水准测量基本原理教案

水准测量基本原理教案一、教学目标1.知识与技能目标学生能够理解水准测量的基本概念和原理。掌握水准测量仪器（水准仪和水准尺）的使用方法。学会水准测量的基本操作步骤，包括安置仪器、粗平、瞄准、精平、读数等。能够正确记录和计算水准测量数据，求出两点间的高差。2.过程与方法目标通过实际操作，培养学生的动手能力和实践技能。引导学生在实践中发现问题、解决问题，提高学生的分析和解决问题的能力。培养学生团队协作精神，让学生学会在小组合作中共同完成任务。3.情感态度与价值观目标激发学生对测量学的兴趣，培养学生严谨科学的态度。培养学生的质量意识和安全意识，使其明白精确测量的重要性以及操作过程中的安全注意事项。

二、教学重难点1.教学重点水准测量的基本原理。水准仪和水准尺的使用方法。水准测量的操作步骤及数据处理。2.教学难点水准测量原理中高差与高程的关系理解。水准仪的精平操作技巧及读数方法。消除或减弱水准测量误差的方法。

三、教学方法1.讲授法：讲解水准测量的基本概念、原理、仪器构造及操作方法等理论知识，使学生对所学内容有初步的认识。2.演示法：通过教师现场演示水准仪和水准尺的使用方法、水准测量的操作步骤等，让学生直观地了解正确的操作过程。3.实践法：安排学生进行实际操作练习，让学生在实践中掌握水准测量的技能，提高动手能力。4.小组合作学习法：将学生分成小组，共同完成水准测量任务，培养学生的团队协作精神和沟通能力。

四、教学准备1.仪器设备：水准仪若干台（每组1台）、水准尺若干根（每组1根）、三脚架若干个（每组1个）、尺垫若干个（每组2个）、记录表格、铅笔等。2.教学场地：选择校园内较为平坦、开阔且通视良好的区域作为实习场地。

五、教学过程

（一）课程导入（5分钟）通过展示一些与水准测量相关的工程建设图片（如道路、桥梁、建筑物等的施工场景），引出本节课的主题水准测量。提问学生：在这些工程建设中，如何确定不同地点的高度差和高程呢？从而激发学生的学习兴趣，导入新课。

（二）知识讲解（20分钟）1.水准测量基本概念高程：地面点到大地水准面的铅垂距离。高差：两点高程之差。水准面：处处与重力方向垂直的连续曲面。大地水准面：与平均海水面重合并向大陆、岛屿延伸而形成的闭合曲面，它是测量工作的基准面。绝对高程：地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。相对高程：地面点沿铅垂线到假定水准面的距离。2.水准测量原理利用水准仪提供的水平视线，读取竖立于两点上的水准尺读数，来测定两点间的高差，再根据已知点高程，推算出未知点高程。公式推导：设已知点A的高程为\(H_A\)，后视读数为\(a\)，未知点B的前视读数为\(b\)，则A、B两点间的高差\(h_{AB}=ab\)。那么B点的高程\(H_B=H_A+h_{AB}=H_A+(ab)\)。通过动画演示或示意图详细讲解水准测量原理，让学生理解高差与高程之间的关系。

（三）仪器介绍（15分钟）1.水准仪介绍水准仪的构造，包括望远镜、水准器、基座等主要部分。望远镜：用于瞄准远处的水准尺，其作用是提供清晰的目标影像，并放大目标。水准器：分为圆水准器和管水准器。圆水准器用于粗略整平仪器；管水准器用于精确整平仪器，使望远镜的视准轴处于水平位置。基座：用于支撑仪器的上部部件，并通过三脚架将仪器固定在地面上。2.水准尺介绍水准尺的类型，常用的有双面水准尺和单面水准尺。双面水准尺：尺的两面均有刻划，一面为黑白相间分划，称为黑面尺；另一面为红白相间分划，称为红面尺。黑面尺底部起始读数为0，红面尺底部起始读数为4687mm或4787mm。单面水准尺：只有一面有刻划，一般用于等外水准测量。展示水准尺，让学生观察其刻度和读数特点。

（四）操作演示（20分钟）1.安置仪器张开三脚架，使其高度适中，架头大致水平，将三脚架安置在测站上，踩紧三脚架的脚尖。从仪器箱中取出水准仪，用连接螺旋将水准仪固定在三脚架上。2.粗平旋转脚螺旋，使圆水准器气泡居中，从而使仪器的竖轴大致铅垂。方法是：用双手同时向内或向外旋转两个脚螺旋，使气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致，使气泡居中；然后将仪器绕竖轴旋转90°，旋转另一个脚螺旋，使气泡居中；再重复上述操作，直到仪器在任何位置时，圆水准器气泡都居中为止。3.瞄准将望远镜对向明亮背景，转动目镜调焦螺旋，使十字丝清晰。松开制动螺旋，转动望远镜，利用望远镜上的准星和照门瞄准水准尺，然后拧紧制动螺旋。转动物镜调焦螺旋，使水准尺成像清晰，并消除视差。视差的判断方法是：眼睛在目镜端上下移动，若十字丝与水准尺影像有相对移动，则存在视差；消除视差的方法是：反复交替调节目镜和物镜调焦螺旋，直到眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与水准尺影像不再有相对移动为止。4.精平转动微倾螺旋，使管水准器气泡两端的影像符合，从而使望远镜的视准轴精确水平。精平是水准测量中一项非常重要的操作，直接影响测量结果的精度，要反复练习，使气泡两端影像严格符合。5.读数水准仪精平后，应立即用十字丝的中丝在水准尺上读数。读数时应从小往大读，先读米数，再读分米数、厘米数和毫米数。对于双面水准尺，应先读黑面尺读数，再读红面尺读数，并检查黑红面读数之差是否符合规定要求（一般为4687mm或4787mm）。读数完毕后，立即记录在表格中。记录时应注意数字的准确性和规范性，做到清晰、整齐、无涂改。教师边演示边讲解操作要点，强调操作过程中的注意事项，如仪器的安置要牢固、粗平要准确、瞄准要清晰、精平要严格、读数要准确等。

（五）学生实践（60分钟）1.分组：将学生分成若干小组，每组45人，并指定一名组长。2.任务布置：每组在实习场地选择一条水准路线，从已知高程点出发，测定若干个未知点的高程。要求各小组按照水准测量的操作步骤进行测量，并记录好相关数据。3.学生操作：学生在教师的指导下，进行水准仪的安置、粗平、瞄准、精平、读数等操作，完成水准测量任务。教师巡回指导，及时发现学生操作过程中存在的问题，并给予纠正和指导。4.小组协作：在实践过程中，各小组成员要分工明确，密切协作。如有的学生负责安置仪器，有的学生负责扶尺，有的学生负责读数，有的学生负责记录等。通过小组合作，培养学生的团队协作精神和沟通能力。

（六）数据处理与误差分析（20分钟）1.数据处理各小组完成测量后，回到教室，对记录的数据进行整理和计算。根据公式\(h_{AB}=ab\)和\(H_B=H_A+h_{AB}\)，计算出各点间的高差和未知点的高程。教师在黑板上给出一个示例，详细讲解数据计算的过程和方法，要求学生按照规范的格式进行计算。2.误差分析引导学生分析水准测量过程中可能产生的误差，如仪器误差、观测误差、外界环境影响误差等。讲解如何消除或减弱这些误差的方法，如仪器的检验与校正、提高观测技能、选择合适的观测时间和环境等。通过实例分析，让学生理解误差对测量结果的影响，以及如何在测量过程中尽量减小误差，提高测量精度。

（七）课堂总结（10分钟）1.请各小组代表发言，总结本小组在水准测量实践中的收获和体会，以及遇到的问题和解决方法。2.教师对本节课的内容进行全面总结，回顾水准测量的基本原理、仪器使用方法、操作步骤、数据处理及误差分析等重点知识。强调在测量过程中要严格遵守操作规程，认真细心，确保测量结果的准确性。3.对学生在实践中的表现进行评价，肯定学生的优点和进步，同时指出存在的不足之处，并提出改进的建议。鼓励学生在今后的学习和实践中不断提高自己的测量技能。

（八）作业布置（5分钟）1.整理课堂上的实习数据，编写实习报告，要求内容完整、格式规范，包括水准路线图、观测数据、计算过程和结果等。2.思考：如果在水准测量过程中发现前后视距差较大，对测量结果会有什么影响？如何减小前后视距差？

六、教学反思通过本节课的教学，学生对水准测量的基本原理、仪器使用和操作方法有了初步的了解和掌握，并通过实践操作提高了动手能力和团队协作精神。在教学过程中，采用多种教学方法相结合，如讲授法、演示法、实践法和小组合作学习法等，使学生能够积极