2024-2025学年高中物理 第五章 交变电流 1 交变电流（2）教学实录 新人教版选修3-2

2024-2025学年高中物理第五章交变电流1交变电流（2）教学实录新人教版选修3-2课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、设计思路本节课以“交变电流”为主题，结合新人教版选修3-2教材，通过实验演示、理论讲解和实际应用，引导学生深入理解交变电流的产生、特性及其应用。课程设计注重理论与实践相结合，通过实验探究和问题解决，培养学生的科学探究能力和创新思维。二、核心素养目标分析培养学生运用物理知识解决实际问题的能力，提升科学探究素养。通过实验操作，增强学生的动手实践能力和观察能力。引导学生理解交变电流的物理意义，培养其科学思维和科学精神。同时，强化学生的信息处理能力和数学应用能力，使其能够在物理学习中灵活运用数学工具。三、学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：

学生在此前学习过程中已经掌握了直流电的基本概念、电路的基本原理以及电磁感应的基本知识，为学习交变电流奠定了基础。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：

学生对物理学科普遍持有较高的兴趣，尤其是对与日常生活相关的物理现象。学生具备一定的逻辑思维能力和分析问题的能力，但在抽象思维和数学建模方面存在一定差异。学习风格上，部分学生偏好通过实验操作来理解物理现象，而另一部分学生则更倾向于通过理论推导和公式计算来掌握知识。

3.学生可能遇到的困难和挑战：

学生在学习交变电流时可能面临以下困难和挑战：一是对交变电流的产生机理理解不够深入；二是难以将交变电流的数学表达式与实际物理现象相结合；三是实验操作中可能出现的误差处理和数据分析问题。此外，学生在理解交流电的相位关系和功率计算等方面也可能存在困难。四、教学方法与策略1.采用讲授与讨论相结合的教学方法，通过讲解交变电流的基本概念和原理，引导学生深入理解。

2.设计实验活动，让学生通过实际操作观察交变电流的产生和特性，增强感性认识。

3.利用多媒体课件展示交变电流的波形图和数学模型，帮助学生直观理解抽象概念。

4.引入案例研究，分析交变电流在实际生活中的应用，提高学生的应用能力。五、教学过程设计（一）导入环节（5分钟）

1.创设情境：播放生活中常见的交变电流应用场景，如家用电器、照明电路等。

2.提出问题：引导学生思考交变电流与直流电的区别，激发学生探究欲望。

3.引导学生回顾已学知识：简单回顾直流电的基本概念和电路原理。

（二）讲授新课（20分钟）

1.交变电流的产生原理（5分钟）：讲解交变电流的产生过程，强调电磁感应现象。

2.交变电流的特性（5分钟）：介绍交变电流的频率、周期、幅值等基本特性。

3.交变电流的表示方法（5分钟）：讲解交变电流的波形图、正弦波形图等表示方法。

4.交变电流的功率计算（5分钟）：介绍交变电流的功率计算公式和实际应用。

（三）巩固练习（10分钟）

1.学生独立完成练习题，巩固对交变电流特性的理解。

2.教师巡视指导，解答学生疑问。

（四）课堂提问（5分钟）

1.提问1：交变电流与直流电有哪些区别？

2.提问2：如何表示交变电流的波形？

3.提问3：交变电流的功率如何计算？

（五）师生互动环节（10分钟）

1.教师引导学生分组讨论交变电流在实际生活中的应用。

2.学生展示讨论成果，教师点评并总结。

3.教师提出问题，引导学生思考交变电流在其他领域的应用。

（六）核心素养能力的拓展要求（5分钟）

1.鼓励学生运用所学知识解决实际问题，如设计简单的交变电流电路。

2.引导学生关注交变电流对环境的影响，培养学生的环保意识。

教学过程流程环节：

1.导入环节：5分钟

2.讲授新课：20分钟

-交变电流的产生原理：5分钟

-交变电流的特性：5分钟

-交变电流的表示方法：5分钟

-交变电流的功率计算：5分钟

3.巩固练习：10分钟

4.课堂提问：5分钟

5.师生互动环节：10分钟

6.核心素养能力的拓展要求：5分钟

总用时：45分钟六、知识点梳理1.交变电流的产生：

-交流发电机的工作原理：电磁感应现象，通过线圈在磁场中的旋转产生交变电流。

-交变电流的产生条件：变化的磁场，闭合回路，电路中存在电阻。

2.交变电流的特性：

-频率和周期：交变电流每秒钟完成周期性变化的次数，周期为完成一次完整变化所需时间。

-幅值：交变电流的最大值，表示电流变化的幅度。

-相位：交变电流在周期内不同时刻的位置关系。

3.交变电流的表示方法：

-波形图：表示交变电流随时间变化的图形，通常用正弦波形图表示。

-数学表达式：通过正弦或余弦函数表达交变电流随时间的变化规律。

4.交变电流的有效值：

-定义：交变电流的有效值是指产生相同热效应的直流电流的数值。

-计算公式：有效值=最大值/√2。

5.交变电流的功率：

-瞬时功率：交变电流在某一时刻的功率。

-平均功率：交变电流在一个周期内的平均功率。

-功率计算公式：功率=电压×电流（对于纯电阻电路）。

6.交变电流的测量：

-交流电压表和交流电流表：用于测量交变电流的电压和电流。

-交流电桥：用于测量交流电路中的未知阻抗。

7.交变电流在实际生活中的应用：

-供电系统：家庭和工业用电。

-电器设备：电动机、变压器、电热器等。

-通信系统：无线电通信、电信传输。

8.交变电流的优缺点：

-优点：交流电便于远距离传输，电压等级高，传输效率高。

-缺点：交流电的波形不是恒定的，可能对一些设备产生干扰。

9.交变电流对环境的影响：

-电磁干扰：可能对通信设备和人体产生干扰。

-辐射：交流电产生的电磁场可能对人体和环境造成影响。

10.安全注意事项：

-避免直接接触高压带电体。

-使用适当的防护措施，如绝缘手套、绝缘工具等。

-遵守安全操作规程，确保人身和设备安全。七、典型例题讲解例题1：一个正弦交流电压的最大值为220V，求其有效值。

解答：正弦交流电压的有效值与最大值的关系为：

\[U_{\text{有效}}=\frac{U_{\text{最大}}}{\sqrt{2}}\]

代入数据得：

\[U_{\text{有效}}=\frac{220}{\sqrt{2}}\approx155.56V\]

例题2：一个电阻的阻值为100Ω，通过它的交流电流的有效值为2A，求电阻消耗的功率。

解答：功率的计算公式为：

\[P=I_{\text{有效}}^2\timesR\]

代入数据得：

\[P=2^2\times100=400W\]

例题3：一个电感为0.5H的线圈，接入频率为50Hz的交流电路中，求线圈的自感电动势。

解答：自感电动势的计算公式为：

\[E=-L\times\frac{dI}{dt}\]

其中，\(\frac{dI}{dt}\)是电流的变化率，对于正弦交流电流，电流的变化率为：

\[\frac{dI}{dt}=I_{\text{最大}}\times\omega\]

其中，\(\omega=2\pif\)是角频率，\(f\)是频率。

代入数据得：

\[E=-0.5\times\frac{2\pi\times50}{1}\times2\approx-628V\]

例题4：一个电容为100μF的电容，接入频率为1000Hz的交流电路中，求电容的容抗。

解答：容抗的计算公式为：

\[X_C=\frac{1}{\omegaC}\]

代入数据得：

\[X_C=\frac{1}{2\pi\times1000\times100\times10^{-6}}\approx159.15Ω\]

例题5：一个RL串联电路，电阻R为10Ω，电感L为0.1H，接入频率为100Hz的交流电路中，求电路的阻抗。

解答：阻抗的计算公式为：

\[Z=\sqrt{R^2+(X_L)^2}\]

其中，\(X_L=\omegaL\)是电感的感抗。

代入数据得：

\[X_L=2\pi\times100\times0.1=20Ω\]

\[Z=\sqrt{10^2+20^2}=\sqrt{500}\approx22.36Ω\]八、课堂小结，当堂检测课堂小结：

1.回顾本节课所学内容，包括交变电流的产生原理、特性、表示方法、功率计算等。

2.强调交变电流与直流电的区别，以及交变电流在实际生活中的应用。

3.总结学生在课堂上的表现，指出学习过程中的优点和不足。

4.鼓励学生在课后复习巩固所学知识，并尝试解决实际问题。

当堂检测：

1.单选题：

-交变电流的产生主要依赖于哪种物理现象？（A.电磁感应B.磁通量变化C.电场变化D.电流变化）

-交流电压表测量的电压值是指交流电压的什么值？（A.最大值B.平均值C.有效值D.平均有效值）

2.判断题：

-交变电流的频率越高，其功率越大。（对/错）

-交流电路中的电阻、电感和电容的功率都是正值。（对/错）

3.计算题：

-一个正弦交流电压的最大值为300V，求其有效值。

-一个电阻的阻值为20Ω，通过它的交流电流的有效值为1A，求电阻消耗的功率。

4.应用题：

-一个电感为0.2H的线圈，接入频率为50Hz的交流电路中，求线圈的自感电动势。

-一个电容为50μF的电容，接入频率为1000Hz的交流电路中，求电容的容抗。

检测结束后，教师根据学生的答题情况进行讲解和点评，帮助学生巩固所学知识。同时，鼓励学生在课后继续复习，提高自己的物理素养。板书设计①交变电流的产生

-电磁感应现象

-闭合回路

-变化的磁场

②交变电流的特性

-频率（f）

-周期（T）

-幅值（Umax）

-有效值（Ueff）

③交变电流的表示方法

-波形图

-正弦波形图

-数学表达式（正弦函数）

④交