水利工程制图电子教案情境三任务四标高投影.docx
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水利工程制图电子教案情境三任务四标高投影
兰州资源环境职业技术学院教师授课教案
学习情境
学习情境三：
工程形体的表达方法
授课时间
年月日
第周
授课教师
赵晓芳
授课班级
授课时数
学时
授课方法
学训一体
教学内容
任务一：
1.轴测投影的基本知识；
2.轴测图的画法；
3.曲面体轴测图的画法；
任务二：
1组合体视图的画法
2.组合体的尺寸标注
3.读组合体视图
任务三：
1.基本视图与辅助视图
2.剖视图
3.断面图
4.视图、剖视图、与断面图的阅读
5.规定画法及简化画法
6.第三角投影简介
任务四：
1.标高投影的基本概念
2.点、直线、平面的标高投影
3.平面与平面的交线
4.正圆锥面的标高投影
5.同坡曲面
6.地形面的标高投影
知识目标
1.通过本节学习，使学生掌握轴测投影的基本知识、轴测图的画法、曲面体轴测图的画法；
2.了解组合体视图的画法、组合体的尺寸标注、掌握读组合体视图的方法。
3.掌握基本视图与辅助视图、剖视图、断面图的画法，掌握视图、剖视图、与断面图的阅读、理解规定画法及简化画法、以及第三角投影简介
4.掌握标高投影的基本概念、理解点、直线、平面的标高投影、掌握平面与平面的交线、掌握正圆锥面的标高投影、理解同坡曲面以及地形面的标高投影。
技能目标
1.能熟练掌握轴测投影图的画法、基本知识、以及曲面体轴测投影图的画法；
2.能正确绘制组合体的轴测投影图的绘制、读识以及尺寸标注。
3.能掌握工程形体的表示方法：
基本视图、辅助视图、剖视图、断面图的规定画法及简化画法，以及第三角投影简介。
4.能理解标高投影的基本概念，点、直线、平面的标高投影的画法、平面与平面以及正圆锥面的标高投影，掌握同坡曲线和地形面的标高投影。
教学重点和难点
1.能掌握曲面体轴测投影图的画法；
2.组合体的轴测投影图的绘制尺寸标注。
3.能掌握工程形体的表示方法：
基本视图、辅助视图、剖视图、断面图。
4.能理解标高投影的基本概念，掌握同坡曲线和地形面的标高投影。
导入新课
工程图样中表达物体形状的图形是按正投影法绘制的，正投影法是绘制和阅读机械图样的理论基础。
巩固复习
1.能熟练掌握轴测投影图的画法。
2.理解基本知识、以及曲面体轴测投影图的画法；
3.能正确绘制组合体的轴测投影图的绘制、读识以及尺寸标注。
4.能掌握工程形体的表示方法：
基本视图、辅助视图、剖视图、断面图的规定画法及简化画法。
5.能理解标高投影的基本概念，点、直线、平面的标高投影的画法、平面与平面以及正圆锥面的标高投影，掌握同坡曲线和地形面的标高投影。
布置作业
1.能熟练掌握轴测投影图的画法。
2.基本知识、以及曲面体轴测投影图的画法；
3.能正确绘制组合体的轴测投影图的绘制、读识以及尺寸标注。
4.能掌握工程形体的表示方法：
基本视图、辅助视图。
5.掌握剖视图、断面图的规定画法及简化画法。
6.能理解标高投影的基本概念，点、直线、平面的标高投影的画法。
7.平面与平面以及正圆锥面的标高投影，掌握同坡曲线和地形面的标高投影。
教学效果分析
任务四教学步骤、教学内容和教学方法
备注
一、咨
询
【参考资料】
《水利水电工程制图标准》、《习题集》、水利工程施工图实例等。
【任务一内容】
已知坝址处的地形图和土坝的坝轴线位置及土坝的最大横断面，试完成该土坝的标高投影图。
【任务要求】
（1）每位同学独立完成本工作任务；
（2）利用课外时间认真复习教材中的相关知识，熟悉《水利水电工程制图标准》等相关资料；
（3）对所绘制图纸中的错误及不合理之处加以改正，并完成任务工单。
【相关知识】
教学目的与要求：
1．掌握点线面的标高投影
2．掌握平面等高线作法及两平面交线
3．掌握地形面表达及地形面与建筑物的交线
主要教学内容：
1．标高投影的基本概念
2．点、直线、平面的标高投影
3．平面与平面的交线
4．正圆锥面的标高投影
5．同坡曲面
6．地形面的标高投影
教学重点与难点
重点：
点线面的标高投影概念、地形等高线、地形面与建筑物的交线
难点：
坡度及平距的概念、两平面交线、地形剖面
课后作业：
配套习题集
课后体会：
一、复习旧课
总结各种总结工程形体各种表达方法
二、引入新课题
水工建筑物是修建在地面上的，因此在水利工程的设计和施工中，常需画出地形图，并在图上表示工程建筑物和图解有关问题。
但地面形状是复杂的，且水平尺寸比高度尺寸大得多，用多面正投影或轴测图都很难表达清楚。
因此，人们在生产实践中总结了一种适合于表达复杂曲面和地面的投影——标高投影。
三、教学内容
第8章标高投影
§8.1 标高投影的基本概念
图讲解：
用多面正投影表达物体时，当水平投影确定以后，其它投影主要起提供物体上各特征点、线、面高度的作用。
若能在物体的水平投影中直接注明这些特征点、线、面的高度，那么只用一个水平投影也完全可以确定该物体的空间形状和位置。
正四棱台可以：
在其水平投影上注出其上、下底面的高程数值2.000和0.000，为了增强图形的立体感，斜面上画上示坡线，为度量其水平投影的大小，再给出绘图比例或画出图示比例尺。
这种用水平投影加注高程数值来表示空间形体的单面正投影称为标高投影。
标高投影图包括水平投影、高程数值、绘图比例三要素。
标高投影中的高程数值称为高程或标高,它是以某水平面作为计算基准的，标准规定基准面高程为零,基准面以上高程为正,基准面以下高程为负。
在水工图中一般采用与测量一致的基准面（即青岛市黄海海平面），以此为基准标出的高程称为绝对高程。
以其它面为基准标出的高程称为相对高程。
标高的常用单位是米，一般不需注明。
§8.2 点、直线、平面的标高投影
一、点的标高投影
图讲解：
首先选择水平面H为基准面,规定其高程为零,点A在H面上方5米,,若在A、点水平投影的右下角注上其高程数值即a5，再加上图示比例尺，就得到了A点的标高投影。
二、直线的标高投影
1、直线的坡度和平距
图讲解：
直线上任意两点间的高差与其水平投影长度之比称为直线的坡度，用i表示。
直线两端点A﹑B的高差为△H，其水平投影长度为L，直线AB对H面的倾角为α，则得:
在以后作图中还常常用到平距，平距用l表示。
直线的平距是指直线上两点的高度差为1m时水平投影的长度数值。
即：
由此可见，平距与坡度互为倒数，它们均可反映直线对H面的倾斜程度。
2.直线的表示方法
直线的空间位置可由直线上的两点或直线上的一点及直线的方向来确定，相应的直线在标高投影中也有2种表示法:
图讲解：
用直线上两点的高程和直线的水平投影表示。
用直线上一点的高程和直线的方向来表示，直线的方向规定用坡度和箭头表示，箭头指向下坡方向。
3．直线上高程点的求法
在标高投影中，因直线的坡度是一定的，所以已知直线上任意一点的高程就可以确定该点标高投影的位置，已知直线上某点高程的位置，就能计算出该点的高程。
例已知直线AB的标高投影a8.5b3.5，求直线AB段上各整数高程点。
分析：
因直线的标高投影已知，所以可求出该直线的坡度i与平距l。
根据△H=L×I，在图中量取LAC，即可得△HAC，进而求出C点的高程。
直线段上各整数高程点的标高投影可用计算法或图解法求得。
三、平面的标高投影
1．平面的等高线和坡度线
图讲解：
平面上的等高线是平面上高程相同点的集合，即是该平面上的水平线，其也可以看成是水平面与该面的交线。
当相邻等高线的高差为1米时，等高线间的水平距离l称为等高线的平距。
从图中可以看出平面上等高线有以下特性：
等高线是直线。
等高线相互平行。
等高线间高差相等时，其水平间距也相等。
平面上垂直于等高线的直线就是平面上的坡度线，坡度线是平面内对H面的最大斜度线，其有以下特性：
平面上的坡度线与等高线的标高投影相互垂直。
平面上坡度线的坡度代表该平面的坡度，坡度线对H面的倾角α代表平面对H面的倾角α，坡度线的平距就是平面上等高线的平距。
2．平面的表示方法
图讲解：
在标高投影中，平面用几何元素的标高投影来表示。
常用的表示方法是：
用平面上的一条等高线和一条坡度线（或两条等高线）来表示平面。
用平面上的一条倾斜直线和平面的坡度及大致坡向来表示平面。
3．平面内等高线的求法
例求作已知平面内高程为20、17的等高线，并画出示坡线。
分析：
根据平面上等高线的特性可知，所求等高线与已知等高线平行，又知该平面的坡度（即坡度线的坡度）为1：
2，所以求作该平面上的等高线，只需在坡度线上求出各等高线上的一个高程点，然后过该点作已知等高线平行线，即得所求。
例已知平面内一条倾斜直线a4b0和平面的坡度i=1:
1，其中虚线的箭头表示平面的大致坡向，试作平面上高程为0、2的等高线，并画出示坡线。
分析:
求作用一条倾斜直线、平面的坡度及大致坡向来表示的平面内的等高线，应先求出该平面上任一条等高线，然后可前面的解法。
本题中已知A点的高程为4，B点的高程为0，平面的坡度i=1:
1，即平面上坡度线的坡度i=1:
1，但其坡度线的准确方向需待作出平面上的等高线后才能确定，该平面上高程为零的等高线必通过b0点，且b0等高线与a4距离L=l×ΔH=1×4=4m。
求作该平面上高程为零的等高线的方法可以理解为：
如立体图，以点A为锥顶，作一素线坡度为1：
1的正圆锥，此圆锥与高程为零的水平面交于一圆，此圆半径为4m，从B点作该圆的切线即为该平面上高程为零的等高线。
作图：
以a4为圆心，以R=4m为半径画圆，然后由b0向该圆作切线，即得该平面上高程为零的等高线。
过a4作零等高线的垂线即为平面的坡度线。
然后按上题方法求出高程2的等高线。
画出示坡线。
一、复习旧课
作业评讲
二、引入新课题
引入坡面交线、坡脚线、开挖线
三、教学内容
§8.3 平面与平面的交线
图讲解：
在标高投影中，求两平面的交线时，通常采用水平面作为辅助平面。
水平辅助面与两个相交平面的截交线是2条相同高程的等高线。
由此可得：
两平面同高程等高线的交点就是两平面的共有点。
求出2个共有点，就可以确定两平面交线的投影。
在实际工程中，把建筑物两坡面的交线称为坡面交线，坡面与地面的交线称为坡脚线（填方边界线）或开挖线（挖方边界线）。
例已知地面高程为10m，基坑底面高程为6m，坑底的大小形状和各坡面坡度已知，完成基坑开挖后的标高投影图。
分析：
本题需求两类交线：
①开挖线即各坡面与地面的交线，因地面是水平面，故交线是各坡面高程为10m的等高线，共5条直线。
因各坡面都是用一条等高线和一条坡度线来表示的，所以求作开挖线只需沿坡度线找到10m高程点，然后作已知等高线的平行线即可得。
②坡面交线即相邻坡面的交线，它是相邻坡面上两组同高程等高线的交点的连线，共5条直线。
演示作图过程。
例在高程为零的地面上修建一平台，台顶高程为4m，从台顶到地面有一斜坡引道，平台的坡面与斜坡引道两侧的坡度均为1:
1，斜坡道坡度为1:
3.5,试完成平台和斜坡道的标高投影图。
分析:
本题需求两类交线：
①坡脚线即各坡面与地面的交线，其是各坡面上高程为零的等高线，共5条直线。
其中平台坡面和斜坡道顶面是用一条等高线和一条坡度线来表示的；斜坡道两侧是用一条倾斜直线、平面的坡度及大致坡向来表示的，其坡面上零高程等高线可用前述相应的方法求作。
②坡面交线即斜坡道两侧坡面与平台边坡的交线，共2条直线。
演示作图过程。
§8.4 正圆锥面的标高投影
一、正圆锥面的表示法
立体+图讲解:
正圆锥面的标高投影也是用一组等高线和坡度线来表示的。
正圆锥面的素线是锥面上的坡度线，所有素线的坡度都相等。
正圆锥面上的等高线即圆锥面上高程相同点的集合，用一系列等高差水平面与圆锥面相交即得，是一组水平圆。
将这些水平圆向水平面投影并注上相应的高程，就得到锥面的标高投影。
其等高线的标高投影有如下特性：
等高线是同心圆。
等高线间的水平距离相等。
当圆锥面正立时，等高线越靠近圆心其高程数值越大；当圆锥面倒立时，等高线越靠近圆心其高程数值越小。
二、正圆锥面的交线
例在土坝与河岸的连接处，常用圆锥面护坡。
已知各坡面坡度，河底高程为118.00m。
河岸、土坝、圆锥台顶面高程为130.00m，完成该连接处的标高投影。
分析:
本题需求两类交线：
①坡脚线。
共有3条，其中两斜面与河底面的交线是直线，圆锥面与河底面的交线是圆曲线；②坡面交线。
共有2条，它是两斜面与圆锥面的交线，是非圆曲线，该曲线可由斜坡面与圆锥面上一系列同高程等高线的交点确定。
演示作图过程。
§8.5 同坡曲面
１．同坡曲面的形成
如图8-15b所示为一倾斜弯曲道路的一段。
其两侧曲面上任何地方坡度均相同，这种曲面称为同坡曲面（同斜曲面）。
同坡曲面可视为圆锥锥轴始终垂直水平面，锥顶沿着空间一曲导线运动，各轨迹圆锥的外包络曲面（公切面），如图8-15a所示。
２．同坡曲面的性质
（1）同坡曲面上的等高线
用一水平面截交运动的圆锥面,其截交线为一系列圆，圆心的轨迹即为空间曲导线在此平面上的投影，这些圆的外包络曲线（公切线）为同坡曲面上的等高线。
（2）同坡曲面上的等高线互相平行，高差相等时，它们之间的距离也相等。
（3）当AB为直线时，这时同坡曲面将变为平面，该平面上的等高线变为直线，该平面与运动的正圆锥面相切。
（4）同坡曲面上的坡度线
同坡曲面与运动的正圆锥相切，切线为直线，该直线是同坡曲面上的坡度线，其坡角等于圆锥表面直素线与底面的夹角。
所以说同坡曲面是直纹面。
图8-15同坡曲面的形成与性质
３、同坡曲面上等高线的作图方法
在同坡曲面上作等高线的关键是作出同一高程上一系列轨迹圆，然后绘制这些圆的外包络线（公切线）。
例如图8-16a所示,已知同坡曲面上一条空间曲导线的标高投影和曲导线上点A的标高投影a0，曲导线坡度i=1∶4，同坡曲面的坡度i=1∶1.5和坡面倾斜的大致方向。
求作同坡曲面上整数高程的等高线。
图8-16绘制同坡曲面上的等高线
解：
根据曲线的坡度1：
4，计算出高差为1时的平距是4，按所给比例尺,定出锥顶的标高投影点1、2、3、4的位置.
再根据同坡曲面的坡度1：
1.5，以曲导线上各标高投影点为圆心，按平距1.5的倍数为半径（如1.5、3、4.5、6等）画同心圆，作相同高程的圆的外包络曲线,作图过程如图8-16b所示。
一、复习旧课
作业评讲
二、引入新课题
引入地形面的表示法
三、教学内容
§8.6 地形面的标高投影
一、地形面的表示法
挂图讲解：
地形面的标高投影是用一组地形等高线来表示的。
画出这些等高线的水平投影，注明每条等高线的高程，并标出绘图比例和指北针，就得到地形面的标高投影图，又称地形图。
地形面上等高线高程数字的字头按规定指向上坡方向。
从图中可看出地形图上的等高线有以下特性：
等高线是封闭的不规则曲线。
一般情况下（除悬崖、峭壁等特殊地形外），相邻等高线不相交、不重合。
在同一张地形图中，等高线越密表示该处地面坡度越陡，等高线越稀表示该处地面坡度越缓。
二、地形断面图
用一铅垂面剖切地形面，画出剖切平面与地形面的交线及材料图例，称地形断面图。
演示作图过程:
剖切平面A-A与地形面相交，其与各等高线的交点为1，2，3……14。
在图纸的适当位置以各交点的水平距离为横坐标，高程为纵坐标作一直角坐标系，根据地形图上的高差，按图中比例将高程标在纵坐标轴上，并画出一组水平线，根据地形图中剖切平面与等高线各交点的水平距离在横坐标轴上标出1、2、3……14点，然后自点1、2、3……14作铅垂线与相应的水平线相交得Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ……，依次光滑连接各点，即得该断面实形，再画出断面材料符号，即得A-A地形断面图。
应当注意，在连点过程中，相邻同高程的两点4，5在断面图中不能连为直线，而应按该段地形的变化趋势光滑相连。
三、地形面与建筑物的交线
修建在地形面上的建筑物必然与地面产生交线，即坡脚线（或开挖线），建筑物本身相邻的坡面也会产生坡面交线。
由于建筑物表面一般是平面或圆锥面，所以建筑物的坡面交线一般是直线和规则曲线，这些坡面交线可用前面所讲的方法求得，而建筑物上坡面与地形面的交线，即坡脚线（或开挖线）则是不规则曲线，需求出交线上一系列的点获得。
求作一系列点的方法有两种：
等高线法。
断面法。
等高线法是常用的方法，只有当相交两面的等高线近乎平行，共有点不易求得时，才用断面法。
例在山坡上修一个水平场地，场地高程为30，其中填方边坡坡度为1:
1.5，挖方边坡坡度为1:
1，试完成该场地的标高投影图。
分析:
因为所修水平广场高程为30，所以一部分高于原地面需要填方，一部分低于原地面需要挖方。
高程为30的等高线是填、挖方的分界线，它与水平场地边线的交点是填、挖方边界线的分界点，其中填方部分包括3个坡面，都是平面；挖方部分是1个圆锥面和2个与它相切的平面的组合面（因坡度相同）。
这些面与不规则地面的交线均为不规则曲线。
填方部分的3个坡面相交产生2条坡面交线，挖方部分坡面与圆锥面相切，不产生坡面交线，如图9-16（d）所示。
演示作图过程。
【任务实施】
已知坝址处的地形图和土坝的坝轴线位置及土坝的最大横断面，试完成该土坝的标高投影图。
分析:
坝顶、马道以及上下游坡面与地面都要产生交线即坡脚线，这些交线均为不规则的曲线。
要作出这些交线，应首先在地形图上作出土坝坝顶和马道的投影，然后求出土坝各面上等高线与同高程地面等高线的交点，依次连接这些交点即得坡脚线的标高投影。
同时剖切地形面和土坝，作出相应的地形断面图和土坝横断面图即为A-A断面图。
演示作图过程：
画出坝顶和马道投影。
求土坝的坡脚线。
画出坡面示坡线并标注各坡面坡度及水平面高程，即完成土坝的标高投影图。
例在地形面上修建一条道路，已知路面位置和道路填、挖方的标准断面图，试完成道路的标高投影图。
分析:
因该路面高程为40m，所以地面高程高于40m的一端要挖方，低于40m的一端要填方，高程为40的地形等高线是填、挖方分界线。
道路两侧的直线段边坡面为平面，其中间部分的弯道段边坡面为圆锥面，二者相切而连，无坡面交线。
各坡面与地面的交线均为不规则的曲线。
本例中西边有一段道路坡面上的等高线与地面上的部分等高线接近平行，不易求出共有点，这段交线用断面法来求作比较合适。
其它处交线仍用等高线法求作（也可用断面法）。
图9-20求作道路的标高投影图
演示作图过程：
求坡脚线。
求开挖线。
画出各坡面上的示坡线，加深完成作图。
二、决策
1.在教师指导下，明确完成该任务的基本思路；
2.分析制图基本要求及制图标准；
3.明确所用绘图工具，并做好工作前的准备工作。
三、计划
1.每位同学独立完成本次绘图的实训任务；
2.在教师指导下，拟定绘图基本步骤；
3.在教师指导下，制定任务实施进度计划。
四、
实施
1.准备工作。
（1）阅读有关参考资料,并了解所画图形的内容和要求。
（2）准备必要的工具和用品。
2.选定正确的投影方向和视图。
3.分析视图：
从图中可以看出，表达该钢筋混凝土U形薄壁渡槽槽身结构的图样有6个。
A-A剖视图是半剖视，它的剖切位置可以在B-B剖视图中找到，剖切平面通过槽身前后对称轴线，其投影方向从前向后。
B-B剖视图也是半剖视，它的剖切位置可以在A-A剖视图中找到，剖切平面通过槽身左右对称线，且垂直于渡槽轴线，其投影方向由左向右。
在A-A、B-B剖视图中，一半表达槽身外部轮廓，一半表达槽身内部结构。
C向视图和D向视图是两个局部视图，由A-A剖视图上可知其投影方向是由上向下，它们均是俯视图的一部分。
E-E断面图和F-F断面图是2个移出断面，在C向视图和D向视图上标出了剖切位置和投影方向。
在Ｂ—Ｂ剖视图上，还有1个表示横梁断面的移出断面。
4.分部分，想形状：
由A-A剖视图可知，渡槽分为3大部分，两端为支座端、中部为槽身薄壳、上部为横梁（6个）和桥板承托。
由A-A剖视图中可知渡槽的槽身长度，槽身薄壳的厚度、支座的厚度、支座与横梁的连接及横梁的分布。
5.由B-B剖视图的左半部分可以看出支座端的实形和止水槽的实形，结合A-A剖视图可以看出支座的厚度和止水槽的厚度。
支座与槽身薄壳在外表面连接处为圆台面。
由B-B剖视图的右半部分可以看出槽身薄壳的实形为一半圆筒（即过水断面为U形）。
渡槽上部有横梁支撑，断面为正方形。
6.横梁与槽身薄壳的连接方式、桥板撑托的平面形状可从C向视图和D向视图中看出，E-E断面和F-F断面则表达了连接处横梁及承托的断面实形。
另外，从图中可知该渡槽使用的建筑材料为钢筋混凝土。
7.综合起来想像出整体形状，将以上分析的各部分按中所示位置综合起来，进行构思，就可以想像出渡槽的整体形状。
显示立体。
8.完成任务工单。
五、
检查
序号
检查内容
标准分
评价标准
1
能否按时完成实训任务，提交实训成果；实训成果准确、合理。
20
优秀：
按时并很好地完成实训任务，提交实训成果；实训成果准确、合理；（20分）
合格：
基本能按时完成实训任务，提交实训成果；实训成果基本正确；（15分）
不及格：
不能按时完成实训任务，提交的实训成果不够完整。
（10分）
2
制图标准的运用
20
优秀：
熟练完成剖面图绘制，制图标准运用正确；（20分）
合格：
较熟练完成剖面图绘制，制图标准运用基本正确；（15分）
不及格：
完成了剖面图的绘制，制图标准运用有误。
（10分）
3
图形分析是否正确
20
优秀：
熟练完成几何作图、平面图形分析合理、正确；（20分）
合格：
较熟练完成几何作图、平面图形分析基本正确；（15分）
不及格：
完成了几何作图、平面图形分析方法有误。
（10分）
4
绘图步骤和方法是否合理、可行
20
优秀：
制定绘图步骤和方法措施，措施完善、合理；（20分）
合格：
制定绘图步骤和方法措施，措施基本完善、较为合理；（15分）
不及格：
没有制定绘图步骤和方法措施。
（10分）
5
考核情况
20
优秀：
考核过程中，回答问题准确，思路非常清晰，语言表达能力强；（20分）
合格：
考核过程中，回答问题基本准确，思路较清晰，语言表达能力一般；（15分）
不及格：
考核过程中，回答问题不准确，思路不清晰。
（10分）
六、评价
从对标高投影的基本概念、点、直线、平面的标高投影、平面与平面的交线、正圆锥面的标高投影、同坡曲面、地形面的标高投影，任务工单的填写情况等方面进行分析评价，并对本任务的学习重点、薄弱环节及学习方法给予指导性意见。
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