高中物理《交變電流》教案 （人教版選修3-2）

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111 選修3-2第五章第1節(jié)《交變電流》教學(xué)設(shè)計(jì) 一、教材分析 交變電流知識(shí)對(duì)生產(chǎn)和生活關(guān)系密切，有廣泛的應(yīng)用，考慮到高中階段只對(duì)交流電的產(chǎn)生、描述方法、基本規(guī)律作簡(jiǎn)要的介紹，這些知識(shí)是已學(xué)過(guò)的電磁感應(yīng)的引伸，所以在教學(xué)過(guò)程中對(duì)開闊學(xué)生思路、提高能力是很有好處的。 為了適應(yīng)學(xué)生的接受能力，教材采取從感性到理性、從定性到定量逐漸深入的方法講述這個(gè)問(wèn)題.教材先用教具演示矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生交流電，以展示交流電是怎樣產(chǎn)生的.并強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生觀察教材圖5．１－３所示線圈通過(guò)甲、乙、丙、丁四個(gè)特殊位置時(shí)，電流表指針變化的情況，分析電動(dòng)勢(shì)和電流方向的變化，這樣學(xué)生就會(huì)對(duì)電動(dòng)勢(shì)和電流的變化情況有個(gè)大致的了解.然后讓學(xué)生用右手定則獨(dú)立分析線圈中電動(dòng)勢(shì)和電流的方向.這樣能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,培養(yǎng)學(xué)生的觀察和分析能力. 關(guān)于交變電流的變化規(guī)律,教材利用上章學(xué)過(guò)的法拉第電磁感應(yīng)定律引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行推導(dǎo),得出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值和最大值的表達(dá)式,進(jìn)而根據(jù)閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律推出電流與電壓瞬時(shí)值與最大值的表達(dá)式. 二、教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)目標(biāo) （1）知道什么是交變流電。并理解交變電流的產(chǎn)生原理，知道什么是中性面. （2）掌握交變電流的變化規(guī)律，及表示方法. （3）理解交變電流的瞬時(shí)值和最大值及中性面的準(zhǔn)確含義. （4）知道幾種常見的交變電流。如正弦式交變電流、鋸齒形交變電流、矩形脈沖電流。 2、能力目標(biāo) （1）掌握描述物理量的三種基本方法（文字法、公式法、圖象法）. （2）培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，空間想象能力以及將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖形的能力. （3）培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決處理物理問(wèn)題的能力. 3、情感、態(tài)度和價(jià)值觀目標(biāo) 結(jié)合實(shí)際情況培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的思想. 三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)：1、交變電流產(chǎn)生的物理過(guò)程的分析. 2、交變電流的變化規(guī)律的圖象描述。 難點(diǎn)：１、交變電流的變化規(guī)律及應(yīng)用. ２、圖象與實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的理解。 四、學(xué)情分析 學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)，理解了導(dǎo)體切割磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)交變電流，對(duì)于理解還是很符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律的。但這是新的概念，鑒于學(xué)生接受能力的不同，講解時(shí)還需詳細(xì)，加強(qiáng)引導(dǎo)。更是采用多媒體教學(xué)的手段，以便更直觀更立體的讓學(xué)生接受。 五、教學(xué)方法 演示+分析+歸納 1.通過(guò)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)一周的實(shí)物演示，立體圖結(jié)合側(cè)視圖分析，特殊位置結(jié)合任一位置分析，使學(xué)生理解交變電流產(chǎn)生原理及變化規(guī)律. 2.利用導(dǎo)體切割磁場(chǎng)線產(chǎn)生I感方法，分析得交流電的變化規(guī)律. 六、課前準(zhǔn)備 1．學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：通過(guò)預(yù)習(xí)，初步了解一些知識(shí) 2．教師的教學(xué)準(zhǔn)備：多媒體課件制作，課前預(yù)習(xí)學(xué)案，教具 七、課時(shí)安排：1課時(shí) 八、教學(xué)過(guò)程 (一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑 檢查落實(shí)了學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解了學(xué)生的疑惑，使教學(xué)具有了針對(duì)性。 （二）情景導(dǎo)入、展示目標(biāo)。 利用多媒體課件展示目標(biāo) 出示單相交流發(fā)電機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生首先觀察它的主要構(gòu)造. ［演示］老師手搖發(fā)電機(jī)模型.第一次發(fā)電機(jī)接小燈泡.當(dāng)線框緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小燈泡不亮；當(dāng)線框快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小燈泡一閃一閃的. 第二次發(fā)電機(jī)接上示教電流計(jì)，當(dāng)線框緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)（或快速擺動(dòng)），電流計(jì)指針左右擺動(dòng). 思考問(wèn)題：線圈中產(chǎn)生的是什么樣的電流？ （引導(dǎo)學(xué)生回答：這種電流就是我們家里電路是的電流，它的大小和方向都隨時(shí)間做周期性的變化，這樣的電流叫交變電流。如果方向不隨時(shí)間變化的電流稱為直流電。交流電和直流電之間可以相轉(zhuǎn)換。） 注：老師手搖發(fā)電機(jī)的速度有所改變，一次快一次慢。 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考為什么會(huì)有這樣的現(xiàn)象產(chǎn)生。從而引入交變電流。 （三）合作探究、精講點(diǎn)撥。 為什么矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框里能產(chǎn)生交變電流？ 多媒體課件打出下圖. ［師問(wèn)］abcd線框在磁場(chǎng)中繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，哪些邊切割磁感線？ ［生答］ab與cd邊. ［師問(wèn)］線框轉(zhuǎn)到什么位置，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大？ ［生答］線圈平面與磁感線平行時(shí)，ab邊與cd邊線速度方向都跟磁感線方向垂直，即兩邊都垂直切割磁感線.此時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大. ［師問(wèn)］線框轉(zhuǎn)動(dòng)到什么位置時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最??？ ［生答］當(dāng)線框平面跟磁感線垂直時(shí)，ab與cd邊的速度方向跟磁力線平行，即兩邊不切割磁力線，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0. 利用多媒體課件，屏幕上打出中性面概念： 1.中性面——線框平面與磁力線垂直位置. 2.線圈處于中性面位置時(shí)，穿過(guò)線圈Φ最大，但=0. 3.線圈越過(guò)中性面，線圈中I感方向要改變.線圈轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電流I感方向改變兩次. 如果從中性面開始計(jì)時(shí)，逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω，經(jīng)時(shí)間t，線圈轉(zhuǎn)到圖示位置，ab邊與cd邊的速度方向與磁場(chǎng)方向夾角為ωt，屏幕上打出線圈水平投影圖，如圖所示. ［師問(wèn)］設(shè)ab=cd=l1 磁感應(yīng)強(qiáng)度B，bc=ad=l2 這時(shí)ab邊E感多大？ ［生答］eab=Bl1l2ωsinωt ［師］cd邊中E感跟ab邊中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相同，又是串聯(lián)在一起，此時(shí)整個(gè)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？ ［生答］e=eab+ecd=Bl1l2ωsinωt 屏幕上打出： 1.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流是按正弦規(guī)律變化的. 瞬時(shí)表達(dá)式：e=Bl1l2ωsinωt=BSωsinωt N匝線圈時(shí)，相當(dāng)于N個(gè)完全相同的電源來(lái)個(gè)串聯(lián)，e=NBSωsinωt. 其中最大值Em=NBSω 線框和用電器構(gòu)成回路i= = sinωt 最大值 Im= 2.屏幕上使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，如轉(zhuǎn)ωt=60,150,210,300時(shí)，請(qǐng)學(xué)生分別計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向？ 最后將學(xué)生計(jì)算結(jié)論總結(jié)：e=Emsinωt,既能表示電動(dòng)勢(shì)大小，又能表示電動(dòng)勢(shì)方向. 由于上面介紹的發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化，所以當(dāng)負(fù)載為電燈等用電器時(shí)，負(fù)載兩端的電壓u、和流過(guò)的電流i，也按正弦規(guī)律變化，即 U= Umsinωt, i=Imsinωt 這種按正弦規(guī)律變化的交變電流叫做正弦式交變電流簡(jiǎn)稱正弦式電流。 下面舉例： 一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為311 V，線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是100πrad/s. （1）寫出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式. （2）若該發(fā)電機(jī)只與含電阻的負(fù)載組成閉合電路，電路中的總電阻為100 Ω，試寫出通過(guò)負(fù)載的電流強(qiáng)度的瞬時(shí)表達(dá)式.在t=s時(shí)電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值為多少？ 解析：因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)的最大值Em=311 V，角速度ω=100πrad/s，所以電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式是e=311sin100πt V. 根據(jù)歐姆定律，電路中電流強(qiáng)度的最大值為Im===3.11 A，所以通過(guò)負(fù)載的電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值表達(dá)式是i=3.11sin100πt A. 當(dāng)t=s時(shí)，電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值為 i=3.11sin(100π)=311=1.55 A. 思考問(wèn)題：結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)，能否在直角坐標(biāo)系中畫出正弦式電流的圖像？（如下圖） ［演示］用示波器顯示照明電路的電壓波形.分析波形曲線特點(diǎn)，如圖所示. 閱讀書本p32頁(yè)最后一段。知道還有其它形式的交流電。如鋸齒波、脈沖波等。 （四）反思總結(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)。 教師組織學(xué)生反思總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，并進(jìn)行當(dāng)堂檢測(cè)。 （五）發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí)。 布置下節(jié)課的預(yù)習(xí)作業(yè)，并對(duì)本節(jié)課鞏固提高。 九、板書設(shè)計(jì) 交變電流 十、教學(xué)反思 　1、交流與直流有許多相似之處，也有許多不同之處．學(xué)習(xí)中我們特別要注意的是交流與直流的不同之處，即交流電的特殊之處．這既是學(xué)習(xí)、了解交流電的關(guān)鍵，也是學(xué)習(xí)、研究新知識(shí)的重要方法．在與已知的知識(shí)做對(duì)比中學(xué)習(xí)和掌握新知識(shí)特點(diǎn)的方法，是物理課學(xué)習(xí)中很有效和很常用的方法． 　　在學(xué)習(xí)交變電流之前，應(yīng)幫助學(xué)生理解直流電和交流電的區(qū)別．其區(qū)別的關(guān)鍵是電流方向是否隨時(shí)間變化．同時(shí)給出了恒定電流的定義——大小和方向均不隨時(shí)間變化． 　　2、對(duì)于交變電流的產(chǎn)生，課本采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的講述方法．為了有利于學(xué)生理解和掌握，教學(xué)中要盡可能用示波器或模型配合講解．教學(xué)中應(yīng)注意讓學(xué)生觀察教材中的線圈通過(guò)4個(gè)特殊位置時(shí)電表指針的變化情況，分析電動(dòng)勢(shì)和電流方向的變化，使學(xué)生對(duì)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周中電動(dòng)勢(shì)和電流的變化有比較清楚的了解．有條件的，還可以要求學(xué)生運(yùn)用已學(xué)過(guò)的知識(shí)，自己進(jìn)行分析和判斷． 　　3、用圖像表示交變電流的變化規(guī)律，是一種重要方法，它形象、直觀、學(xué)生易于接受．要注意在學(xué)生已有的圖像知識(shí)的基礎(chǔ)上，較好地掌握這種表述方法．更要讓學(xué)生知道，交變電流有許多種，正弦電流只是其中簡(jiǎn)單的一種．課本中用圖示的方法介紹了常見的幾種，以開闊學(xué)生思路，但不要求引伸． 　　4、在這一節(jié)中學(xué)生要第一次接受許多新名詞，如交變電流、正弦電流、中性面、瞬時(shí)值、最大值（以及下一節(jié)的有效值）等等．要讓學(xué)生明白這些名詞的準(zhǔn)確含義．特別是對(duì)中性面的理解，要讓學(xué)生明確，中性面是指與磁場(chǎng)方向垂直的平面．當(dāng)線圈位于中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)中性面時(shí)，其中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向要改變． 　　5、課本上介紹的交變電流的產(chǎn)生，實(shí)際上是正弦交流電的產(chǎn)生．以矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)為模型，以線框通過(guò)中性面為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，得到電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間滿足正弦變化的交變電流．這里可以明確指出，電動(dòng)勢(shì)的最大值由線框的匝數(shù)、線框面積、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和磁感應(yīng)強(qiáng)度共同決定． 111