《1交变电流》教学设计(部级优课)-物理教案

1节交变电流江苏省太仓高级中学刘焕奇一、任务分析1．教材分析：交流电是生产生活常用的电流，交流电是电磁感应的延伸和提高，而正弦式电流又是最简单和最基本的。正弦式电流产生的原理是基于电磁感应的基本规律，所以本章是前一章的延续和发展，是电磁感应理论的具体应用。另一方面，本节知识是全章的理论基础，由于交变电流与直流不同，因此它对各种元件的作用也不同。正因为交变电流的特殊性，才有了变压器及其及广泛的应用。所以，本节内容有承上启下的作用，教学重点是要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。2．学情分析：学生学完了电磁感应知识，对恒定电流有一定的认识，掌握了求解动生电动势的方法和作图中降维作图的能力。但对交变电流不够了解和认识，使学生对交流电产生的物理图景的存在障碍。利用示波器实验、交流发电机、计算机模拟，尽可能使学生形象、直观地掌握交流电.二、三维目标1．知道和技能（1）掌握交流电的概念、掌握交变电流的产生过程即变化规律。（2）知道交流电的数学表达式（3）认识交流电的图像并会简单应用。2．过程和方法（1）提高实验观察、操作能力和正确分析实验现象的能力。（2）熟悉练习模拟课堂教学中运用现代信息技术的能力。3．情感、态度和价值观培养合作、探究与分享科学规律的习惯。培养学生数理结合的能力爱好。三、重难点分析教学重点：波的叠加现象和波的干涉现象。教学难点：对干涉现象的理解。四、教学设计思路和教学流程1．教学设计思想“交变电流”是高中物理选修3-2第五章第一节教学内容，是学习的重点和难点。本节课贯彻“问题化教学策略”的教学理念，以解决“交流电的产生过程”为核心，使整个教学过程能按照现象问题探索规律解释现象这样的程序进行。本节课以“交流电的产生过程”这一演示实验贯穿始终。用传感器实验引入，通过传感器展示恒定电流与交变电流变化的不同，从而形成良好的学习动机；激发学生探究的欲望。在学生自己分解实验过程的各个不同状态瞬时值的基础上，再求出交流电的瞬时值表达式，从理论上得出交流电的变化规律，然后用多媒体课件科学准确地将其原理清晰地展示交流电图像及其扫描的形成过程，使学生在理论的基础上再回到实践，突破了难点；最后，在学生全面理解交流电的基础上，自行再做一次这一实验，认识几种交流电的波形，可谓水到渠成，首尾呼应。做到在学生体验和探究的基础上得出结论，解决了问题，培养了能力。分组活动讨论3交流电的一般状态情景解剖为特殊状态2动画按要求同步模拟2动画模拟2学生活动1学生发现、提问2、教学流程图通过交流电的图像、直流电的图像初步认识交流电通过交流电的图像、直流电的图像初步认识交流电实验情景Ⅰ实验操作1活动4探究活动4探究扫描出交流电图像实验再次认识初始交变电流探究交流电产生过程推导表达式图1五、学习资源和器材准备图1手电筒电路图、手摇交流发电机一台、四匝大线圈、DIS电流传感器、学生示波器一台等。六、教学过程设计(一)引入新课（直接切入课题）上一章课我们研究了电磁感应现象，知道磁可以生电，今天我们来研究另一种电——《交流电》。(二)新课教学1、交变电流教师提问：同学们猜想，我们的手电筒中是怎样的电流？仪器展示：如图手电筒线路板电路、双刀双掷开关、传感器（利用传感器电脑演示）图2实验1：学生操作交流电实验，激发学生兴趣。图2问题1：同学们发现了怎样的现象？得出：交变电流、直流的概念实验有两个作用1、学生在探索过程中发现问题、提出问题。2、激发学生探究欲望。。实验有两个作用1、学生在探索过程中发现问题、提出问题。2、激发学生探究欲望。2、交流电的产生问题2：怎样能产生这种电流？实验2：手摇交流发电机装置如图2，学生设计操作交流电实验，激发学生兴趣。问题发现3：线圈在磁场转动为什么会产生这种电流？如何解释这种现象？通过这节课的学习，希望同学们能自行解决同学们分组讨论动态生成。即从特殊到一般的归纳演绎法。分组同学们分组讨论动态生成。即从特殊到一般的归纳演绎法。分组分组研究决定：定性选择几个特殊位置，画出典型状态进行分析讨论。问题4：请采用降维法画出四个典型位置的线圈截面图。学生通过观察，发现三维空间转换为二维截面图的方法。图3图3将截面图画在下面的表格中通过设置问题，引领下面的探究。：通过设置问题，引领下面的探究。四四状态特点V与B关系的大小的大小B与S面关系问题5：在这四个位置ABCD四条边产生的电动势各位多少？整个线框产生的总电动势又为多少学生分组讨论探究：画出两个特殊位置的各边与磁场位置的关系。学生分组讨论探究：画出两个特殊位置的各边与磁场位置的关系。图1将演示时分四个状态：第一次演示中性面，即磁通量最大面；第二次演示电动势最大的位置，通过分析实验得出：中性面处产生电动势为零，此时线框磁通量最大，电流强度大小为零，所以叫做中性面。图1当线框平面与磁感线平行时，磁通量为零，电动势最大问题延伸，其他特殊位置的电动势怎么样呢？教师在学生探究的过程中同时将这四个典型状态模拟画在几何画板上。做到实验与模拟相统一。，最大值为E=BIS。问题延伸，其他特殊位置的电动势怎么样呢？教师在学生探究的过程中同时将这四个典型状态模拟画在几何画板上。做到实验与模拟相统一。图4问题6：如果AB边恰好从中性面转过某一锐角后，其电动势是多少？图4（学生分组继续画出一般情况下的截面图如图4，注意转过的角度为某一锐角）教师赋给题目中的物理量：N匝矩形线圈，ABCD边长分别为lAB、lAD，放在匀强磁场B中沿逆时针方向匀速转动，角速度大小为；从中性面开始计时，当转过θ时，求此时感应电动势的大小。3、交流电的瞬时表达式问题7：如果恰好AB边从中性面转过时间t，请回答下列问题链。教师通过问题链的方式引导学生进行理论探究，逐步得出公式e＝Em教师通过问题链的方式引导学生进行理论探究，逐步得出公式e＝Emsinωt.这样处理有利于培养学生应对复杂问题的研究，也有利于学生知识的掌握和能力的提高。=1\*GB3①线圈的角速度是ω,经过时间t，它与中性面的夹角是ωt。=2\*GB3②ab边绕中心轴作匀速圆周运动，角速度是ω、转动半径为L2/2，所以ab边的速度是ωL2/2。=3\*GB3③ab边速度方向与磁场方向夹角与线圈从中性面转过的角度相同也是ωt。=4\*GB3④ab边产生的电动势。=5\*GB3⑤线圈中感应电动势＝Emsinωt问题8：前面我们通过实验探究和理论探究，得出了交流电的一般表达式，那么理论和实验相统一体现理论与实践相统一，相结合的思想，说明实验的重要性。吗？体现理论与实践相统一，相结合的思想，说明实验的重要性。结论：正弦交流电的一般表达式与交流电的数学图像相统一、吻合的。难点是交流电表达式中的初相与实验中线圈的初始位置是如何统一的。问题9：给出正弦交流电的瞬时表达式e=Emsinωt，你能确定它的某一时刻位置吗，你能确定它在一段时间t内的图像吗？学生分组讨论，粗画交流电的图像，全班进行讨论。总结出相位、初相位的物理意义。（主要是运用描点和数学工具进行数理结合，培养数理结合的能力）。问题10：能否借助于几何画板展示交流电的图像形成过程？提示：主要是扫描问题的解决，老师可以助你利用几何画板的轨迹再现交流电在各个位置的电动势，同时利用扫描象征时间，清晰地展示了交流电波形的形成过程。一臂之力。利用几何画板的轨迹再现交流电在各个位置的电动势，同时利用扫描象征时间，清晰地展示了交流电波形的形成过程。图5按照学生讨论结果和要求，在电脑平面上再一次展示交流电形成过程的动态波形。图5最后再次教师演示：用传感器观察教学发电机发出的交流电压波形。实验电路如图5a所示，问题11：为什么手摇电机发出的正弦交流电的波形不如学生电源中的波形标准呢？从波形图不难看出“线”、“斜率”、“截距”、“面积”、“拐点”，都发生了变化。其物理意义也随之改变。原因较多这个问题能进一步拓展学生的思维。课后留有联系实际的思考题，它是较新颖的训练，可以查阅资料也可以应用学过的知识分析，还可以去实地观察等。，主要原因是教学发电机的磁场不是匀强磁场，其次是手摇发电机的转动角速度也不够稳定。这个问题能进一步拓展学生的思维。课后留有联系实际的思考题，它是较新颖的训练，可以查阅资料也可以应用学过的知识分析，还可以去实地观察等。总结：分析物理图象的要点引入是图像，收尾也是图像，不仅解释开头部分，而且加深了解了物理图像的意义，做到以问题为中心首尾呼应。：引入是图像，收尾也是图像，不仅解释开头部分，而且加深了解了物理图像的意义，做到以问题为中心首尾呼应。一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义。二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。三判：在此基础上进行正确的分析和判断。（三）课堂小结：1知识小结（1）交变电流（