交变电流教学设计.doc

物理学科多媒体教学设计

课题：
§５.１交变电流( 选修３－２)
课型：
探 究 课
设计：
李传亮

［课题］：
§５.１交变电流 （选修３－２）
［课型］：
探究课
［教学设计说明］：
交变电流是生产和生活中最常用到的电流，而正弦式电流又是其中最简单和最基本的形式．正弦电流产生的原理是基于电磁感应的基本规律，本章是前一章的延续和发展，是电磁感应的具体应用．本节知识是全章知识的理论基础．本节内容有承上启下的作用．
本节课的演示实验：手摇发电机发电，观察小灯珠的发光情况，用发光二极管观察电流方向、以及用灯丝的颤抖说明电流方向的变化．
在分析交流电的产生过程，则主要引导学生运用楞次定律、法拉第电磁感应定律这些基本原理解决新情境下的问题，弄清楚几个主要的问题：如磁通量与磁通量的变化；电流的最大位置与最小位置；中性面的概念．
在分析正弦式交变电流的规律时，则是根据各个时刻线圈平面所在的位置，配合多媒体演示，引导学生自己导出正弦式电流的瞬时值的表达式．培养学生的用数学知识解决物理问题的能力与思维．
在学习完主要内容后，指出交变电不仅仅是正弦式交变电流，除此以外还有其他形式的交变电流．同时请学生自己去学习交流发电机的种类．
在作业布置中，不但回顾本节课的主要内容，同时还布置了课后的练习，以极一篇小文章．其目的是让学生关注社会的发展，培养他们社会责任感，以及努力学习，服务人类的热情与理想．
［教学三维目标］：
1．知识与技能：
⑴知道交变电流是生产和生活中最常用到的电流，而正弦式电流又是最简单和最基本的交变电流．
⑵初步认识交变电流的特点与规律，能够运用电磁感应的基本知识分析其产生过程．
⑶初步理解正弦电流、中性面、瞬时值与最大值，能够运用数学图象来描述正弦式电流．
2．过程与方法
⑴观察手摇发电机产生的电流（小灯珠发光强弱的变化、电流表指针偏转方向的变化、二极管发光的变化）．
⑵运用电磁感应基本知识、分析一个周期内交变电流的变化规律．
⑶通过推导一个周期内交变电流的瞬时值表达式，建立正弦交变电流随时间变化的图象、知道交流电流在什么时刻达到最大值，在什么位置改变方向．
3．情感、态度与价值观
感受交变电流在生活、生产中的广泛运用，激发学生学习的热情．体会数学函数与图象在物理知识上广泛运用，感受运用数学知识在推导物理规律过程中所带来的愉悦感
［教学重点］：运用电磁感应的基本知识，配合相应的演示实验，分析交变电流的产生过程，认识交变电流的特点及其规律 ．
［教学难点］：运用楞次定律、法拉第电磁感应定律这些基本原理解决新情境下的问题，以及运用数学图象对物理量随时间变化的情况进行描述，深入理解交变电流的产生过程及其规律与特点．
［教具与辅助设备］：手摇发电机、小灯珠、演示电流表、示波器、发光二极管（２只）、导线若干、15W的白炽灯泡（含灯头、电线、插头）、蹄形磁铁
［教学思路］：演示实验——现象解释——概念阐述与辨析——问题思考与讨论——结论汇报与交流——公式推导与练习
［教学课时］：1课时
教学过程：
［引言］：穿过闭合电路的磁通量发生变化时，产生感应电流，而磁通量变化的方式不同，产生的感应电流也不同，感应电流可以是恒定的，可以是变化的，可以是周期性变化的，本节我们将研究一种十分重要的周期性变化的电流——正弦交变电流．
从本节课开始，我们开始学习交变电流。
学生、教师活动
设计思想与目标
学生活动评价
［引入新课］：
将白炽灯泡点亮。
请两位同学上来观察灯丝在蹄形磁铁内外的运动情况，并告诉班级所有的同学。
用实物投影将灯丝的运动情况投影到幕上。
全体同学试图对以上现象进行解释。
从感性认识的层面接触交变电流，激发学生的学习兴趣，引起学生的思考。
其中可能会有同学提出灯丝的颤动是因为交流电的原因，要加以肯定。
［进行新课］：
［板书（投影）］：§5—１交变电流
［演示实验（或视频）］：
用两节干电池给小灯珠供电，同时用手摇发电机连接小灯珠，摇动发电机，观察两种情况下小灯珠的发光情况．（全景图和局部图）
［问题］：小灯珠不闪烁与小灯珠的闪烁，说明了什么问题？
［演示实验（或视频、动画）］：
用电压表测干电池两极电压，同
时将手摇发电机连接电压计，摇
动发电机，观察两种情况下电表
指针的摆动情况．

［问题］：电表指针不摆动与电表
指针左右摆动，说明了什么问题？
［演示实验（或视频）］：
手摇发电机连接两个发光二极管（说明：单向导电），摇动发电机，观擦二极管发光情况．

［问题］：二极管轮流发光说明什么问题？
以上三个问题均由学生观察、比较、思考与讨论后回答。教师可适当提示与点拨。

由现象直观感受直流电与交变电流的区别。初步认识交变电流有大小和方向的变化，激发学生的学习热情，为后续的学习建立感性认识。

［实验（投影照片）］：直流电的波形与正弦式电流的波形
I
０
t
I
０
t

请学生比较两种波形的不同，由学生发言。

［板书（投影）］：一、交变电流
1．方向不随时间变化的电流称为直流
举例：电池供给小灯泡的电流
２．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流
举例：家庭电路中的电流．（说明交变电流是生活中常见的）
从理性认识的层面接触交变电流，激发学生的学习兴趣，引起学生对直流电与交变电流描述方式的的思考。
肯定学生的观察与总结。

说明生活与学习上的联系，初步形成实践对理论的支持。
［比较］：
Ａ
Ｂ
Ｃ
Ｄ
Ｅ
Ｆ

由同学们根据交变电流的定义来予以辨别与区分。对每个发言同学的认识，要让其充分陈述其观点形成的理由。
强调交变电流的方向随时间做周期性的变化。
对于陈述过程中能否抓住电流的方向在做周期性变化来评价学生对概念的理解与应用能力。
［问题］：交变电流是如可产生的呢？是哪两种形式的能量之间的相互转化？
首先我们来观察一下交流发电机的示意图（见教材P32—图5.31）
结构：形成磁场的磁极、矩形线圈、金属滑环、电刷
将手摇发电机通过实物投影到幕上（或每一小组一个手摇发电机）观察认识各部分结构。

将手摇发电机与示波器连接，匀速摇动、观察其波形。
［问题１］：线圈在什么位置时，通过线圈的磁通量最大？在什么位置时，通过线圈的磁通量最小？
［问题２］：在线圈转动过程中，线圈中的磁通量是否会发生变化？如何变化？
［问题３］：线圈在什么位置时，磁通量变化最快？在什么位置时，磁通量变化最慢？
（磁通量值最大时变化最慢、磁通量最小时变化最快可通过作等时间间隔的磁通量变化与所用时间的比值来比较；也可以用导体棒在各个位置切割磁感线的有效速度（垂直于磁感应强度方向的速度分量）来比较磁通量的变化的快慢）
以线圈平面从中性面开始每转过30°为例，比较在相同时间内磁通量变化的值来归纳线圈平面在什么位置上磁通量变化最快？什么位置变化最慢？由学生观察与讨论后得出。

（上图做好图片后投影到幕上由全班同学全体分析与讨论：提示学生：穿过线圈平面磁通量是由线圈平面有效面积的变化而引起的。）
［问题４］：线圈在什么位置感应电动势最大？在什么位置时感应电动势最小？
［问题５］：该图中在线圈由甲到乙的过程中，ＡＢ边中的电流向什么方向？ＣＤ边中的电流向什么方向？
［问题６］：该图中在线圈由丙到丁的过程中，ＡＢ边中的电流向什么方向？ＣＤ边中的电流向什么方向？
［问题７］：线圈在什么位置时没有电流？在什么位置时电流最大？
［问题８］：大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线（规定电流方向的正、负）．在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻．
将同学们画出的典型图象通过实物投影展示出来（包括画得理想的与有偏差的图象），由全班同学来发表自己的看法。最后形成一个共识。在此过程中，老师要给予恰当的引导。
［观察动画］：

给出图象，形成共识：

［问题９］：为什么需要电刷与铜环？
以上９个问题要请同学们充分思考与讨论后总结回答。

［板书（投影）］：二、交变电流的产生
１．线圈在匀速转动过程中，通过线圈的磁通量会发生周期性的变化
２．当线圈平面处于与匀强磁场垂直的位置时，通过线圈的磁通量最大——该位置称为中性面，此时磁通量变化最慢，此时电路中的电流为０，电流在此时刻前与此时刻后的方向不同．
３．当线圈平面处于与匀强磁场平行的位置时，通过线圈的磁通量值最小，为０．此时磁通量变化最快，此时电路中的电流最大．
此部分的问题是本节课的重点内容：认识正弦式交变电流的产生、最大值、瞬时值表达式、中性面、发电机的结构等。此部分内容讨论要细致、认识要到位、理解要清楚。对后面正弦式交变电流瞬时值表达式的得出与理解非常重要意义。

充分理解磁通量的值与磁通量变化的快慢并且运用法拉第电磁感应定律来判断感应电动势的最大值与最小值及其相应的位置，对理解交变电流的值周期性变化非常重要。

此部分问题意在解决学生对交变电流方向的周期性变化，为进一步理解交变电流方向的周期性与下一步描绘电流——时间的图象作铺垫。
粗略描绘一个转动周期内电流——时间的图象是理解正弦式交变电流以及其瞬时值的表达式的重要前提。
讨论电刷与铜环的作用，了解正弦交变发电机的结构。说明产生交变电流的可行性。
对于此部分问题的分析、讨论、总结与汇报、积极参与者予以表扬、鼓励他们相互之间的讨论与辨析、在相互交流中逐渐形成清析的认识。同时，引导同学们体会合作与交流的重要意义。
［板书（投影）］：三、交变电流变化的规律
出示交流发电机示意模型、模拟转子转动一周．其转动的角度度为，线圈的转动半径为，切割磁感线边长为．计算瞬间的电动势大小

L0
v
AB
CD

ωt
CD
AB
v2
v1
v
·
×
图４

ωt
v
v2
v1
AB
CD
·
×
图１
ωt

AB
CD
v2
v1
v
·
×
图３
ωt
图２
AB
CD
v
v1
v2
×
·
［教师板演］图１
图１：转过的角度

说明：为什么有系数２？
令
故：
学生分组合作推导出图２－４中感应电动势的瞬时值、教师巡视指导，并且将学生中推导过程有代表性的收集，等结束后予以投影。

在线圈转动一圈之后，以后的过程便是上述过程的重复．从结果来看矩形线圈在匀强磁场中，线圈平面从中性面开始做匀速转动，其产生的感应电动势表达式为从表达式上看它的电动势e随时间成正弦式规律变化．
１．峰值是一个常数，表示电动势可达到的最大值
请考虑在线圈在什么位置电动势有最大值？在什么位置有最小值？对应的磁通量与磁通量变化快慢如何？
２．正弦式电流的瞬时值表达式
　　电路中的电压瞬时值表达式
　电路中的电压瞬时值表达式
正弦式电流是最简单又最基本的交变电流，电力系统大多是正弦式交变电流．

教师引导学生从数学的角度来阐述正弦式交变电流的瞬时值的表达式．进一步说明前面讨论结果的正确性的同时，也引导学生进一步理解正弦式交变电流的周期性．同时也使学生感悟数学知识在学习物理知识过程中的重要性．

学生的推导过程，是引导他们学习运用数学知识的能力，并且从推导中感学习的乐趣。
每一组做不同的情况下的推导，一是为了节约时间，一是为了让全体同学都能参与进去。在相互交流过程中体现规律的一致性。要肯定他们的成果。

此部们内容由学生阅读自行解决。培养学生自主学习的能力。
［板书（投影）］：四、几种常见的交变电流

１．正弦式电流

２．锯齿电压

３．矩形脉冲电压

４．脉冲电压

请同学们阅读教材中的“科学漫步”：交流发电机．分清：转子与定子；旋转电枢式发电机与旋转磁极式发电机

进一步理解交变电流的物理意义，以及拓宽学生的思维空间。

增强学生的阅读，拓宽知识面。培养理论联系实际的思想。
问题：交、直电流生活中都很常见，他们能互相转换吗？
交流电流经过电路处理后可以转变为直流．如学校里学生电源、各种用电器所配有的电源适配器等均是将交变电流转变成直流电流的元件．
直流电也可以转换成交变电流。在特定的场合有运用，生活中不是很常见。
　　知道交、直流都是常见的电流存在形式，在不同的场合下各有千秋，并且能够相互转化。
课堂小结：（学生课后完成）本节课：
１．什么是交变电流
２．交变电流在什么时候得到最大值？什么时候得到最小值？中性面的位置在哪里？
３．正弦式电流的瞬时值的表达式？ 图象？
培养学生总结归纳知识的能力，进一步理解本节课所学习的内容。
问题与练习：
现在能够解释课前同学们观察到的通电的灯丝在磁场中为什么会抖动了吗？

课堂练习：回答 1、2
课后作业：3、4、5　（查找资料）写300字左右小文章：交变电流的发展与社会文明的进步
呼应开头。加深对交变电流的方向是周期性变化的理解，学以致用。

巩固知识
理论联系实际，体会所学知识的社会价值。
［板书设计］
主板书：§5—１交变电流（利用powerpoint投影）
一、交变电流
１． 交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。
２．方向不随时间变化的电流称为直流。
二、交变电流的产生
１．线圈在匀速转动过程中，通过线圈的磁通量会发生周期性的变化。
２．当线圈平面处于与匀强磁场垂直的位置时，通过线圈的磁通量最大——该位置称为中性面，此时磁通量变化最慢，此时电路中的电流为０，电流在此时刻前与此时刻后的方向不同．
３．当线圈平面处于与匀强磁场平行的位置时，通过线圈的磁通量值最小，为０．此时磁通量变化最快，此时电路中的电流最大．
三、交变电流变化的规律
１．峰值是一个常数，表示电动势可达到的最大值
请考虑在线圈在什么位置电动势有最大值？在什么位置有最小值？对应的磁通量与磁通量变化快慢如何？
２．正弦式电流的瞬时值表达式
　　电路中的电压瞬时值表达式
　电路中的电压瞬时值表达式
四、几种常见的交变电流
１．正弦式电流

２．锯齿电压

３．矩形脉冲电压

４．脉冲电压

副板书：
I
０
t
I
０
t

（投影）

Ａ
Ｂ
Ｃ
Ｄ
Ｅ
Ｆ

［问题１］：线圈在什么位置时，通过线圈的磁通量最大？在什么位置时，通过线圈的磁通量最小？
［问题２］：在线圈转动过程中，线圈中的磁通量是否会发生变化？如何变化？
［问题３］：线圈在什么位置时，磁通量变化最快？在什么位置时，磁通量变化最慢？

［问题４］：线圈在什么位置感应电动势最大？在什么位置时感应电动势最小？
［问题５］：该图中在线圈由甲到乙的过程中，ＡＢ边中的电流向什么方向？ＣＤ边中的电流向什么方向？
［问题６］：该图中在线圈由丙到丁的过程中，ＡＢ边中的电流向什么方向？ＣＤ边中的电流向什么方向？
［问题７］：线圈在什么位置时没有电流？在什么位置时电流最大？
［问题８］：大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线（规定电流方向的正、负）．在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻．
［问题９］：为什么需要电刷与铜环？

v
v2
v1
AB
CD
·
×
图１
ωt

AB
CD
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v1
v
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图３
ωt
CD
AB
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图４
ωt
图２
AB
CD
v
v1
v2
×
·
计算瞬间的电动势大小

（黑板书写）：
图１：转过的角度

令
故：

教后记：

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