资源简介

主题五 电与磁及其应用
第六节 交流电及安全用电 教学设计案例
课程内容 第六节 交流电及安全用电
课程类型 启发讲授课 课时 2 学时
教材内容分析 本节主要让学生通过实验，了解正弦交流电的产生，理解正弦交流电的变化规律，能用公式和图像描述正弦交流电。了解人体触电的类型，知道触电的常见原因及防范措施。了解电气火灾发生的原因，能正确选择防范和扑救措施。了解用电安全的基本常识，知道电气安全技术操作规程，学会保护人身与设备安全、防止发生事故的基本方法，了解触电急救方法。能将安全用电和节约用电的知识应用于日常生活实际。
学情分析 学生在初中没有学习过交流电方面的知识，因此交流电的变化规律是本节的一个重点，由于其数学表达式是正弦函数，比较复杂，对于数学基础差的学生来说有很大的难度，教师要耐心地对公式和相关图像加以解释，并做好观察交流电波形的演示实验，尽力帮助学生克服这一难点，理解交流电的变化规律，了解交流电的周期、频率和有效值等概念。
教学目标 1．建构交流电、周期、频率、有效值等概念，形成交流电的大小和方向都随时间作周期性变化、生活中的输电线分为相线和零线、人体碰触或靠近相线会发生触电事故等物理观念，并能应用其预防触电事故，养成安全用电的行为习惯。
2．了解建构交流电模型的方法。了解描述交流电变化规律的数学方法等。
3．通过用示波器观察正弦波曲线实验，增加对交流电的感性认识，增强实验观察等核心素养。通过对家庭电路、家用电器的调查与研究，提高技术运用等核心素养。
4．通过对交流电变化规律的了解，增加生活中的安全用电意识，增强防范电气事故的能力。了解全球最大的全自动化码头上海洋山港四期的建设成就，增强民族自豪感和家国情怀。
教学重点 让学生了解交流电的变化规律，了解交流电的周期、频率和有效值，了解人体触电的类型，知道常见的用电安全措施。
教学难点 了解交流电的变化规律，了解交流电的周期、频率和有效值。
教学策略 让学生通过自主学习与合作学习了解新知识，形成新观念，提高实验观察能力，受到科学方法熏陶和爱国主义教育。
主要教法 启发式讲授、演示实验、组织合作学习
主要学法 自主学习、观察实验、思考讨论、合作学习
教学资源 多媒体课件展示系统、J2459型学生示波器1台。
课堂实施
教学 环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
课前 准备 1. 常见交流电的变化规律是怎样的？ 2. 交流电的周期与频率之间存在什么关系？ 3. 什么是交流电的有效值？正弦交流电的有效值与最大值之间存在什么关系？ 4. 常见的人体触电有几种类型？ 5. 家庭电路安装时为什么要安装适当的熔断器和自动空气开关和地线？ 6. 遇到别人发生触电事故时，应该采取哪些措施？ 7. 我国最大的全自动化码头在哪里？ 1. 安排学生进行预习（阅读教材、观看老师提供的微课视频）。 2. 就学生提出的问题进行有针对性地备课，准备在课堂上学生讨论时给予指导。 对教材和教学视频进行学习和思考，并与同学讨论其中发现的问题，将疑问反馈给老师。 让学生通过课前自主学习，发现自己不理解的问题，准备到课堂上与同学讨论，与老师交流，解决疑问。
课堂 实施 新课引入 创设情境： 每个家庭几乎都会购买一些接线板，以满足在任意位置使用电器的需要。然而如果买到劣质的接线板，则有可能引发意外事故。 展示图片、提问： 如何挑选优质的接线板呢？ 观看、思考 激发学生学习动力，明确学习目标
新课教学 大小和方向都随时间作周期性变化的电流，称为交流电，简称交流。交流电相比直流电有许多优点。交流电可以利用变压器升高或者降低电压，可以驱动结构简单、运行可靠的感应电动机。因此在工农业生产和日常生活中普遍使用交流电。 讲解 倾听、理解 帮学生建构交流电的概念。
设线圈产生的最大感应电动势为Em，线圈平面从磁通最大位置开始转动，角速度是ω，经过时间t，线圈转过的角度是ωt。 此时刻整个线圈中的感应电动势为 式中的e随时间按正弦规律变化，不同的时刻有不同的数值，称为电动势的瞬时值。 如果把线圈和电阻组成闭合电路，电路中就有感应电流。设闭合电路的总电阻为R，则电流的瞬时值为 即电流也是按正弦规律变化的。 电路中某一电阻R’ 两端的电压的瞬时值同样是按照正弦规律变化的，即 展示图片、讲解 观看、倾听、理解、记忆 让学生了解交流电的大小变化规律。
正弦交流电的电动势e、电流i和电压u随时间变化的图像。 结合图片讲述。 观看、倾听 让学生了解用图像法表示交流电的变化规律。
发电机中的线圈匀速转动一周，电动势、电流都按正弦规律变化一次。我们把交流电完成一次周期性变化所需的时间，称为交流电的周期，通常用T表示，单位是s（秒）。交流电在1 s内完成周期性变化的次数，称为交流电的频率，通常用f表示，单位是Hz（赫）。 根据定义，周期和频率的关系是 我国工农业生产和生活使用的交流电，周期是0.02 s，频率是50 Hz。 讲解 倾听、理解、记忆 让学生了解交流电周期和频率的关系。
演示实验： 用示波器观察正弦交流电波形 首先将J2459型学生示波器的电源开关打开，预热1分钟左右。然后通过调节辉度、聚焦和辅助聚焦旋钮，使亮斑的亮度、大小适当；调节“水平位移（X移位）”和“竖直位移（Y移位）”旋钮，使亮斑位于光屏的中间。把示波器的“扫描范围”旋钮置于“10～100 Hz”挡，调节“扫描微调”旋钮，使亮斑变为一条稳定的亮线；调节“X增益”旋钮，使亮线的水平宽度适当；把“衰减”调节旋钮置于“”挡，即由机内提供竖直方向按正弦规律变化的交流电压信号；调节“扫描微调”旋钮，使屏上出现一个稳定的一个波长的正弦波形曲线。此时示波器的扫描频率正好与信号频率相等，为50 Hz。 再次调节“扫描微调”旋钮，改变示波器的扫描频率，使光屏上出现稳定且完整的两个波长的正弦波形曲线。 进行演示实验是，提问： 光屏上出现稳定且完整的两个波长的正弦波形曲线时，示波器的扫描频率是多少？ 观看实验、合作学习、回答： 25 Hz。 引导学生观察正弦交流电的波形，并了解其产生的原理。
如何描述交流电的大小呢？让交流电和直流电通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流电的数值称为这一交流电的有效值。通常用I和U分别表示交流电流和交流电压的有效值。 实验表明，正弦交流电的有效值与最大值之间有如下的关系： 我们通常说家庭电路的电压是220 V，指的便是有效值。各种使用交流电的电器设备上所标的额定电压和额定电流的数值、交流电流表和交流电压表测量的数值也都是有效值。以后提到交流电的数值，凡没有特别说明的，都是指有效值。 讲解 观看、倾听、理解、记忆 让学生建构交流电的有效值的概念，了解其与最大值的数值关系。
【应用与拓展】 三相交流电 组织学生自主学习、巡视、指导、答疑 阅读、质疑 让学生了解三相交流电的产生、特点、传输方式等。
目前，经过几十年的探索，我国的特高压输电技术已经领跑世界，攻克了空气间隙与外绝缘配置等多项难题，研制出了世界上最高电压等级、最大容量换流变压器，建立了完整的特高压技术标准体系，并沿着“一带一路”走出国门，实现了技术和装备双输出，成为“中国创造”的金色名片。 讲述 倾听 让学生了解我国的特高压输电技术，增强科技传承的核心素养。
触电是危及人生命最严重的用电事故，而且在住宅中发生此类事故的概率较大。人体触电主要有以下三种类型： 1．单相触电 人体直接碰触到带电设备中的相线，相线、人体与大地组成回路，电流通过人体，这种触电现象称为单相触电，如图所示。对于高压带电体，人体虽未直接接触，但如果与其距离小于安全距离，高压带电体可能对人体放电，这样引起的触电也属于单相触电。 2．两相触电 人体不同部位同时接触带电设备或线路中的两根相线，相线、人体及另一根相线构成回路，这种触电方式称为两相触电，如图所示。在高压系统中，人体同时接近不同相的两个带电导体，而发生电弧放电，也属于两相触电。发生两相触电是最危险的。 3．跨步电压触电 相线发生断线落地或电气设备由于绝缘损坏发生接地故障，接地电流以落地点为中心向大地流散。若人在落地点周围行走，其两脚之间的电压，就是跨步电压。由跨步电压引起的人体触电，称为跨步电压触电，如图所示。跨步电压触电先是使人两脚麻木，继而跌倒。由于跌倒后人的头、脚着地，其间距离更大，加在人体上的电压可能会更大，后果可能更为严重。 展示图片、讲解 观看、倾听、了解 让学生了解人体触电常见的三种方式。
随着社会的发展和人民生活水平的不断提高，家用电器和电子产品日益增多，在带给人们极大方便和享受的同时，也给人们带来了巨大的安全隐患。 近些年来，一些大功率电器，如空调器、微波炉、电热水器、电磁炉、电饭锅、电热水壶、电烤箱、电吹风机等进入家庭，使住宅配电线路负荷不断增长，电流不断增大，存在着严重的用电安全隐患。电子产品、电动车电池、电热器等长时间通电，且无人照看，都可能引发火灾。 要实现安全用电，就要在实际工作和生活中，养成安全用电行为习惯。 展示图片、视频、讲述 观看、倾听、记忆 让学生了解日常用电安全措施。
家庭选购接线板时可从以下几方面进行挑选：第一，观察电源线。优质电源线软硬适中，有韧性，连接可靠，内部为优质铜芯材质。第二，观察插头。优质插头为三脚插头，插销硬度较高，厚度较厚，长期使用不变形。第三，测试开关。优质接线板开关按压顺畅，材质好，使用寿命高。第四，观察内部铜件。从插孔中观察内部铜件，优质接线板的内部铜件厚实，导电性能好，发热少，不松动。第五，观察外壳与面板。优质接线板外壳表面光泽度高，无毛边，部件配合紧密，采用阻燃材质，高温不燃烧。 回应本节开始“情境与问题”中的问题。 倾听、理解 让学生了解家庭选购接线板的方法。
【技术·中国】 全球最大的全自动化码头——上海洋山港四期自动化码头 组织学生自主学习、巡视、指导、答疑 阅读、讨论 对学生进行爱国主义教育，增强家国情怀。
【行为与责任】积极学习，迎接人工智能新时代的挑战。 讲述 倾听 对学生进行提升社会责任感的教育。
自由讨论 本节的主要内容讲完了，同学还有哪些疑问，自由提问，小组讨论，自由抢答。 组织学生自由提问、讨论，或回答问题。 向老师提出自己的疑问、回答同学的问题。 通过思想的碰撞，发展学生质疑创新的核心素养。
归纳总结 本节学习了交流电、周期、频率、有效值等概念，了解了交流电的特点等内容，了解了用数学方法描述交流电特点的方法，受到了爱国主义教育等。 归纳总结本节所学内容。 倾听、记忆 帮助学生巩固所学。
课后 提升 书面作业
实践活动
板书 设计 略。
评价 反馈 本节课堂上学生回答问题得到的分数、批改学生作业后将评语及时反馈给学生。
教学 反思 反思本节课是否让学生通过自主学习进行了预习？授课过程中是否考虑到新旧知识的衔接？是否注意由浅入深地进行引导？教学难点的处理方法是否恰当？是否调动了全体学生的学习积极性？是否采用了合作学习、探究学习的教学策略？是否给学生提供了思维方法指导？学生是否进行了动手实践活动？是否注重了学生正确价值观、爱国主义思想等的培养？思考自己的讲授、启发、提问、组织、指导、回答等方面有哪些需要改进的地方。
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