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 一、教材分析 交變電流知識對生產(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交流電的產(chǎn)生、描述方法、基本規(guī)律作簡要的介紹，這些知識是已學(xué)過的電磁感應(yīng)的引伸，所以在教學(xué)過程中對開闊學(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問題.教材先用教具演示矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生交流電，以展示交流電是怎樣產(chǎn)生的.并強調(diào)讓學(xué)生觀察教材圖5．１－３所示線圈通過甲、乙、丙、丁四個特殊位置時，電流表指針變化的情況，分析電動勢和電流方向的變化，這樣學(xué)生就會對電動勢和電流的變化情況有個大致的了解.然后讓學(xué)生用右手定則獨立分析線圈中電動勢和電流的方向.這樣能充分調(diào)動學(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)過的法拉第電磁感應(yīng)定律引導(dǎo)學(xué)生進行推導(dǎo),得出感應(yīng)電動勢的瞬時值和最大值的表達式,進而根據(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值與最大值的表達式. 二、教學(xué)目標(biāo) 1、知識目標(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)生運用數(shù)學(xué)知識解決處理物理問題的能力. 3、情感、態(tài)度和價值觀目標(biāo) 結(jié)合實際情況培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的思想. 三、教學(xué)重點難點 重點：1、交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析. 2、交變電流的變化規(guī)律的圖象描述。 難點：１、交變電流的變化規(guī)律及應(yīng)用. ２、圖象與實際發(fā)動機轉(zhuǎn)動時的一一對應(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)體切割磁場會產(chǎn)生電動勢。在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)交變電流，對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，講解時還需詳細，加強引導(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.通過矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)一周的實物演示，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：通過預(yù)習(xí)，初步了解一些知識 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、課時安排：1課時 八、教學(xué)過程 (一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑 檢查落實了學(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，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)電機模型.第一次發(fā)電機接小燈泡.當(dāng)線框緩慢轉(zhuǎn)動時，小燈泡不亮；當(dāng)線框快速轉(zhuǎn)動時，小燈泡一閃一閃的. 第二次發(fā)電機接上示教電流計，當(dāng)線框緩慢轉(zhuǎn)動（或快速擺動），電流計指針左右擺動. 思考問題：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)電機的速度有所改變，一次快一次慢。 觀察實驗現(xiàn)象，思考為什么會有這樣的現(xiàn)象產(chǎn)生。從而引入交變電流。 （三）合作探究、精講點撥。 為什么矩形線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，線框里能產(chǎn)生交變電流？ 多媒體課件打出下圖. ［師問］abcd線框在磁場中繞OO′軸轉(zhuǎn)動時，哪些邊切割磁感線？ ［生答］ab與cd邊. ［師問］線框轉(zhuǎn)到什么位置，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢最大？ ［生答］線圈平面與磁感線平行時，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.此時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢最大. ［師問］線框轉(zhuǎn)動到什么位置時，感應(yīng)電動勢最?。? ［生答］當(dāng)線框平面跟磁感線垂直時，ab與cd邊的速度方向跟磁力線平行，即兩邊不切割磁力線，此時感應(yīng)電動勢為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，穿過線圈Φ最大，但=0. 3.線圈越過中性面，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時，逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，角速度ω，經(jīng)時間t，線圈轉(zhuǎn)到圖示位置，ab邊與cd邊的速度方向與磁場方向夾角為ωt，屏幕上打出線圈水平投影圖，如圖所示. ［師問］設(shè)ab=cd=l1 磁感應(yīng)強度B，bc=ad=l2 這時ab邊E感多大？ ［生答］eab=Bl1l2ωsinωt ［師］cd邊中E感跟ab邊中感應(yīng)電動勢大小相同，又是串聯(lián)在一起，此時整個線框中感應(yīng)電動勢多大？ ［生答］e=eab+ecd=Bl1l2ωsinωt 屏幕上打出： 1.在勻強磁場中，勻速轉(zhuǎn)動線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流是按正弦規(guī)律變化的. 瞬時表達式：e=Bl1l2ωsinωt=BSωsinωt N匝線圈時，相當(dāng)于N個完全相同的電源來個串聯(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，如轉(zhuǎn)ωt=60,150,210,300時，請學(xué)生分別計算感應(yīng)電動勢的大小和方向？ 最后將學(xué)生計算結(jié)論總結(jié)：e=Emsinωt,既能表示電動勢大小，又能表示電動勢方向. 由于上面介紹的發(fā)電機的電動勢按正弦規(guī)律變化，所以當(dāng)負(fù)載為電燈等用電器時，負(fù)載兩端的電壓u、和流過的電流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稱正弦式電流。 下面舉例： 一臺發(fā)電機產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動勢的最大值為311 V，線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的角速度是100πrad/s. （1）寫出感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式. （2）若該發(fā)電機只與含電阻的負(fù)載組成閉合電路，電路中的總電阻為100 Ω，試寫出通過負(fù)載的電流強度的瞬時表達式.在t=s時電流強度的瞬時值為多少？ 解析：因為電動勢的最大值Em=311 V，角速度ω=100πrad/s，所以電動勢的瞬時值表達式是e=311sin100πt V. 根據(jù)歐姆定律，電路中電流強度的最大值為Im===3.11 A，所以通過負(fù)載的電流強度的瞬時值表達式是i=3.11sin100πt A. 當(dāng)t=s時，電流強度的瞬時值為 i=3.11sin(100π)=311=1.55 A. 思考問題：結(jié)合數(shù)學(xué)知識，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，如圖所示. 閱讀書本p32頁最后一段。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。 教師組織學(xué)生反思總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，并進行當(dāng)堂檢測。 （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)，并對本節(jié)課鞏固提高。 九、板書設(shè)計 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)、研究新知識的重要方法．在與已知的知識做對比中學(xué)習(xí)和掌握新知識特點的方法，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間變化．同時給出了恒定電流的定義——大小和方向均不隨時間變化． 　　2、對于交變電流的產(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4個特殊位置時電表指針的變化情況，分析電動勢和電流方向的變化，使學(xué)生對線圈轉(zhuǎn)動一周中電動勢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)生運用已學(xué)過的知識，自己進行分析和判斷． 　　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．特別是對中性面的理解，要讓學(xué)生明確，中性面是指與磁場方向垂直的平面．當(dāng)線圈位于中性面時，線圈中感應(yīng)電動勢為零，線圈轉(zhuǎn)動過程中通過中性面時，其中感應(yīng)電動勢方向要改變． 　　5、課本上介紹的交變電流的產(chǎn)生，實際上是正弦交流電的產(chǎn)生．以矩形線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動為模型，以線框通過中性面為計時起點，得到電動勢隨時間滿足正弦變化的交變電流．這里可以明確指出，電動勢的最大值由線框的匝數(shù)、線框面積、轉(zhuǎn)動角速度和磁感應(yīng)強度共同決定． 111