交变电流 教学设计-高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第三章交变电流 第1节交变电流教学分析《交变电流》是选择性必修第二册模块中第三章“交变电流”主题下的内容。本教材是依据《普通高中物理课程标准（2017年版）》编写的，本节课的课程标准要求为：2.2.4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。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：本条目要求学生了解交变电流的产生原理和交变电流的基本特征，属于了解水平。学生应该从交流电的产生实验中明确，交流电的产生原理是电磁感应，知道交流电是大小和方向随时间发生周期性变化的电流。学生能够根据交流电的特征，会用函数表达式来描述交变电流，并知道公式中交变电流或电压的最大值、最小值线圈所处的位置。本章是第二章电磁感应内容的延续和发展，是电磁感应理论的具体应用。交变电流和直流不同，各种元件在交变电流和直流电路中的作用不同。由于交变电流的特殊性，需要利用变压器，本节内容起到了承上启下的作用。学习了第二章后，学生已经掌握了电磁感应原理，包括用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向，导体棒切割磁感线计算电动势。学生理解磁通量的含义，会用楞次定律分析感应电流的方向，导体棒速度方向与磁场方向不垂直时，会分解速度求感应电动势的大小。这些知识的具备能够让学生判断交流发电机电流方向和计算电动势大小。但学生对这些知识的运用仍不熟练，教师在教学过程中要注意对学生指导。交流发电机模型是在三维空间中的模型，学生接触更多的是二维平面图，教师要对学生详细指导，演示如何从三维立体图转换为二维图。学生具备一定的空间想象能力，但直观大型实物更能帮助他们去建立电动机模型，判断电流方向。教学目标1.学生通过实验观察电压（电流）波形，理解交变电流和直流的区别。2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律。3.学生经历建立正弦交变电流的模型，会用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得到正弦交变电流的方向和大小，体会建立模型与推理分析的思维方法。4.学生了解发电机是将机械能转化为电能的装置，各种发电机的区别在于机械能产生的形式不同。教学重点：运用电磁感应知识分析交流发电机产生交变电流的过程教学难点：建构交流发电机模型，推理分析交变电流的方向和大小三、教学策略实验教学、小组合作探究、启发式教学想结合教学流程：观察波形观察波形

提出问题演示实验

观察体会师生互动

自主推导交流发电

机的应用引入交流、直流概念交变电流的产生数形结合描述规律定子、转子能量转化四、教学过程演示实验，引入新课实验器材：示波器，干电池，学生电源，导线若干实验步骤：1.调节好示波器，将干电池的正负极分别接到示波器的Y输入和接地端。观察干电池的电压波形。2.调节好示波器，将学生电源的交流档接到示波器的Y输入和接地端。调节示波器得到稳定的波形图。观察波形图。问题1：这两种波形都有什么特点？生1：干电池的电压保持不变。师：还有其他特点吗？生2：交流电压大小在改变。还有正负。师：电压的正值、负值表示什么物理意义？生：表示电压方向相反。新课教学一、交变电流电压的特点也反映着电流的特点，讲授交变电流（简称交流）和直流的含义。直流DC：电流方向不变。（拓展：如果大小变化，方向不变，叫脉动直流。通常的“直流”指电流大小和方向都不变，即恒定电流。）交流AC：方向变化的电流。（拓展：如果电流按正弦规律随时间变化，这种交流电叫正弦交变电流。）教师展示几种直流和交流的波形图，供学生区分。（巩固交流和直流的区别）演示实验，加深认识示波器（或电压传感器）展示学生电源直流档和充电器的电压波形图。（用电压传感器能节省一部分的调节时间）演示实验：观察交变电流的方向课本的演示实验不同发光颜色的二极管并联，接到手摇式发电机两段。转动手柄，再逐学生观察现象。思考：为什么两个二极管交替发光？学生：二极管有正负极，正向导电性。交变电流的产生问题：手摇式发电机产生的电流是不是不是交变电流？他是不是周期性变化的呢？简化模型如图（一匝线圈）图6教师活动：介绍交流发电机构造。学生活动：学生聆听教师介绍发电机装置，观看演示实验，注意电流方向是否改变。自主合作探究电流方向：1.活动准备在一本书的四个角分别标记A、B、C、D字母，书籍四个边当作矩形线框四个边。让书籍绕中间轴线转动。2.实验过程两名同学合作.一名同学手持书籍，绕中心轴线匀速缓慢转动，甲→乙→丙→丁→甲，另一名同学用楞次定律判断这四个过程中线圈中电流方向，以及甲乙丙丁这四个位置的电流特点。两名同学交换角色，验证电流方向判断结果是否一致。图7师：请同学们注意观察，电流方向发生改变时，线圈在哪个位置？生：当线圈和磁场垂直时，电流方向改变。师：线圈和磁场垂直的这个位置，我们将其称为中性面。三、交变电流的变化规律交变电流是由于磁通量发生变化产生，电流大小取决于感应电动势大小。问题1：线圈在磁场中绕轴转动，产生的是哪一种感应电动势？问题2：如何求电动势大小？利用导体棒切割求动生电动势。AB边长为L，BC边为d，角速度为ω，线圈共N匝。问题1：矩形线框哪些边切割磁感线？问题2：从A看向B，画出平面示意图。问题3：AB边和CD边产生的电动势各是多少？问题4：AB和CD产生的电动势方向有何关系？问题5：线圈产生的总电动势是多大？教师活动：指导学生如何从立体图转化为平面图，详细分析，注意磁感线、线框、速度方向等。交变电流规律：e=NBSωsin(ωt)Em=NBSωe=Emsin(ωt)u=Umsin(ωt)i=Imsin(ωt)思考与讨论：1.在中性面，磁通量最大.电动势、电流有何特点？2.线圈与磁场平行时，磁通量有何特点？电动势、电流有什么特点？Ppt展示其他形式的交流电四、交流发电机播放视频：旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机的视频提出问题：这两种发电机有何不同？学生：视频1是线圈在转动，视频2是磁体在转动。教师：我们通常把产生感应电动势的线圈叫电枢。旋转电枢，磁极不动的发电机叫旋转电枢式发电机。旋转磁极，电枢不动的发电机叫旋转磁极式发电机。2.转子和定子是什么含义？3.旋转磁极式发电机有何优势？4.交流发电机中的能量是如何转化的？五、板书设计第一节交变电流一、交变电流1.直流电：电流方向不变2.交变电流：电流方向发生