高中物理选修2-1教案-4.1交变电流的产生和描述1-人教版
文档属性
| 名称 | 高中物理选修2-1教案-4.1交变电流的产生和描述1-人教版 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-12-29 09:04:20 | ||
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文档简介
4.1 交流电的产生和描述
教学设计
设计思想
本节主要核心是引导学生通过演示实验认识什么是交流电，在认识交流电的基础上进而引导学生分析矩形线圈在绕垂直于磁场的轴匀速转动过程中产生的电流方向周期性的变化规律，再通过对线圈在非特殊位置的暂态分析得出线圈中产生的电流大小随时间呈周期性正弦变化规律。教法突出学生的主体地位，将课堂还给学生，引导学生利用已有的电磁感应知识在新的环境中分析问题和解决问题。自制演示实验板，探究电容器对交流电的影响，提高学生的科学思维能力、探究能力、实践能力以及创新能力。
教学目的
1、知识与技能：通过实验理解交流电的概念，知道交流电的特点和变化规律。
2、过程与方法：分析线圈转动一周过程中电流方向的变化，推导交流电大小随时间的变化规律；表征交变电流的物理量、理解交变电流的有效值；用控制变量法探究影响容抗大小的因素。
3、情感、态度、价值观：体验在新的环境下利用已有知识解决新的问题的过程。
三、教法：引导探究 多媒体辅助 实验演示
四、学法：自主、合作
五、教学过程
电流大战——视频（中央电视台cctv10的节目人物）引出这节课的学习内容——交变流电。目的让学生们感受到一个新的事物或一个新的理论产生的过程是多么不容易的，科学家们的这种坚持真理，不畏惧的精神值得我们学习。
一、交变流电的产生
情境一：
教师：提供小型交流发电机、示波器等器材并提出问题
提出问题1：怎样利用手摇发电机产生电流？产生的电流可能有哪些特点？
学生：动手发电，通过对小灯泡亮度变化的观察，分析手摇交流发电机产生的电流大小变化规律，通过对示波器显示电流方向的观察，分析手摇发电机产生的电流方向变化特点。
概念：交流电——大小和方向随时间周期性变化
情境二：展示交流发电机模型
教学辅助：课件模拟交流发电机模型和发电过程
提出问题2：分析线圈在转动一周过程中电流的方向如何变化？
规定从B到A为位电流的正方向
v
v
v
v
v
v
v
v
u
乙i
甲
t
丙i
甲
丁i
提出问题3：各特殊位置线圈上电动势大小和方向已经定性确定，由上图猜想这种电动势可能按何种规律变化？如何验证？
情境三：线圈在非特殊位置静态分析
中性面——线圈平面与磁场垂直的位置
已知ab、cd长度为L1，bc、da长度为L2，设线圈从中性面开始转动，经时间t
问题①：线圈与中性面的夹角是多少？
问题②：cd边的速度多大？
问题③：cd边的速度方向与磁场方向的夹角多大？
问题④：cd边产生的感应电动势多大？
问题⑤：整个线圈中感应电动势多大？
问题⑥：N匝线圈中感应电动势多大？
引导学生自主推导，得出结论：
线圈中感应电动势e=NBsωsinωt
问题3结论：因此，线圈中电动势大小和方向如下图所示按正弦规律周期性变化
euui
t
乙i
甲
丙i
丁i
甲
外电路（纯电阻）负载上电压、电流也随时间按正弦规律变化，即这种按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦交流电。
情境四：认识发电机的基本种类
①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）
②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动） 自制实验器材演示实验。
二、表征交变电流的物理量
情境一：
提出问题1：交变电流随时间变化，可以从哪些角度区分不同的交变电流？
交变电流的最大值（false，false，false）
交变电流的最大值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流或电压变化幅度。电容器的耐压值是指能够加在它两端的最大电压，若电源电压的最大值超过耐压值,电容器可能被击穿。
提出问题2：交流电的最大值不适于表示交流电产生的效果，在实际中通常用有效值表示交流电流的大小。
交变电流的有效值（E、I、U）
让交流电和直流电通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相等，把直流电的值叫做交流电的有效值。通常用大写字母U、I、E表示有效值。正弦交流电的有效值与最大值的关系false，false。
强调：（1）各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。（2）交流电表（电压表或电流表）所测值为有效值。（3）计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。
情境二：思考与讨论：
提出问题3：如何计算交变电流的有效值？
利用影像上传功能展示学生的学习成果。
三、电容器对交变电流的作用
情境一：演示实验
提出问题1：交流电能否“通过”电容器？
实验1：图1，将电容器与小灯泡串联，接到交流电源上，观察灯泡是否发光。
提出问题2：交流电是否真的通过电容器绝缘介质？
提出问题3：图3，电容器对交流电是否有阻碍作用？
实验2：电容器与小灯泡串联，把它们接到交流电源上，再用导线将电容器短路，观察灯泡的亮度变化情况。
提出问题4：电容器对交流电阻碍作用的大小与什么因素有关？引导学生猜想，并采用控制变量法设计实验。
实验3：探究影响容抗大小的因素，采用控制变量法。
（1）交流电的频率一定，改变电容
如图4，将电容不同的两个电容器，分别与规格相同的小灯泡串联，再并联接到交流电源上。比较两个灯泡的亮度情况。
（2）电容一定，改变交流电的频率
如图4，撤去其中一个支路，接通交流电源，保持交流电压一定，改变交流电的频率，比较灯泡的亮度变化情况。
通过探究实验设计，提高认知水平，培养实践能力。培养物理核心素养。 科学研究方法的应用，提高学生科学思维能力和创新能力。通过问题引领，设计制作实验演示板，激发兴趣，展现教育功能。
教学设计
设计思想
本节主要核心是引导学生通过演示实验认识什么是交流电，在认识交流电的基础上进而引导学生分析矩形线圈在绕垂直于磁场的轴匀速转动过程中产生的电流方向周期性的变化规律，再通过对线圈在非特殊位置的暂态分析得出线圈中产生的电流大小随时间呈周期性正弦变化规律。教法突出学生的主体地位，将课堂还给学生，引导学生利用已有的电磁感应知识在新的环境中分析问题和解决问题。自制演示实验板，探究电容器对交流电的影响，提高学生的科学思维能力、探究能力、实践能力以及创新能力。
教学目的
1、知识与技能：通过实验理解交流电的概念，知道交流电的特点和变化规律。
2、过程与方法：分析线圈转动一周过程中电流方向的变化，推导交流电大小随时间的变化规律；表征交变电流的物理量、理解交变电流的有效值；用控制变量法探究影响容抗大小的因素。
3、情感、态度、价值观：体验在新的环境下利用已有知识解决新的问题的过程。
三、教法：引导探究 多媒体辅助 实验演示
四、学法：自主、合作
五、教学过程
电流大战——视频（中央电视台cctv10的节目人物）引出这节课的学习内容——交变流电。目的让学生们感受到一个新的事物或一个新的理论产生的过程是多么不容易的，科学家们的这种坚持真理，不畏惧的精神值得我们学习。
一、交变流电的产生
情境一：
教师：提供小型交流发电机、示波器等器材并提出问题
提出问题1：怎样利用手摇发电机产生电流？产生的电流可能有哪些特点？
学生：动手发电，通过对小灯泡亮度变化的观察，分析手摇交流发电机产生的电流大小变化规律，通过对示波器显示电流方向的观察，分析手摇发电机产生的电流方向变化特点。
概念：交流电——大小和方向随时间周期性变化
情境二：展示交流发电机模型
教学辅助：课件模拟交流发电机模型和发电过程
提出问题2：分析线圈在转动一周过程中电流的方向如何变化？
规定从B到A为位电流的正方向
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提出问题3：各特殊位置线圈上电动势大小和方向已经定性确定，由上图猜想这种电动势可能按何种规律变化？如何验证？
情境三：线圈在非特殊位置静态分析
中性面——线圈平面与磁场垂直的位置
已知ab、cd长度为L1，bc、da长度为L2，设线圈从中性面开始转动，经时间t
问题①：线圈与中性面的夹角是多少？
问题②：cd边的速度多大？
问题③：cd边的速度方向与磁场方向的夹角多大？
问题④：cd边产生的感应电动势多大？
问题⑤：整个线圈中感应电动势多大？
问题⑥：N匝线圈中感应电动势多大？
引导学生自主推导，得出结论：
线圈中感应电动势e=NBsωsinωt
问题3结论：因此，线圈中电动势大小和方向如下图所示按正弦规律周期性变化
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外电路（纯电阻）负载上电压、电流也随时间按正弦规律变化，即这种按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦交流电。
情境四：认识发电机的基本种类
①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）
②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动） 自制实验器材演示实验。
二、表征交变电流的物理量
情境一：
提出问题1：交变电流随时间变化，可以从哪些角度区分不同的交变电流？
交变电流的最大值（false，false，false）
交变电流的最大值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流或电压变化幅度。电容器的耐压值是指能够加在它两端的最大电压，若电源电压的最大值超过耐压值,电容器可能被击穿。
提出问题2：交流电的最大值不适于表示交流电产生的效果，在实际中通常用有效值表示交流电流的大小。
交变电流的有效值（E、I、U）
让交流电和直流电通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相等，把直流电的值叫做交流电的有效值。通常用大写字母U、I、E表示有效值。正弦交流电的有效值与最大值的关系false，false。
强调：（1）各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。（2）交流电表（电压表或电流表）所测值为有效值。（3）计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。
情境二：思考与讨论：
提出问题3：如何计算交变电流的有效值？
利用影像上传功能展示学生的学习成果。
三、电容器对交变电流的作用
情境一：演示实验
提出问题1：交流电能否“通过”电容器？
实验1：图1，将电容器与小灯泡串联，接到交流电源上，观察灯泡是否发光。
提出问题2：交流电是否真的通过电容器绝缘介质？
提出问题3：图3，电容器对交流电是否有阻碍作用？
实验2：电容器与小灯泡串联，把它们接到交流电源上，再用导线将电容器短路，观察灯泡的亮度变化情况。
提出问题4：电容器对交流电阻碍作用的大小与什么因素有关？引导学生猜想，并采用控制变量法设计实验。
实验3：探究影响容抗大小的因素，采用控制变量法。
（1）交流电的频率一定，改变电容
如图4，将电容不同的两个电容器，分别与规格相同的小灯泡串联，再并联接到交流电源上。比较两个灯泡的亮度情况。
（2）电容一定，改变交流电的频率
如图4，撤去其中一个支路，接通交流电源，保持交流电压一定，改变交流电的频率，比较灯泡的亮度变化情况。
通过探究实验设计，提高认知水平，培养实践能力。培养物理核心素养。 科学研究方法的应用，提高学生科学思维能力和创新能力。通过问题引领，设计制作实验演示板，激发兴趣，展现教育功能。