家：善于思考，勇于发现

结论：普通人＋思考、发现精神＝科学家/发明家 发现问题的重要性 激发学生发现问题的兴趣

二、培养学生发现问题的能力 一、看看生活中有哪些问题（别人的发明故事）分钟 10 叙述并观看案例： 如：让闹钟帮你开灯 易拉信封 街头时钟 色盲红绿灯 …… 无烟、硬铝的发明 ……

通过此活动打开学生的思路，并得出发现问题的途径与方法： 观察日常生活 收集和分析信息 技术研究和技术试验

1、发现问题的途径与方法

2、打开学生发现问题的思路 + 案例

二、教师提供情景，学生找问题、找解决办法分钟 5 阳台花盆 茶叶杯 逐层培养学生发现问题的能力

三、学生分组讨论身边有哪些问题，以竞赛形式看哪个小组发现的多 10分钟 确定一个时间段（一天、一周、一月），回顾一下，自己遇到了一些什么问题？问题产生的原因是什么？有没有解决的办法？前面大量案例的启发作用在此体现了培养学生发现问题的能力

三、作业：以小组为单位把发现的问题拟成设计项目，并进行筹备。如：定量茶叶盒、自动浇花系统、不飞指甲的指甲刀、冰可乐杯、粉笔头再利用装置、学生储物柜设计、盲人水杯、教室关灯系统……

七： 教学效果分析 （反思） 教师方面：

本节课我主要采用学生比较喜欢的案例，以抛砖引玉的方式来打开学生创造的大门，点燃他们学习的欲望。 学生方面： 参与活动比较主动、积极，热情比较高。整节课上完，学生有种意犹未尽的感觉，还沉浸在“发现问题”的快乐之中。 教学目标方面 ：学生能够自主发现问题，对问题有自己独到见解，部分同学能够提出解决方案，教学目标基本达成教育不是灌输，而是点燃希望！学习不是负担，学习也可以很快乐！

发现问题说课稿2

我说课的题目是《发现问题》，我准备从教材内容、教学目标、学习者特征、教学过程这四个部分来进行陈述。

部分：教材内容分析

1、“发现问题”是《技术与设计1》第四章节的内容，发现问题是技术设计过程首要阶段，是设计的起点，整个人类的发展史就是一部发现问题和解决问题的历史，通用技术课程更是从发现问题、解决问题出发的。本节对学生理解设计的一般过程，建立发现问题，认识问题的意识，形成对问题的敏感性以及揭示与明确问题具有重要作用。

2、该节由“问题的来源”和“发现问题的途径与方法”两部分组成，在体现课程标准要求的基础上，对“问题的发现”以及“问题的来源”方面作了适当的拓展。这样做一方面有助于新课程标准要求的实现；另一方面，有助于提高学生的认识能力和归纳分析能力，是一种在日常生活中有广泛运用、且可以形成能力迁移的课程内容。

第二部分：教学目标（三维目标）

知识与技能：明确发现问题的重要性，了解发现问题的途径与方法，懂得发现问题也是有章可循的。并在发现问题的基础上分析问题，提出有关技术设计的问题，养成发现问题的意识和能力，并尝试解决它。

过程与方法：通过案例和学生自己的生活经历体会“发现问题”的过程，掌握如何从生活中“发现问题”，理解并能运用三种发现问题的途径与方法。

情感态度与价值观：学生积极参与，自主探究，发挥他们的主动性，激发他们的创造性，培养学生的批判精神和热爱自然、勇于探索的精神，体验合作学习的快乐，享受成功的乐趣，使学生树立实事求是的人生观、世界观。

第三部分：学习者特征分析

1．学生有一定的生活经历和文化基础，认识问题有自己的观点，具备了发现问题的初步知识，但判断能力较，难以发现有设计价值的问题。

2．在传统教育模式下的学生较多的是被动的接受问题，缺乏自己主动发现问题的意识，遇到实际问题总是退缩和回避。

3．从教育心理学上考虑，该年龄段学生有着“发现问题”的欲望，但对分散、零乱的问题，缺少合理性、科学性的分析，缺乏“发现问题”的能力，难以提出符合实际技术设计的问题，对发现问题缺少系统性的认识。

鉴于本堂课的教学目标和学生的实际情况，结合新课程理念我校的教学实际我准备从生活实例和经典案例引入，以小组讨论、分组探究为主要形式，结合各种多媒体视频、课件、网络为辅助手段来组织教学。

第四部分：教学过程

（一）引入新课

首先讲述小故事“价值一万美金的粉笔叉”，让学生思考为什么福特公司老总认为德国专家仅仅在一台巨型发电机顶上划了一条线，就值一万美金？原因就在于他发现了产生故障的问题。通过这个实例，让学生知道“发现问题”的重要性，且发现问题比解决问题更重要。如果没有发现问题、不能提出问题，设计便无从谈起。

（二）通过分组探究来研究问题来源

首先让学生以小组的形式去尝试有意或无意“发现问题”，结合自已的生活体会，说出学习、生活中发现了哪些问题。让学生明确生活中的问题是多样性的。并积极思考和开放性讨论。结合新课程的理念，重点研究我们身边的实例，从课堂走入，贴近生活，广泛“发现问题”。让学生打开思维的魔盒，体会“生活中处处可以发现问题”，探究问题的来源。使学生知道，人类进步与发展的过程就是不断发现问题，不断进行设计，从而解决问题的过程。

学生将刚刚所讨论总结的问题进行汇总分类，并让学生做如下思考：

1、哪些是技术问题？

2、这些问题的来源是什么？

通过这些活动，使学生懂得技术问题与其它问题的区分，和善于发现生活中有技术价值的问题,并为第二节内容作铺垫。

进一步通过学生小组协作探究，结合之前的“问题汇总”，分析思考这些问题的来源。并归纳得出发现问题的三种情况：

1、人类生存活动中必然会遇到的问题；

2、别人给出的问题；

3、设计者自己主动发现并想去解决的问题。并加以分析思考理解。

让学生不但会发现问题，而且可以有征对性的去研究发现问题，发挥他们的主观能动性和合作探究能力。

（三）发现问题的途径和方法

这是本节课的重点内容，我首先安排学生阅读案例：天花的发现、钢盔的发明、顺义新大桥垮塌，让学生主动思考：案例中的人物为什么会想到发现问题，又通过什么方法和途径发现了问题，同时指出日常生活中问题的多样性，需要解决问题很多，选择灵活性强，把学生的思维更加开放得引向引向生活。

前面已经知道可以从日常生活的细心观察中广泛“发现问题”，让学生了解这就是发现问题的途径和方法之一：观察日常生活；

下面老师以“教室里开空调能否同时开电扇”为问题让大家思考，并通过电脑投影仪上网演示：利用Internet网络强大的搜索功能寻找问题的原因。然后通过课件实例和科教视频“探索发现”节目短片，结合片中的讲解，给大家介绍如何收集和分析信息，充分利用各种资源去发现问题，懂得对资料的合理分析整理和提出问题。让学生得出发现问题的途径和方法之二：收集和分析信息；

然后让学生观察一个演示实验：电磁感应现象，共同和学生来探究，让学生在实验中了解并体验“发现问题”的过程。并通过各种条件分析，让学生进一步开拓思维，不断发现新的问题，懂得从各种技术研究与技术试验中去寻找和探索问题。使学生懂得发现问题的途径和方法之三：技术研究与技术试验。

（四）拓展引申和概括总结

学生做进一步地讨论和思考：发现问题的途径与方法还可以有哪些？比如：做梦、联想活动等。以帮助学生培养建立发现问题的意识，和质疑的科学精神，巩固提高学习效果。

本节课我们解决了以下问题：

1、发现问题的一般有哪些情况，特别是要让学生知道如何自己主动发现并想去解决的问题；

2、归纳发现问题的途径与方法，使学生能懂得从观察生活、收集信息、研究实验中广泛的“发现问题”；

3、课后思考：同学们课上发现的问题可以有哪些具体的解决方法。后通过共同努力让学生明白：问题存在于生活中，生活中也存在问题，问题处处在，时时有。发现了问题，只是初步有了一个设计的方向。但能否确定为一个设计课题，还需要作进一步的分析，并提出具体的设计任务。

科学假说及其在中学物理中的教学策略

科学假说是一种复杂的理论思维形式，是人们运用科学思维，根据已知的事实材料，对未知的事物及其规律所作的推断和假定，是一种带有推测性和假定性的理论形态，是没有经过实践充分证实的理论。指出：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”作为一种理性思维的形式，假说是科学研究中重要的方法。在中学物理教学过程中，对21世纪知识经济时代中参与竞争的学生，培养探究形成假说的能力，严密思维能力和创新思维的能力是十分必要和十分紧迫的。本文就假说的作用及其在中学物理教学中有关假说的教学策略作一肤浅的论述，以期同仁指教。

一、假说的特征

1、假说具有猜测性。

假说之所以称为假说，就是因为它是一种“毛坯”，是具有一定猜测性的理论“预制品”，在未证实之前只能说是对自然现象及其规律的推断、猜测。假说只有通过实践检验和证明，才能上升为理论。例如，的“日心说”，康德──拉普拉斯的“星云假说”，“大爆炸宇宙说”，“黑洞假说”等等。近代物理中卢瑟福核式结构模型、玻尔量子假说等等，在未证实之前均为假说，不能看成是一种完美的理论。有的至今未（进化）上升为理论，因为未得实验的检验。

2、假说具有科学性。

假说虽然是一种想象或猜测，但它的提出不但要以实验材料与经验事实为基础，而且要以科学理论为依据，经过实践检验和证明。所以假说不是无根据的猜测和幻想，不是主观臆造。假说一旦失去事实基础和科学依据，又未经受一定的实践或检验，它也就失去了存在的价值。

卢瑟福的原子核式结构模型，虽然有其很大的缺陷，但是它有科学依据，又能经得起a散射实验的检验，能推算出原子和原子核的半径。玻尔的原子模型是在卢瑟福模型的基础上发展起来的，它克服了卢瑟福模型的某些缺陷，引入了量子化的概念，因而是更为合理的一种新的假说，但是它还是有自己的缺陷。因此每一种假说都有科学依据，但它又随科学的不断发展而“进化”。

3、假说具有可变性。

假说是一种对实践证实的东西，因而通过实践检验可能成为真理而发展成一种理论，也可能成为谬误而被淘汰，也有可能被证实具有某种不完整性而发展成为一种新的假说。有时也通过相反的假说之间对峙和争论，形成一种变动更迭、新旧交替的局面，使假说得以发展。例如，关于太阳系演化的假说，18世纪康德──拉普拉斯提出了“星云假说”，到本世纪70年代又出现了“星子假说”、“陨星假说”、“宇宙大爆炸说”等，这些假说都有科学价值，因为都从某一角度反映了太阳系起源的可能性，都为解决太阳系起源作了贡献。关于光的本质，历出现了以牛顿为代表的“微粒说”和以惠更斯为代表的“波动说”的对峙与争论。两种学说争论都为揭示光的本性问题作出巨大贡献，后为爱因斯坦的“光量子假说”所统一，给出了反映光的本性的“波粒二象性”的辩证图象。又如“以太”假说在科学事实面前证明是一种谬误，因而被人们抛弃。

二、假说在科学发展中的作用

假说作为一种重要的科学研究方法，在物理学中具有其它方法所不可替代的作用。其作用可以从图1表中看出：

1、假说是科学问题过渡到科学理论的桥梁。

一个自然现象，在其未被揭示出科学本质之前，人们对它的认识是很不完整的，甚至是片面的，只能借助于假说的形式进行研究与探索。当某一假说被大量事实所证实时，它就发展成一种理论：当新的科学事实又积累到一定程序与假说相矛盾时，又必须提出新的假说或修改、补充原来的假说，以便能地解释事实，进而促进理论的进一步研究与发展。因此假说是物理学研究中理论发展必不可少的方法与桥梁。例如从黑体辐射问题的研究中出现的“紫外灾难”到1900年普朗克的量子假说，到1905年爱因斯坦“光量子假说”，到玻尔量子理论解释原子问题，建立旧量子论，到海森堡、薛定愕提出量子力学，再应用爱因斯坦相对论提出相对论量子力学的整个量子理论的发展，无不体现了从假说──理论──新假说──新理论……的循环发展模式，而每一次的发展都是对前一层次理论（假说）的继承、完善和修改，又是后一层次理论（假说）的重要台阶。因此，只要物理学发展着，假说便是永远不可缺少的一座桥梁。

2、假说对物理现察和实验具有先导作用。

假说在科学研究中具有一定的猜测性。但不是盲目的无目的的猜测，而是科学的预测，有的研究。有了假说便有了有有目的实验和观察。因此假说对物理观察和实验具有先导作用。例如在天体物理研究中，1845年，法国天文学家勒维烈和英国天文学家亚当斯根据万有引力定律计算的天王星轨道的偏离值，预言有一颗新的行星存在。1846年9月23日，由柏林天文学家加勒在勒维烈预言的位置偏离1°的地方果然找到了这颗新行星，并命名为海王星。又如19年英国两个科学观测队按爱因斯坦关于光线通过太阳表面发生偏转的理论计算值所作出的观察，都是有的实验活动。

三、假说在中学物理中的教学策略

1、充分利用教材上的假说挖掘假说的方思想。

中学物理（尤其在物理下册内容）中，有很多内容与假说方法有关或使用了假说的方法。物理作为一门体现极强思维能力的实验科学，假说的方法是离不开的。特别是近代物理学的研究表现尤为突出。例如，狄拉克的迷人的磁单极于假说、安培分子环流假说、光的粒子说、光的波动说、普朗克光子说、爱因斯坦的光量子假说、汤姆生模型、卢瑟福原子模型、玻尔模型等等均为历极有影响力的假说，其中蕴含着极丰富的创造力，有科学家们的科学思想方法。

（1）假说在解决矛盾、解释事实中的方思想。

科学发展是有其自身的规律的，一个伟大的发现不仅与科学家自身的努力有关，更与当时科学群体、经济发展水平、科学技术的综合水平有关。一个假说的发展不可能与科学研究的历史相隔离，可以说每一个假说的发展都是从科学研究的矛盾与困难开始的。在研究解决这些矛盾的过程中运用分析、综合、抽象、概括、科学推理、类比、臻美、等效等思维方法，合理地提出假说。如原子物理一章中介绍原子理论发展时必须如数家珍般地列出每种模型的特点、可解释的物理事实及其存在的矛盾，尤其是研究存在的矛盾，是提出新的假说的开始。我在原子模型的教学中向学生提出这样一些问题并与学生一起展开程序式的讨论。

师：汤姆生为什么要提出“枣糕”模型？

生：为了解释电子的发现。

师：汤姆生模型能解释a散射实验的结果吗？

生：不能。

师：为了解释粒子散射实验，我们能否设想一个原子模型呢？依据是什么？

生：a粒子散射实验的结果。

师：从a粒子散射实验中“绝大多数”、“少数”、“极少数”、“有的甚至”，可猜测出原子模型的空间尺度对比吗？如何估算出原子核式结构模型中原子和原于核的大小的数量级之比？（这是一种由“果”推“因”的思维模式。）

师生互相讨论：绝大多数a粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，说明原子内部绝大多数是“空”的；极少数a粒子发生大角度偏转，说明粒子碰到了带正电的，且质量较大的东西，而且这东西很小。

师：由此猜测的模型是怎么样的呢？

生：中心是一个质量较大的核，其周围是电子。

师：带负电的电子如何才能与带正电的核保持一定的距离？

生：只有绕核旋转。

师：卢瑟福的模型可解释a散射实验，但它又遇到了哪些矛盾？

师生互相讨论：

（1）原子发光的频率。根据卢瑟福的模型原子光谱应该是连续的，但事实上是明线光谱。

（2）原子结构的稳定性问题。按卢瑟福的模型，由于电子加速运动而不断地发射光，那么由于系统能量不断减小，电子的轨道半径不断减小，则后电子将落到原子核上。

师：事实上原子结构稳定吗？

生：稳定。

师：那么是事实出了问题还是卢瑟福模型出了问题？如果您是玻尔，您如何解决这个问题？

生：卢瑟福的模型必须修改。

师生互相讨论：卢瑟福模型有哪些合理之处必须保留？哪些必须修改？

接着给出书上的玻尔模型。（玻尔的三条假说）

师：玻尔理论有哪些成功之处？有什么缺陷吗？需要修改吗？

师生互相讨论：（略）

从以上教学可看出假说是否成功，要用实验来验证，它的发展模式可用图2表示：

（2）利用假说预见结果，创建新的理论的方思想。

科学的假说往往可以预言某些科学实验的结果。例如麦克斯韦的“以太”假说建立了电磁场理论，从而预言了电磁波的存在，并计算出了电磁波传播速率。法拉第从奥斯特实验的“电生碰”事实利用逆向思维的推测有了一种假说：“磁必可以生电”。从而驱使法拉第持之以恒地研究十年，终于发现了电磁感应现象。在此内容教学中我与学生讨论的主要问题如下：

①奥斯特实验的本质是什么？

②从“电生磁”想到“磁生电”是一种什么样的思维方法？

③设想如果法拉第的思想中对“磁生电”的必然性不是十分有把握，那么他会坚持十年研究吗？

④法拉第的研究方法体现了什么样的哲学思想？

2、构建假说的基本方法

（1）类比方法

通过对两个不同物理事物进行比较，找出它们的相似点或相同点，然后以此为根据，把其中某一物理事物的相关知识迁移到另一物理事物中去，从而对另一物理事物的规律作出一假定性的说明。例如欧姆受到傅立叶的热流规律的启发，通过热现象的类比中提出假说：“导线中的两点之间电流的大小也可能正比于这两点之间的某种“驱动力”。从而导致欧姆进行潜心研究后，果然发现了此规律，即后来的“欧姆定律”。再如卢瑟福原子核式结构模型是受到“太阳系模型”的启发，再根据a散射实验结果而提出的假说。牛顿的“微粒说”是把光类比成“弹性球”而形成的假说。狄拉克把“磁荷”与“电荷”比较后提出了“磁单极子假说”。

（2）臻美方法

通过对美的追求，探索物理事物的本质和规律，从而提出假说的方法。在物理学的研究中，对科学美的追求是物理学家的永恒的目标，而且一种理论的完善过程本身就是臻美的过程。例如爱因斯坦的光子说，是在牛顿与惠更斯的学说的基础上，吸收了前面两种假说的合理思想，构建出符合物理事实的光与粒子完美的对立统一体即“光子”。理解光子假说，本人与学生一起讨论了如下问题：

①牛顿的粒子说能解释哪些光学现象？在哪些现象上遇到了困难？讨论其成功与缺陷之处。

②惠更斯的波动说能解释哪些光学现象？在哪些现象上遇到了困难？讨论其成功与缺陷之处。

③如果提出一种新的关于光的模型，这种模型必须解释所有的光学现象，那么这一模型可能是怎么样的？请设想一下。

④“波”与“粒子”是二种不同的对立模型，它们在“光子”模型中如何统一？

⑤“波粒二象性”假说中，“粒子性”和“波动性”有什么区别和联系？

⑥“波值二象性”与光的电磁说有什么联系？

⑦“波粒二象性”体现了一种什么样的哲学思想？

（3）逆向思维法

1924年，法国青年物理学家德波罗意思考：光量子假说能把过去认为本质上是波的光加以粒子化，那么本质上是粒子的实物粒子也可以看成波，也具有波动性。于是，他提出一个惊人的设想：石头并不是沿直线运动的，而会产生一种波，并倚在自己所产生的波上前进。实物粒子量子化的假说，被认为是物理学发展富有创新精神，富有挑战性的科学假说。

（4）理想化方法

理想化方法是物理学中常见的处理方法，它是对实际问题的科学抽象，其特点是抓住研究对象或研究过程的本质，而忽略它们的次要因素，使物理过程或对象的物理图象更清晰，使它们更容易为我们所研究。科学假说的形成离不开理想化方法。例如，伽利略的斜面实验中，采取了理想化的抽象思维和合理的外推方法，得出了一个近似于牛顿定律的结论：“一切物体如果不受外力作用，那么物体将保持在水平面上作匀速直线运动或静止状态。”爱因斯坦采取理想化的“电梯实验”，导致了广义相对论中“等效原理”假说的发现。“等效原理”是广义相对论中两个基本原理（假说）之一。

3、创建“新假说”，解决新问题。

中学物理中要使教师与学生一起发现新的假说几乎是不可能的，但是形成假说的科学方法可为我们教学中采用。建立假说的方是想也可以为我们建立一些必要的新模型，从而以快捷的方法解决这些问题。

例题1：如图3，小球的质量为m，带电量为q，整个区域加一个场强为E的水平方向的匀强电场，小球可在绳子与竖直方向成对45角的F点处平衡。则：

（1）电场力qE＝？

（2）如果小球在C点释放，则小球到达A点的速度是多少？绳子上的拉力TA＝？

（3）上述过程中──小球的速度在哪点？速度为多大？此时绳子上的拉力为多大？

（4）小球在竖直面上作圆周运动时，速度与小速度分别在哪点？速度与小速度分别为多大？绳子上与小拉力在哪里？分别为多大？

（5）要使小球在竖直面上作圆周运动，必须在C点加多大的初速度？

这个问题如果用一般方法来解难度会较大，但是如果我们先建立一个科学“假说”再来解决这个问题，便更简单了。因为重力mg与电场力qE都是大小、方向始终不变的恒定的保守力，故可以把mg与qE合成为一个合力，方向与竖直成。我们把带电小球看成是处于一个合力场中的物体，于是F点是它在运动过程中的等效“点”。有了这个“假说”以后，这个问题相当于只有重力作用下的竖直面上的四周运动问题了。只是把解题过程中的g替换成。限于篇幅，解题过程不再展开。更有价值的是，有了这个“假说”，可以帮助我们轻松地解决一类问题，真正做到触类旁通。

机械能守恒定律是能量守恒定律在力学中的特定条件下的体现，是以只有重力和弹力的作用下的物体系为研究对象的。但是如果用类比的方式也可以拓宽到有重力、弹力、浮力、电场力都做功的较复杂的情况中去，问题是要建立一个适合这些问题的假说。根据这些力做功的特点，可引入与它们相对应的“浮力势能”、“电势能”。在此情形下，能量守恒定律的表达形式为：

只有重力、弹力、电场力和浮力做功，那么物体系的动能与势能的总和保持守恒。当然，这里的势能总和＝重力势能＋弹性势能＋浮力势能＋电势能。在没有经过检验之前，这个结论只能算是一个假说。教学中，我们可以利用动能定理和这些保守力做功的特点加以证明，使其上升为理论而为我们所用。下面是本人的课堂教学的一段实录。

例题2：如图4所示，一个质量为m，电量为q的带电粒子，以速度V1进入一充满电场的蓖麻油中的A点，蓖麻油的密度为P，其中的电场强度为E，粒子到达B点时的速度为V2（阻力不计）则：

师：电荷的机械能守恒吗？为什么？

生：不守恒。因为有除重力以外的力做功。

师：哪些力做功呢？

生：浮力、电场力。

师：浮力和电场力做功的结果使粒子的机械能如何变化呢？

生：浮力做正功，使机械能增加；电场力做负功使机械能减小。

师：从能量转化的角度分析，改变的机械能是哪儿来的？

（缓慢地）：电场力做负功，电势能增加，机械能转化成电势能；浮力做功是什么能量转化成机械能呢？（学生开始讨论）

师：（继续）可否引入一个与浮力对应的势能，叫“浮力势能”呢？

生：可以。

师：为什么？是否任何力都可以引入一个对应的势能呢？

生：只有做功与路往无关的力（保守力）才能引入相应的势能。

生：浮力做功，浮力势能减小，机械能增加。是浮力势能转化成机械能。师：这个问题中什么样的一个能量是保持守恒的？

生：“浮力势能＋电势能＋重力势能＋动能”的总和保持守恒。

师：能否针对这种情况总结一个类似机械能守恒定律的一个新定律。哪位同学来总结，此定律就以这位同学的名字来命名。（此时课堂气氛十分活泼，同学们都跃跃欲试。）

接着同学们便踊跃地讨论，很自然地总结出了相应的“新定律”。

师：后列出解决该问题的公式。

生：（略）

在物理教学中渗透科学假说的思想方法是培养学生创新思维的重要途径。创新包括两类；一是科学家和其它创造发明家终产生了对人类来说是新的和有价值的成品的活动，这类叫真创新，另一类是学生在学习中发生的思维过程与科学家的发明创造过程本质上是相同的，对学生个人来说是新的，而对人类来说是已知的，这类叫类创新。科学假说作为重要的研究方法，有利于培养学生类创新思维能力。因此，在平时教学中需要我们教师细心琢磨、不断“创新”。这里创新的含义有两层，首先是科学史中或课本上的科学假说的创造性使用。其次是作为一个物理教师要大胆“创造”新的科学假说，使课堂教学的思维更活跃，思维力度重大、效率更高。

讲授法的主要特点是与学生对话吗？

讲授法是指教师运用口头语言进行教学的一种方法，其主要特点是通过教师的语言，适当辅以其他教学手段向学生传递知识信息，促进学生理解，启发学生思维，发展学生能力。讲授法是教学中基本的教学方法，也是物理教学中应用广泛的教学方法之一。

它既适用于传授新知识，也适用于巩固旧知识，它既可以描述物理现象、叙述物理事实，又可以解释物理概念、论证物理原理、阐明物理规律。其他的教学方法一般都离不开讲授法的配合。因此，无论过去当今还是将来，讲授法是中学物理教学中既适用又可靠的教学方法。讲授法是指教师以传授知识为主，学生以接受知识为主的教学方法，这种方法既有优点又有缺点，其优点是能够充分发挥教师的主导作用，学生能够在短时间内获得大量的知识信息，条理清楚，层次分明，逻辑性强的讲授，有利于培养学生的抽象逻辑思维，严谨的讲解还有利于创造一种严肃的学习氛围。

其缺点是学生相对被动，不能照顾学生的个体异，学生如果以接受的形式学习知识，易于滋生学习的依赖性，产生学习上的惰性，教师容易偏重于教法，忽视对学生的学法，不利于学生学习主动性的发挥，学生获取知识的能力不容易得到锻炼。在中学物理教学中，运用讲授法必须符合以下四个基本要求。

（1）合乎科学，用语准确。

讲授法要符合科学性。首先讲授的物理知识必须合乎科学原理，不能出现科学性的错误。

这就要求教师要有较高的物理知识水平，能够深刻理解这些知识的内涵和外延。既做到深入浅出、通俗易懂，又不犯科学性错误。例如，在讲“电场”概念时，不应当说“带电体周围的空间叫电场”，而应当准确表述为“带电体的周围空间里存在电场”。另外，教师应当尽可能使用科学、规范的专用术语，而不能使用那些违背科学的术语。

（2）合乎逻辑，严谨有序

讲授必须条理清楚、层次分明、重点突出、符合知识的逻辑。首先要把讲授的内容放到整个知识体系中来研究它的上下的逻辑联系，例如，在结束“感应电生的条件”教学后，学生已经知道“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流”的结论，但还有“闭合电路中感应电流的方向是怎样的”“感应电流的方向由哪些因素决定的”“感应电流的方向遵循什么规律”等疑问，顺着这些疑问就可以自然导入“楞次定律”的教学。在学生知道了“感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”的楞次定律内容后，还存在“如果电路不闭合的情形又会怎样呢”的问题，顺着这个问题又可以自然进入“法拉第电磁感应定律”的教学。

另外，还可以顺着“这些电磁感应规律有什么用”的问题，进入“电磁感应规律的应用”“互感和自感”“涡流、电磁阻尼和电磁驱动”的学习。其次，讲授物理知识要遵循科学探究的思路，激发学生的逻辑思维活动。再次物理规律的叙述要有严密的逻辑性，不应任意颠倒。从数学上看，A=B即B=A，C∞D 即D∞C，但物理学规律一般不能颠倒表述。例如，不允许把“反射角等于入射角”说成“入射角等于反射角”。不能把“通过导体的电流与导体两端的电压成正比”说成“导体两端的电压与通过导体的电流成正比”。不能把“匀变速直线运动是速度均匀变化运动”说成是“速度均匀变化的就是匀变速直线运动”。这些物理规律或关系的叙述蕴含着物理学中的因果关系，而不仅仅是数量上的等量关系。

（3）启发思维，培养能力

讲授不仅是简单地向学生传递知识，而且要激发学生积极思考，使他们在积极的思维活动中获取知识、培养能力、发展智力。因此，在运用讲授方法时，首先，要考虑学生的认知水平和学习情绪，要善于根据教学内容，结合生产和生活实际，运用富有启发性的教学语言，激发学生的求知欲望，学生积极思考。其次，教师可以用问题性的讲解方式来进行讲授，注意用问题来激励学生的思维活动，这就要求教师的讲授不能够平铺直叙、强行灌输，而应该以饱满的精神，生动、、形象、富有感染力的语言，在不断提出问题、分析问题、解决问题的过程中启发学生思考。

关于物理学方面的论文

物理学是研究物质运动一般规律和物质基本结构的学科，是当今精密的一门自然科学学科。下文是我为大家整理的关于物理学方面的论文的 范文 ，欢迎大家阅读参考!

物理学方面的论文篇1

试谈物理学专业电动力学课程教学

动力学电磁现象的经典的动力学理论。通常也称为经典电动力学，电动力学是它的简称。它研究电磁场的基本属性、运动规律以及电磁场和带电物质的相互作用。

一、课程教学根本理念

，在教学中要尊重先生学习的主体性、教员教学的主导性，片面发扬先生的盲目性、自动性、发明性。第二，“电动力学”课程属于专业根底课程，教学内容布置上除了让先生学习本门课程的根本知识、根本实际、根本思绪，与其他物理学分支也具有个性和特性的关系。针对这一特点，教师在教学中要留意先生类似性抽象思想。第三，教学应突出探求式教学办法，改动传统的教学形式，把信息技术与电动力学课程限制地整合，运用多种古代 教育 手腕优化教学进程，推行启示式、探求式、讨论式、小制造等授课方式，培育先生的创新思想和创新理念。

二、在本课程教学中该当做到以下几点

1.讲授内容应实际联络实践

“电动力学”作为一门专业学科课程，是师范院校物理专业的根底实际课。教学中要求先生掌握课程的根本知识、根本实际和根本原理，使先生加深对所授知识的了解，更可深入看法电动力学的实践使用价值，到达学致使用的目的，同时提升先生剖析成绩、处理成绩的才能。

2.注重先生学习的主体性和集体性培育

从课程的设计到评价各个环节，在留意发扬教员在教学中主导作用的同134教改课改2016年3月时，应特别留意表现先生的学习主置，以充沛发扬先生的积极性和发掘学习潜能。要求先生能初步剖析消费、生活中的电动力学成绩，以提升先生的剖析成绩和处理成绩的才能。在电动力学实际的学习中运用数学工具处置成绩，使先生看法数学和物理的亲密关系，培育先生运用数学工具处理物理成绩的才能。培育先生自学才能，重要的不是教内容，而是教给先生学习办法。要充沛留意先生的兴味、专长和根底等方面的集体别，因材施教，依据这种别性来确定学习目的和评价办法，并提出相应的教学建议。课程规范在课程设计、教学方案、方案制定、内容选取和教学评价等环节上，为教学、学习提供了选择余地和开展的空间。

3.运用多种古代教育手腕优化教学环节

充沛应用古代化教学手腕，发扬信息化教学的劣势，加强先生的学习兴味，进一步强化需求掌握的知识点，拓宽知识面，加强先生的理论作技艺，培育迷信的思想方式，这样先生能更好地掌握“电动力学”课程知识所触及的相关迷信办法，无效提升其发现成绩、剖析成绩、处理成绩的才能。

4.具有良好的实验条件，充沛保证明验和理论训练质量

鼓舞先生展开科研理论训练，参与各类科技竞赛。实验课及理论训练要留意培育先生的逻辑思想、发明性思想，充沛应用好物理、电子竞赛等创新平台，促进电动力学课程的教学。

三、课程学习战略探求

，针对“电动力学”是实际根底课的特点，先生必需坚持 课前预习 ，预习进程中无意识地提出成绩。课堂教学次要采用探求式课堂教学法，即每节课突出一个主题，讲清论透相关原理知识，每个主题经过师生多种方式的互动，教员及时理解、处理先生的疑问成绩，以加强先生的学习兴味。第二，将传统板书、电子课件、网络和视频多种教学手腕相结合。如课内讲授与课外讨论和制造相结合、根底实际教学与学科前沿讲座结合、根本实际与科研理论训练相结合。第三，鼓舞先生参与科研理论训练和各类科技竞赛。培育多样化使用型人才，以培育使用型、复合型、技艺型人才，加强 毕业 生失业才能，完本钱课的预期目的。第四，电动力学也是一门理论性很强的课程，其研讨对象是区别于实物的物质形状，具有笼统的特征。为防止课程教学的数学化，我们将充沛使用当代信息技术的劣势，比方说以视频教学材料加强先生的理性看法和入手才能。再次，实验课及理论训练要留意培育先生的逻辑思想、发明性思想才能和素质，充沛发扬先生的物理思想和物理探求才能。

四、课程教学办法探求

本课程教学中应留意电动力学实际与理论的结合，尊重先生学习的主体性，适当布置指点性自习，培育先生的自学才能。增强对先生课前、课后的答疑辅导，注重先生才能的培育，使先生经过对电动力学中根本实际的了解，看法和掌握电动力学原理的研讨规律，开辟思绪，初步培育先生的科研思想。

1.“双边反应式”教学法

这种教学法由“自学”和“反应”两局部构成，其着眼点是先生在教员指点下的自学和教员由反应来的信息而停止的有重点的解说，使先生的才能在重复训练中失掉锤炼。“自学”和“反应”表现了先生和教员的互相联络、互相配合、互相作用的训练进程。

2.以成绩为中心，展开课堂讨论

式教学法建议课堂教学中遵照迷信性、主体性、开展性准绳，采用以先生为主体的小组讨论式的办法，从提出成绩动手，激起先生学习的兴味，让先生有针对性地去探究并运用实际知识处理实践成绩;也可以针对教研室科研任务中遇到的成绩设计讨论或考虑题，以启示先生剖析、讨论有关电动力学成绩，学习并稳固电动力学知识，开辟思绪，培育科研思想。

3.倡导学导式的教学方式

在教员指点下，先生停止自学、自练，教员把先生在教学进程中的认知活动视为教学活动的主体，让先生自动地去获取知识，开展各自才能，从而到达在充沛发扬先生自动性的根底上，渗入教员的正确，使教学单方各尽其能，各得其所。

4.多展开课外理论活动

课外理论训练中，要留意培育先生的逻辑思想、发明性思想才能和素质。鼓舞和指点有才能的先生进入科研理论训练，参与各类科技竞赛。将先生撰写的课程小论文融入教学全进程,从中选出有质量的项目进入科研理论训练。充沛应用好物理、电子竞赛等创新平台，促进电动力学课程的教学，培育使用型、复合型、技艺型人才，加强毕业生失业才能。“电动力学”作为一门探求性课程，在课堂教学中，要突出先生的参与性，使他们自动获取而不是主动承受迷信结论，互动思想使先生觉得电动力学发人沉思，不难入门。“电动力学”与其他物理学分支具有“个性”和“特性”的关系。为了激起先生学习兴味，可以常常采用课堂讨论方式，由先生发问，在教员下大家讨论， 总结 得出正确结论。由于剖析“电动力学”需求运用笼统思想，所以课堂教学应充沛运用多媒体，尽量运用图像和颜色搭配，使先生树立正确的物理图像。留意“信息技术”与“电动力学”课程的无效整合，这关于全体优化教学进程，进步先生的专业知识学习效果、进步先生的信息技术才能、培育先生的协作认识和创新均具有的理想意义。同时，可将教学实际使用到创新理论才能训练中，使用到物理、电子等各类竞赛中。

参考文献：

[1]冯云光.物理专业电动力学教学变革的探究[J].才智，2014，(19).

[2]郑伟，吕嫣.电动力学网络教学平台建立的研讨[J].沈阳师范大学学报(自然迷信版)，2013，31(4)：531-534.

[3]刘佳.《电磁学》与《电动力学》课程体系创新研讨[J].科技信息，2013，(11)：44.

[4]熊万杰，陆建隆.对“电动力学”课程变革的探究[J].初等文科教育，2003，(6)：72-75.

[5]付长宝，徐国慧，王希英.基于电动力学教学变革的学习办法讨论[J].通化师范学院学报，2009，30

物理学方面的论文篇2

试谈电力信息物理融合系统

【摘 要】嵌入式系统、计算机技术、网络通信技术的快速发展使构建未来智能电网成为了可能，基于信息物理系统(CPS)技术构建电力信息物理融合系统(CPPS)为实现未来智能电网提供了新的思路。本文对CPPS平台进行了初步研究分析，介绍了应用于CPPS中的同步PMU技术、开放式通信网络、分布式控制。

【】CPPS;同步PMU;开放式通信;分布式控制

引言

受能源危机、环保压力的推动，以及用户对电能质量(QoS)要求的不断提高，当代电力系统不再符合的发展需求，智能电网(Smart Grid)成为未来电力系统的发展方向。智能电网的发展原因主要有以下几个方面：

1)分布式电源(Distributed Generation，DG)大量接入电网导致的系统稳定性问题。由于DG的大量接入使电网变成一个故障电流和运行功率双向流动的有源网络，增加了系统的复杂度和脆弱度，因此亟需发展智能电网以解决DG大量接入电网导致的系统稳定性问题。

2)电力用户对电能质量(QoS)要求的不断提高。现代短时间的停电也会给高科技产业带来巨额的经济损失，近年来发生的大停电更是给带来了难以估量的经济损失。因此，亟需建立坚强自愈的智能电网以提供优质的电力服务。

论文主体结构如下：第1部分介绍了近年来信息物理系统(Cyber Physical System ，CPS)技术的发展以及CPS与智能电网的相互关系;第2部分介绍了电力信息物理融合系统(Cyber-Physical Power System，CPPS)的硬件平台模型;第3部分介绍了同步相量测量装置(Phasor Measurement Units，PMU)技术;第4部分对CPPS中的开放式通信网络进行了初步分析;第5部分对CPPS的分布式控制技术进行了简单介绍;后第6部分做出全文总结。

1 CPS与智能电网的相互关系

CPS技术的发展得益于近年来嵌入式系统技术、计算机技术以及网络通信技术等的高速发展，其终目标是实现对物理世界随时随地的控制。CPS通过嵌入数量巨大、种类繁多的传感器而实现对物理世界的环境感知，通过高性能、开放式的通信网络实现系统内部安全、及时、可靠地通信，通过高精度、可靠的数据处理系统实现自主协调、远程控制的目标[1]。

CPS技术已经在仓储物流、自主导航汽车、无人飞机、智能交通管理、智能楼宇以及智能电网等领域得以初步研究应用[2]。

将CPS技术引入到智能电网中，可以得到电力信息物理融合系统(Cyber-Physical Power System，CPPS)的概念。为了分析CPPS与智能电网的相互关系，首先简单回顾一下智能电网的概念。目前关于智能电网的概念较多，并且未达成一致结论。IBM公司高级电力专家Martin Hauske认为智能电网有3个层面的含义：首先利用传感器对发电、输电、配电、供电等环节的关键设备的运行状况进行实时;然后把获得的数据通过网络系统进行传输、收集、整合;后通过对实时数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行进行优化管理的目的[3-4]。

从上文关于CPS和智能电网的介绍中可以看出，CPS与智能电网在概念上有相通之处，它们均强调利用前沿通信技术和高端控制技术增强对系统的环境感知和控制能力。因此，在CPS基础上建立的CPPS为促进电力一次系统与电力信息系统的深度融合，终实现构建完整的智能电网提供了新的思路和实现途径。

2 CPPS的硬件平台架构

基于分布式能源广泛接入电网所引起的系统稳定性问题以及建立坚强自愈智能电网的总体目标，建立安全、稳定、可靠的智能电网成为未来电力系统研究的重要方向，同时也是CPPS研究的主要内容。

传统的电力系统监测手段主要有基于电力系统稳态监测的SCADA/EMS系统和侧重于电磁暂态过程监测的各种故障录波仪，保护控制方式主要有基于SCADA主站的集中控制方式和基于保护控制装置安装处的就地控制方式[5]。就地控制方式易于实现，并且响应速度快，但是由于利用的信息有限，控制性能不够完善，不能预测和解决系统未知故障，对于电力系统多重反应故障更不能准确动作。集中控制方式利用系统全局信息，能够优化系统控制性能，但是计算数据庞大、通信环节多，系统响应速度慢，并且现有SCADA系统主要对电力系统进行稳态分析，不能对电力系统的动态运行进行有效地控制。

针对目前电力系统监测、控制手段的不足，要建立坚强自愈的未来智能电网，必须建立相应的广域保护的实时动态系统，CPPS的硬件平台就是在此基础上建立起来的。

CPPS的硬件平台6层体系架构如图1所示，主要包括：物理层(电力一次设备)、传感驱动层(同步PMU)、分布式控制层(智能终端单元STU、智能电子装置IED等)、过程控制层(控制子站PLC)、高级优化控制层(SCADA主站控制中心)和信息层(开放式通信网络)。

其中，底层的物理层是指电力系统的一次设备，如发电厂、输配电网等。传感驱动层主要用于对电力系统的动态运行参数进行实时，测量参数包括电流、电压、相角等，在CPPS中广泛使用的测量装置是同步PMU。分布式控制层主要包括各STU/IED，为广域保护的分布式就地控制提供反馈控制回路。过程控制层主要指枢纽发电厂和变电站的控制子站，是CPPS的重要组成部分，通过收集多个测量节点的数据信息，建立系统层面的控制回路，并做出相应的控制决策。高级优化控制层是指调度中心控制主站，主要为电力系统的动态运行提供人工辅助优化控制。顶层的信息层即智能电网的开放式通信网络，注意信息层并不是单独的一层，而是重叠搭接CPPS的各个分层，为CPPS内部各组件提供安全、及时、可靠的通信。

上文给出了CPPS的硬件平台模型，但要在电力系统中具体实现CPPS，涉及诸多方面的技术难题，下面对CPPS中的同步PMU、开放式通信网络以及分布式控制等分别加以简单介绍。

3 同步PMU测量技术

同步PMU是构建CPPS的基础，它为CPPS中广域保护的动态监测提供了丰富的测量数据。同步PMU装置主要对电力系统内部的同步相量进行测量和输出，装设点包括大型发电厂、联络线落点、重要负荷连接点以及HVDC、SVC等控制系统，测量数据包括线路的三相电压、三相电流、开关量以及发电机端的三相电压、三相电流、开关量、励磁电流、励磁电压、励磁信号、气门开度信号、AGC、AVC、PSS等控制信号[6]。利用测得的数据可以进行系统的稳定裕度分析，为电力系统的动态控制提供依据。

同步PMU的硬件结构框图如图2所示。

其中，GPS接收模块将精度在±1微秒之内的秒脉冲对时脉冲与标准时间信号送入A/D转换器和CPU单元，作为数据采集和向量计算的标准时间源。由电压、电流互感器测得的三相电流、电压经过滤波整形和A/D转换后，送到CPU单元进行离散傅里叶计算，求出同步相量后再进行输出。注意，发电机PMU除了测量机端电压、电流和励磁电压、电流以外，还需接入键相脉冲信号用以测量发电机功角[7]。

4 CPPS的开放式通信网络

建立CPPS的开放式通信网络，应该在保证安全、及时、可靠的通信的基础上，使系统具有高度的开放性，支持自动化设备与应用软件的即插即用，支持分布式控制与集中控制的结合。对于建立的开放式通信网络，需要进行通信实时性分析、网络安全性和可靠性分析。

4.1 IEC 61850标准的应用

IEC 61850标准作为新一代的网络通信标准而运用于智能变电站中，支持设备的即插即用和互作，使智能变电站具有高度的开放性。IEC 61850标准是智能变电站的网络通信标准，同时正在进一步发展成为智能电网的通信标准[8]，因此，使用IEC 61850作为CPPS通信网路的通信标准是佳选择。

IEC 61850的核心技术[9]包括面向对象建模技术、XML(可扩展标记语言)技术、软件复用技术、嵌入式 作系统 技术以及高速以太网技术等。

4.2 通信网络配置与分析

对于CPPS开放式通信网络的网络配置，可参考智能变电站的三层二网式网络结构配置，构建CPPS的3层式通信网络，如图3所示。

其中，底层为位于发电厂、变电站和重要负荷处的大量PMU、STU/IED，分别负责采集实时信息和执行保护控制功能。中间层为控制子站(过程控制单元PLC)，每个控制子站与多个PMU、STU/IED相连，以完成该分区系统层面的保护控制，并根据需要将数据上传到SCADA主站控制中心。SCADA主站控制中心接收各控制子站的上传数据，处理以后将控制信息下发到各控制子站，以实现CPPS的广域保护控制功能。注意，各层设备均嵌入GPS实现对时，保证全系统的同步数据采样。

5 CPPS的分布式控制机理

要建立坚强自愈的智能电网，必须利用新型控制机理建立可靠的电力控制系统。根据电力故障扩大的路径和范围以及故障的时间演变过程，文献[10-11]中提出建立时空协调的大停电防御框架，建立了电力系统的3道防线，为实现智能电网的广域动态保护控制奠定了良好的基础。

电力系统的分布式控制(Distributed Control，DC)是相对于传统的SCADA主站集中控制方式而言的，指的是多机系统，即用多台计算机(指嵌入式系统，包括PLC控制子站和STU/IED等)分别控制不同的设备和对象(如发电机、负荷、保护装置等)，各自构成的子系统，各子系统之间通过通信网络互联，通过对任务的相互协调和分配而完成系统的整体控制目标[12]。分布式控制的核心特征就是“分散控制，集中管理”。在电力系统的3道防线的基础上，结合分布式控制技术，建立CPPS的3层控制架构，如图4所示。

其中，分布式控制层主要是在故障发生的起始阶段(缓慢开断阶段)采取的控制 措施 ，其控制目标应该是保证系统在不故障下的稳定性，防止故障的蔓延。过程控制层是在系统已经发生故障时(级联崩溃开始阶段)所采取的广域紧急控制措施，需要付出较大的代价。通常针对可能会使系统失稳的特定故障，往往需要投切非故障设备以保证系统的稳定性。广域的紧急控制措施应该在故障被识别出的时间立即实施，控制措施实施越晚，控制效果越。优化控制层是在前两层控制均拒动或欠控制而没有取得控制效果，同时在检测到各种不稳定现象后所采取的控制措施，通常需要进行多轮次的切负荷和振荡解列。在电力恢复阶段，要有自适应的黑启动和自痊愈的控制方案。

6 结语

将CPS 方法 引入到电力系统中，建立CPPS的模型平台，为建立坚强自愈的智能电网提供新的思路。文中对CPPS中的同步PMU测量技术、开放式通信 网络技术 、分布式控制技术分别进行了简单介绍。

>>>下一页更多精彩的“物 理 学方面的论 文”