3.1 交变电流 教学设计（表格式）
文档属性
| 名称 | 3.1 交变电流 教学设计（表格式） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-04-15 08:21:38 | ||
图片预览
文档简介
教学设计
课程基本信息
学科 物理 年级 高二 学期 秋季
课题 交变电流
课程标准
通过实验，认识交变电流。能用公式和图像描述正弦交变电流。
教学目标
1.通过示波器分别观察学生电源直流档和交流档电压波形，学生能描述他们的区别，从而认识交流电。 2.通过吹气发电的魔术实验，学生能够说出发电机的两个核心组成部分，知道交流发电机的分类。 3.通过矩形线圈在地磁场中转动的实验，利用数字化微电流传感器观察电流随时间的变化波形，学生知道正弦交流电是如何产生的。 4.分析线圈在磁场中转动的几个特殊位置，画出4个特殊位置的主视图，判断电流的大小和方向。知道中性面的定义，并说出中性面的特点。 5.通过线圈在磁场中的一般位置分析，在问题引导下，学生推导出线圈在转动过程中的瞬时表达式。确认交流电的正弦式变化。 6.学生能够画出线圈在磁场中转动一个周期的过程中感应电流、感应电动势、磁通量、路端电压四个物理量随时间变化的图像，并写出各物理量的峰值。学生能够说出，图像的联系。
教材分析
本节交变电流贴近学生生活实际，是生产生活中最常用的电流，通过这节课的学习学生要能感受到物理学习与实际生产生活的紧密关联。一方面，本节内容是前一章电磁感应规律的延续和发展，是电磁感应理论的具体应用，通过本节课的学习学生要对楞次定律、右手切割、法拉第电磁感应定律有更深刻更综合的理解。另一方面，本节内容是全章的理论基础。因为交变电流的特殊性才有了电感、电容、变压器的广泛应用。所以本节内容有承上启下的作用，教学的重点是电磁感应的运用。
教学内容
教学重点： 1. 画出线圈在磁场中转动的4个特殊位置的主视图，并判断出电流的大小和方向。 2. 推导出线圈在转动过程中的感应电动势ε随时间t变化的瞬时表达式ε(t)。 教学难点： 1. 画出线圈在磁场中转动一个周期的过程中感应电流、感应电动势、磁通量、路端电压四个物理量随时间变化的图像，并写出各物理量的峰值。 2. 能够说出，图像的联系。
教学过程
课堂引入 通过实验认识交流电 将数字化电流传感器和电压传感器分别接入图1电路和图2电路，比较这两个电路的电流或者电压随时间变化的图像如图3和图4，从而对直流电和交流电有感性区分。（图二的目的是让学生直接观察我们日常生活用电。由于日常用电电压较高，变压器的目的是把电压降下来观察。） 观察其他常见交流电如图5，学生说出直流电和交流电的区别。大小和方向都随时间周期性变化的电流是交变电流。方向不变的电流是直流电，直流电中大小也不变的电流又称为稳定电流。 通过实验认识发电机，引入问题研究 魔术：老师可以让每位同学都拥有一种特异功能，吹一口气就能发电，如图6。 完成魔术的同学揭秘，原来是对着风扇吹风。 学生猜想生电原理。 学生观察小风扇的内部构造如图7。 学生说出交流发电机的两个基本组成部分：产生感应电动势的线圈（电枢）和产生磁场的磁体。 教师介绍交流发电机的分类：电枢转动，磁极不动的叫做旋转电枢式发电机。磁极转动，电枢不动的叫做旋转磁极式发电机。无论哪种发动机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。 通过这样的情境创设，学生要认真观察并提取有意义的信息：排除忽略无用多余信息的干扰，敏锐地聚焦于核心信息即电动机的内部构造，发现绕制在铁芯上的三组椭圆形铜线圈在磁场中转动形成感应电流。从而提出问题研究的方向：当线圈在磁场中转动的时候就能产生感应电流，那么这样的感应电流有什么特点呢？ 二、交变电流的产生和规律（模型建构） 1、模型表述，培养学生科学表述模型能力 三组椭圆形线圈在磁场中转动的真实情境是较复杂的。要引导学生在不改变问题本质的基础下对实际情境进行简化抽象，从而构建一个突出了问题主要方面，符合问题本质特征的，易于学生着手研究的新图景。第一，可以简化放大线圈。第二，简化磁场。 便于同学们的观察和研究，老师自己绕制了4匝面积较大的形状规则的矩形铜线圈如图8。 2、模型分析，培养学生问题表达、科学推理、合作交流等能力 复杂问题的一般研究策略：首先，从特殊到一般；然后，将三维的立体问题转换成二位平面内研究。老师和同学们一起画出了第一个特殊位置的平面图。然后学生完成以下两个任务。 （1）线圈在磁场中转动一个周期的过程中，画出各特殊位置的平面图并判断电流方向和大小，填入下面表格。 位置甲乙丙丁甲AB边电流方向 （填写A→B，B→A，或者0）线圈中的电流（填写最大或者0）
（2）在下面i-t图像中，标出这五个特殊位置的坐标，并大致画出电流随时间的变化图线（从E经负载流向F的电流为正）。 （3）交变电流的变化规律 匀强磁场的磁场强度为B，矩形线圈以角速度ω逆时针转动。线圈AB边长为L1，线圈AD边长为L2。线圈从中性面面转动开始计时，试推导t时刻线圈中的感应电动势为多大？ 教师和学生一起研究： ①画出线圈在一般位置的平面图 ②经过时间t，线圈转过的角度 ③哪两根导线切割磁感线，该导线在该时刻的速度及切割速度分别为少 ④每根导线切割磁感线产生的电动势为？两根导线上的电动势是累加还是抵消？ 3、模型评估，培养学生获取证据和质疑创新的能力 （1）实验验证正弦交流电 如果老师现在转动线圈，线圈中会产生电流吗？ 学生：不会，因为没有提供磁场。 教师实验，将线圈接入数字化电流传感器，近似匀速转动线圈，电流随时间的变化如图9所示。 教师：哪来的磁场？电流随时间是如何变化的？（学生恍然，原来利用地磁场） （2）【思考与讨论】 ①如果仅将线圈的旋转轴改成AB，写出感应电动势的瞬时表达式。 A、 B、 C、 ②如果磁场和线圈的参数不变，现将N匝线圈从下图位置（作为t=0的计时起始位置）开始转动，写出感应电动势随时间的表达式。 A、 B、 C、 ③如果一匝线圈从中性面开始计时，线圈面积S，转动角速度，匀强磁场磁感应强度B，外接电阻阻值R，线圈内阻阻值r，请在右图画出如下图像、、，并写出各图像的峰值。（规定从E经负载流向F的电流为正，电势时规定电压为正） ④椭圆形线圈在磁场中转动也是正弦交流电吗，其他形状的线圈呢？ 4、模型应用，培养学生迁移能力最终形成概念模型 如图是某学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电实验”的示意图．他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇动，铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏交流电流表相连．摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场（可视为匀强磁场，大小为B）垂直．摇动时，铜芯线所围成半圆周的半径为R，转动角速度ω，如果以铜芯线抡到最高点为t=0的计时起点，则 （1）t=0的时刻，感应电流为0还是最大？ （2）求t=0的时刻的磁通量 （3）感应电动势的瞬时表达式？ 三、课堂总结 1、中性面：电流为0，电流方向变化，磁通量最大 2、从中性面计时，感应电动势的瞬时表达式 3、感应电动势和磁通量随时间变化图像
课程基本信息
学科 物理 年级 高二 学期 秋季
课题 交变电流
课程标准
通过实验，认识交变电流。能用公式和图像描述正弦交变电流。
教学目标
1.通过示波器分别观察学生电源直流档和交流档电压波形，学生能描述他们的区别，从而认识交流电。 2.通过吹气发电的魔术实验，学生能够说出发电机的两个核心组成部分，知道交流发电机的分类。 3.通过矩形线圈在地磁场中转动的实验，利用数字化微电流传感器观察电流随时间的变化波形，学生知道正弦交流电是如何产生的。 4.分析线圈在磁场中转动的几个特殊位置，画出4个特殊位置的主视图，判断电流的大小和方向。知道中性面的定义，并说出中性面的特点。 5.通过线圈在磁场中的一般位置分析，在问题引导下，学生推导出线圈在转动过程中的瞬时表达式。确认交流电的正弦式变化。 6.学生能够画出线圈在磁场中转动一个周期的过程中感应电流、感应电动势、磁通量、路端电压四个物理量随时间变化的图像，并写出各物理量的峰值。学生能够说出，图像的联系。
教材分析
本节交变电流贴近学生生活实际，是生产生活中最常用的电流，通过这节课的学习学生要能感受到物理学习与实际生产生活的紧密关联。一方面，本节内容是前一章电磁感应规律的延续和发展，是电磁感应理论的具体应用，通过本节课的学习学生要对楞次定律、右手切割、法拉第电磁感应定律有更深刻更综合的理解。另一方面，本节内容是全章的理论基础。因为交变电流的特殊性才有了电感、电容、变压器的广泛应用。所以本节内容有承上启下的作用，教学的重点是电磁感应的运用。
教学内容
教学重点： 1. 画出线圈在磁场中转动的4个特殊位置的主视图，并判断出电流的大小和方向。 2. 推导出线圈在转动过程中的感应电动势ε随时间t变化的瞬时表达式ε(t)。 教学难点： 1. 画出线圈在磁场中转动一个周期的过程中感应电流、感应电动势、磁通量、路端电压四个物理量随时间变化的图像，并写出各物理量的峰值。 2. 能够说出，图像的联系。
教学过程
课堂引入 通过实验认识交流电 将数字化电流传感器和电压传感器分别接入图1电路和图2电路，比较这两个电路的电流或者电压随时间变化的图像如图3和图4，从而对直流电和交流电有感性区分。（图二的目的是让学生直接观察我们日常生活用电。由于日常用电电压较高，变压器的目的是把电压降下来观察。） 观察其他常见交流电如图5，学生说出直流电和交流电的区别。大小和方向都随时间周期性变化的电流是交变电流。方向不变的电流是直流电，直流电中大小也不变的电流又称为稳定电流。 通过实验认识发电机，引入问题研究 魔术：老师可以让每位同学都拥有一种特异功能，吹一口气就能发电，如图6。 完成魔术的同学揭秘，原来是对着风扇吹风。 学生猜想生电原理。 学生观察小风扇的内部构造如图7。 学生说出交流发电机的两个基本组成部分：产生感应电动势的线圈（电枢）和产生磁场的磁体。 教师介绍交流发电机的分类：电枢转动，磁极不动的叫做旋转电枢式发电机。磁极转动，电枢不动的叫做旋转磁极式发电机。无论哪种发动机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。 通过这样的情境创设，学生要认真观察并提取有意义的信息：排除忽略无用多余信息的干扰，敏锐地聚焦于核心信息即电动机的内部构造，发现绕制在铁芯上的三组椭圆形铜线圈在磁场中转动形成感应电流。从而提出问题研究的方向：当线圈在磁场中转动的时候就能产生感应电流，那么这样的感应电流有什么特点呢？ 二、交变电流的产生和规律（模型建构） 1、模型表述，培养学生科学表述模型能力 三组椭圆形线圈在磁场中转动的真实情境是较复杂的。要引导学生在不改变问题本质的基础下对实际情境进行简化抽象，从而构建一个突出了问题主要方面，符合问题本质特征的，易于学生着手研究的新图景。第一，可以简化放大线圈。第二，简化磁场。 便于同学们的观察和研究，老师自己绕制了4匝面积较大的形状规则的矩形铜线圈如图8。 2、模型分析，培养学生问题表达、科学推理、合作交流等能力 复杂问题的一般研究策略：首先，从特殊到一般；然后，将三维的立体问题转换成二位平面内研究。老师和同学们一起画出了第一个特殊位置的平面图。然后学生完成以下两个任务。 （1）线圈在磁场中转动一个周期的过程中，画出各特殊位置的平面图并判断电流方向和大小，填入下面表格。 位置甲乙丙丁甲AB边电流方向 （填写A→B，B→A，或者0）线圈中的电流（填写最大或者0）
（2）在下面i-t图像中，标出这五个特殊位置的坐标，并大致画出电流随时间的变化图线（从E经负载流向F的电流为正）。 （3）交变电流的变化规律 匀强磁场的磁场强度为B，矩形线圈以角速度ω逆时针转动。线圈AB边长为L1，线圈AD边长为L2。线圈从中性面面转动开始计时，试推导t时刻线圈中的感应电动势为多大？ 教师和学生一起研究： ①画出线圈在一般位置的平面图 ②经过时间t，线圈转过的角度 ③哪两根导线切割磁感线，该导线在该时刻的速度及切割速度分别为少 ④每根导线切割磁感线产生的电动势为？两根导线上的电动势是累加还是抵消？ 3、模型评估，培养学生获取证据和质疑创新的能力 （1）实验验证正弦交流电 如果老师现在转动线圈，线圈中会产生电流吗？ 学生：不会，因为没有提供磁场。 教师实验，将线圈接入数字化电流传感器，近似匀速转动线圈，电流随时间的变化如图9所示。 教师：哪来的磁场？电流随时间是如何变化的？（学生恍然，原来利用地磁场） （2）【思考与讨论】 ①如果仅将线圈的旋转轴改成AB，写出感应电动势的瞬时表达式。 A、 B、 C、 ②如果磁场和线圈的参数不变，现将N匝线圈从下图位置（作为t=0的计时起始位置）开始转动，写出感应电动势随时间的表达式。 A、 B、 C、 ③如果一匝线圈从中性面开始计时，线圈面积S，转动角速度，匀强磁场磁感应强度B，外接电阻阻值R，线圈内阻阻值r，请在右图画出如下图像、、，并写出各图像的峰值。（规定从E经负载流向F的电流为正，电势时规定电压为正） ④椭圆形线圈在磁场中转动也是正弦交流电吗，其他形状的线圈呢？ 4、模型应用，培养学生迁移能力最终形成概念模型 如图是某学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电实验”的示意图．他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇动，铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏交流电流表相连．摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场（可视为匀强磁场，大小为B）垂直．摇动时，铜芯线所围成半圆周的半径为R，转动角速度ω，如果以铜芯线抡到最高点为t=0的计时起点，则 （1）t=0的时刻，感应电流为0还是最大？ （2）求t=0的时刻的磁通量 （3）感应电动势的瞬时表达式？ 三、课堂总结 1、中性面：电流为0，电流方向变化，磁通量最大 2、从中性面计时，感应电动势的瞬时表达式 3、感应电动势和磁通量随时间变化图像