高二物理（人教版教科版通用）+交变电流教案

1、授课年级高二课题3.1交变电流课程类型新授课设计宗旨物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和 关 键 能 力，是 学 生 通 过 物 理 学 习 内 化的带有物理学科特性的品质，主要由“物理观念”、“科学思维”、“实验探究”、“科学态度与责任”等个方面的要素构成。基于物理核心素养导向的“交变电流”教学案例凸显实验探究和科学思维、创设真实的情境形成物理观念、渗透科学态度与责任，充分体现物理学科对提高学生核心素养的独特作用。教材分析“交变电流”是普通高中人教版物理选修 3-2 第五章第一节的内容，其产生的原理是基于电磁感应的基本规律，所以本章是前一

2、章的延 续和发展，是电磁感应理论的具体应用。另一方面，本节知识也是全章 的理论基础，所以本节内容有承上启下的作用。 为了适应学生的接受能力，教材采取从感性到理性、从定性到定量逐渐深入的方法讲述这个问题.教材先用教具演示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生交流电，以展示交流电是怎样产生的.并强调让学生观察教材图5.1-3所示线圈通过甲、乙、丙、丁四个特殊位置时，电流表指针变化的情况，分析电动势和电流方向的变化，这样学生就会对电动势和电流的变化情况有个大致的了解.然后让学生用右手定则独立分析线圈中电动势和电流的方向.这样能充分调动学生的积极性,培养学生的观察和分析能力.关于交变电流的变化规律,教材利

3、用上章学过的法拉第电磁感应定律引导学生进行推导,得出感应电动势的瞬时值和最大值的表达式,进而根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律推出电流与电压瞬时值与最大值的表达式.学情分析学生掌握了法拉第电磁感应定律，也掌握了导体棒切割磁感应线 产生感应电流方向的判断和大小的计算，具有较强的综合分析能力。这为本节课的学习打下了理论基础，学生对交流电早有耳闻，这也为学习本节课做好了心理准备。但交变电流的相关知识点多，产生过程较为复杂，学生很难构建模型，因此，让学生通过定性分析，定量探究正弦式交变电流的变化规律是最为直接和有效的教学方式，进而培养学生严谨的科学探究的品质。教学目标物理观念1、知道交变电流的特点

4、2、知道中性面及其特点3、知道正弦式交变电流方向及大小在特殊位置的变化情况4、知道正弦式交变电流电动势的表达式科学思维1、会判断正弦式交变电流方向在什么位置发生改变2、会判断正弦式交变电流在什么位置最小，什么位置最大3、能够建立模型，用法拉第电磁感应定律推导交变电流感应电动势的表达式科学探究1、通过观察实验，明确交变电流大小和方向的变化特点2、通过构建模型理论推导，掌握交变电流电动势的变化规律3、通过实验，定量验证交变电流电动势的表达式科学态度与责任1、培养学生观察定性分析定量推导的严谨的科学探究方法和习惯2、在研究问题中，培养学生突出主要矛盾、忽略次要因素的思维方法重点难点教学重点通过实验探

5、究交变电流，让学生理解和掌握交变电流的产生过程及其变化规律。教学难点在定量探究交变电流规律的过程中，培养学生发现问题、解决问题的能力。教学思路重点突出，难点突破： 通过矩形线圈在匀强磁场中匀速转动一周的演示，立体图结合侧视图分析，使学生理解交变电流产生的原理和方向变化特点。 推导瞬时电动势大小时，通过侧视图分析线圈运动方向与磁场方向之间的关系，利用导体切割磁感线方法来处理，使问题容易理解。教 学 过 程创设情境，导入新课实验：学生电源交流档与电流传感器组成回路，使学生认识交变电流交变电流的产生下面我们来详细了解一下实验室常见的手摇发电机的基本构造（多媒体投影结构图如图所示）师：磁极N与S间提供

6、近似的匀强磁场，线框的ab边穿过圆环k但不接触，与圆环l相连接，cd边跟圆环k相连接，AB是金属制成的电刷，分别压在两个圆环kl上，可以保证线圈在转动时通过圆环和电刷始终与外电路的连接，摇动手柄通过转轮，皮带带动线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴转动师：工业上在产品设计出来之后，对产品的性能特点必须全面了解。为了更好地利用这台发电机发出来的电，我们需要进一步研究这种电流的产生过程，弄清电流大小、方向分别是如何变化的师：要研究电流的大小是如何变化的，我们需要什么理论工具？生：法拉第电磁感应定律师：要研究电流的方向是如何变化的，我们需要什么理论工具？生：楞次定律，右手定则师：为了简单起见，我们

7、将线圈简化为单匝线圈，且为了更好地帮助大家建构线圈在磁场中的转动情景，我这里呈现了一个模型教具，可以直观地展示线圈的转动情况为了便于解决问题，我们常常通过视角转换的方式将立体图转换为平面图。交流发电机一个周期内转动过程的示意图如图所示请同学们把这几幅立体图转化为平面图，并结合平面图分析这几个特殊位置有什么特点，填入表格生：绘制平面图并填写教师课前设计好的表格，结束后相互讨论交流，达成共识结果如图及表所示特殊位置甲乙丙丁甲磁通量最大0最大0最大感应电动势0最大0最大0感应电流0最大0最大0ab边感应电流方向无b-a无a-b无师：假设ab边电流从b流向a的方向为正，反之为负，在横坐标轴上标出线圈到

8、达甲、乙、丙、丁、甲几个位置时对应的时刻,大致画出磁通量随时间变化的曲线，以及感应电流随时间变化的曲线。生：线圈平面与磁场方向垂直时，电流方向发生改变。师：我们将线圈平面与磁场方向垂直的位置命名为中性面，中性面的磁通量最大，感应电动势为零，感应电流为零，关键是线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次。设计意图：通过立体图与平面图的结合，培养了学生的观察能力，空间想象能力表格的设计使学生更清晰地看到在甲乙丙丁几个特殊位置磁通量、磁通量的变化率、感应电动势、感应电流的方向的特点，从而总结规律，形成并理解中 性面的概念。通过这样的教学情境设计，能帮助学生正确理解中性面等概念，突破不易观察的教学难点。避

9、免了知识以枯燥、呆板的形式传授给学生，引发学生的认知需求，激发学生的学习动机，逐步提升学生化抽象为直观，归纳演绎的科学思维能力。交变电流的变化规律师：通过电流随时间变化的图像，我们看到手摇发电机中的交变电流似乎在按照正弦函数的规律变化，实际情况是这样吗？我们可以选取线 圈 在 非特 殊 位 置，进行深入的研究-理论推导设匀强磁场磁感应强度为，单匝线圈从中性面开始，绕垂直于磁场方向的中心轴沿逆时针方向匀速转动，角速度为，线圈ab、dc边长为ad、bc边长为，经过时间t，问题1：线圈与中性面的夹角为多大？问题2：ab边的线速度为多大？问题3：ab边的有效切割速度多大？问题4：ab边产生的感应电动势

10、多大？问题5：ab边产生的感应电动势方向如何？问题6：ab边产生的感应电动势与dc边产生的感应电动势大小关系如何？方向如何？问题7：整个线圈产生的感应电动势多大？问题8：若实际的线圈匝数为N，整个线圈中的感应电动势多大？问题9：若整个线圈（总电阻为）和外电阻（阻值为）组成闭合电路，则电路中的感应电流为多大？路端电压为多大？生：在问题串的引领下，凭借已有的三角函数和电磁感应的知识推导出感应电动势的表达式为感应电流的表达式为，路端电压的表达式为 师：e ,i ,u随着时间按正弦规律变化，不同时刻有不同的数值，叫做瞬时值，、 叫做峰值设计意图：了解学生现有的知识水平，围绕教学目标，按一定的次序精心设

11、计一组贴近学生“最近发展区”的问题串，为学生提供主动参与探索发现的机会，激发学生的独立思考 和积极建构。在“问题串”的引领下，学生的思维能够由表里，由浅入深，循序渐进，可以有效地分解教学难点，同时提升学生理论分析的能力。实施核心素养导向的物理教学，需要教师转变教学的价值观念，运用自己的教育智慧，将冰冷的学术结论动态地、生动地展示在学生面前，易于学生接受，从而提高学生的积极性和学习兴趣，让学生在问题的探索过程中真切感受物理的思想方法，逐步形成科学思维，有效培养学生的物理核心素养。交变电流的图像师：由前面的表达式可得到正弦交变电流的电动势e、电流i和路端电压u随时间变化的图像，如图所示这种按正弦规

12、律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流,正弦式电流是最简单、最基本的交变电流。电力系统中应用的多是正弦式电流。拓展思考师：由磁通量随时间变化的关系图像，能不能得出瞬时电动势随时间变化的图像？ 生：能，E=n ()/t当t很短趋于零时，这样求出来的就变为瞬时感应电动势了，在-t图像中()/t相当于图像的斜率，描点、连线2、师：若线框以ab边为转轴仍从与磁场垂直的位置开始逆时针匀速转动，保持线圈的匝数和面积不变，感应电动势的变化规律是否仍然为？ 生：线框以ab边为轴转动，那么只有cd边切割磁感线了进而简化为3、师：从垂直中性面开始以中轴线oo为轴逆时针匀速转动，经过时间t线圈的瞬时感应电动势还按正弦规律变化吗？ 生：垂直于磁感线的分量因此ab边、cd边的感应电动势因为他们在线圈中产生的感应电动势绕