资源简介

电路的功率因数——教学设计方案
教学内容 电路的功率因数 授课教材 电工电子技术与技能高等教育出版社/程周主编
授课类型 新授 授课班级情况 年级 中专二年级
授课课时 2课时 专业 机电
授课时间 学生数 36
教学背景分析 前期教学 学生已熟悉荧光灯电路的工作原理及连接线路，已学过RLC串联电路及其谐振电路，已理解电路的功率的概念。
学情分析 学生在学习上有一定的基础和优势，基本素质好，对前面所学内容掌握得不错，已具备学习本课内容的相应知识基础，并且，他们的学习积极性和主动性强，能较好地配合教师的教学。但他们存在个体差异，且对纯理论课兴趣一般，对动手实践非常感兴趣。
学法指导 合作学习法、实验验证法、对比分析法
预 设学习流程 课前预习图片及资料展示—揭示课题—概念介绍—搭接电路—分组实验—画矢量图分析实验现象—对比实验数据和矢量图—归纳总结—得出方法—应用举例—发现意义—课堂小结—教学评价—拓展延伸—课后作业布置
课前准备 学生预习教材内容和课前所发实验资料及学案；教师准备PPT课件、学生实验器材，在课前连接并检查好示教板实验电路，并将学生合理分组。
实验器材序号名称型号与规格数量1交流电压表0～600V12交流电流表0～500mA20～1A13有功功率表D34-W(0.25-0.5A/150-300-600V)14镇流器BZL—2015启辉器与18W灯管配用16荧光灯灯管Y Z18RR2617电容器1 F/450V，2 F/450V，4.75 F/400V各1
教学方法 分组实验法、启发式教学法、比较式教学法、分层指导法
教学目标 知识目标 理解功率因数的概念，明确提高功率因数的意义，掌握提高电路的功率因数的方法。
能力目标 提高学生的综合分析能力，培养学生的专业技能和实践技能。
情感目标 激发学习兴趣，培养团结合作精神，增强节能意识。
重难关键点 重点 1．功率因数的概念；2．提高电路的功率因数的方法和意义。
难点 实验电路搭接、方法验证分析和补偿电容的选择。
关键点 用实验验证方法、用矢量图定性分析
教学理念 我根据教学大纲、教材内容和学生的实际情况，在教学过程中我摒弃传统的教学方法和理念，而是以降低理论知识的难度、提高学生的实践能力和应用能力为目标，体现“做中学、做中教”的职教特色，将课堂的“主体”地位还给学生，自己则立足于“主导”的位置。通过将理论和实践有机结合，充分调动学生的积极性，让学生在教师的引导下，搭接电路、分组实验、从实验中得到感性认识，在教师的启发下结合矢量图分析实验现象产生的原因，然后学生再实验,对比分析实验数据,寻找理论依据,从而归纳方法并告知学生可以根据矢量图推导出并联电容的计算公式，让学生由感性认识上升到理性认识，然后应用方法解决实际问题，以此达到提高学生的专业理论和实践技能，学以致用的目的。
教材的处理 教材在阐述了电路的功率因数的概念之后，马上介绍了提高电路的功率因数的意义，这虽然能让学生接受，但学生的理解却不深，也觉得纯理论的教学有些枯燥乏味，从而开始丧失学习积极性。故我投其所好，先让学生通过搭接电路、分组实验，验证提高电路的功率因数的方法，把学生的学习热情先调动起来；在学生完成每一步实验后，要求学生用矢量图分析实验现象产生的原因；并直接告知学生可以根据矢量图推导出并联补偿电容大小的计算公式，要求学生结合电工口诀理解、熟记公式，并让学生运用所学知识分析实际问题，让学生获得成功的体验，自信心加强。此时，我介绍提高电路的功率因数的意义，让学生边学边从知识应用的计算结果中体会提高功率因数的意义的内涵，从而树立节能意识。
教学过程设计
教学过程 教师活动 学生活动 设计意图
导入课题（3分钟） 在日常生活中，你见过它吗？知道它有什么用途吗？ 对于问题一，学生的答案不一，但对于问题二，学生都摇头否认。 从生活实际出发，激起学生的好奇心和求知欲。
简要介绍电容补偿柜的作用、感性负载一般的功率因数和电力部门对功率因数的要求，从而引出本节课的课题：电路的功率因数 。 学生心生疑问：什么叫功率因数？为什么要提高功率因数？怎样提高功率因数？ 通过图片引入，自然的导入课题。
讲授概念（1分钟） 教师讲授：①功率因数的概念：在正弦交流电路中，有功功率和视在功率的比值称为～。即： 式中，Φ为总电压和总电流的相位差，称为功率因数角。② 功率因数表示电源功率被利用的程度。 学生了解功率因数的概念、物理意义。 让学生通过听讲，解决了心中的第一个疑问后，又迫切地想知道第二个问题的答案。进一步激起学生对知识的渴望。
分组搭接实验线路（38分钟） 教师不急于回答学生的第二个问题，而是将视线转向示教板。教师结合学案上的实验原理图，解释示教板的连接线路。要求学生按照课前的分组、参照示教板来搭接实验线路，并提醒学生安装时的注意事项。然后教师巡回指导。 学生分组安装连接实验线路。 培养学生的参与意识，锻炼学生的实践技能，让同学明白：科学来源于实践。
实验步骤一（3分钟） ①教师逐个检查电路后，让学生通电，请学生观察此时各表的读数，并将实验结果记录在课前发的实验数据记录表中，并根据实验数据计算出此时的COSΦ值。②教师提问：你能画出电路图和矢量图吗？ ①学生组内自查、小组互查确认连接电路是否准确，学生观察记录数据；②画出电路图和矢量图。 让每位学生都参与到实验中来，充分调动了学生的积极性，培养了学生的合作意识。
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实验步骤二及实验现象分析（4分钟） ①在日光灯电路的两端并联一个1μF的电容，要求学生记录各表的读数。②请学生比较并联电容前后P、I变化吗？COSΦ值呢？ ①完成实验，记录好数据②观察、分析实验数据并回答教师的提问 在教师的启发下，学生想到电容为储能元件，不消耗功率，故P不变；再通过比较实验数据获得感性认识：并联C后，COSΦ增大。
教师启发式提问：你能画出电路图，然后结合矢量图分析原因吗？要求每组同学讨论、分析、合作画出矢量图。教师在教室巡回指导，适时给予指导和帮助。 讨论、分析、画矢量图 通过教师的启发，学生的讨论分析，充分调动学生的自主探究气氛，并完成从感性认识到理性认识的转变。
实验步骤三及实验现象分析（3分钟） 教师设疑：从上述实验发现，并联电容可以提高电路的功率因数。但是，对于所并联电容的大小有无要求呢？电容是大好还是小好呢？事实胜于雄辩。让我们把电容换成4.75μF的试试！ 学生将电容换成4.75μF再次完成实验，记录好数据。 培养学生追求真理，勇于探究的精神。
教师提问：比较并联1μF和4.75μF电容时的实验数据，你是否发现了C增大，cosφ也增大了？能再次从矢量图上分析原因吗？教师设疑：为什么IC增大，IRL却不变呢？原因分析： ①体会到矢量图是分析交流电路的重要方法。②对比分析实验数据并分组讨论分析、思考教师的提问。 ①教会学生学习的方法，让学生学会发现问题，设法解决问题。②让学生的观察分析和教师点拨相结合，充分体现了“以学生的主体，以教师为主导”的教学理念。
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实验步骤四（4分钟） 教师设疑：从上述实验发现，并联电容越大,功率因数越高。事实是这样的吗？教师让每个学生猜想结论，并把电容换成7.75μF的再试一试！检验自己猜想的正误。并画出此时的矢量图。为了降低学生的理论分析难度，教师在大屏幕上显示电容增大时的矢量图的FLASH动画，使学生能方便、准确地画出矢量图。 ①学生作出猜想，将电容换成7.75μF迅速完成实验，记录好数据。并比较实验数据，发现：I增大了，COSΦ反而减小了。②结合矢量图分组讨论分析原因。 ①让学生从实验中获得感性认识，并从理论上分析得出：并联C并非越大越好 。②为下面分析并联补偿电容的大小作铺垫。
比较分析实验步骤 二、 三、四现象并归纳方法（4分钟） 师生共同归纳比较：①理论分析并联电容后可能出现的三种情况： 可取 谐振会带来不利因素 不经济得出提高电路的功率因数的方法是并联合适的电容器。②解释电力部门为什么不要求将功率因数提高到1。 学生分组讨论比较实验数据和矢量图,由小组代表总结提高功率因数的方法。在老师的带领下结合矢量图分析比较实验中出现的三种情况，得出提高电路的功率因数的方法。 ①带领学生通过比较，归纳出实验结论—并联合适的电容器。②让学生把想到的说出来，让学生获得实验的快乐和成功的体验，既培养了学生的合作精神，又增强了学生的自信心和分析归纳能力。
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简单介绍并联电容大小的推算（1分钟） 教师设疑：并联多大的电容才合适呢？我们还 是借助矢量图来分析。教师启发，师生共同分析：（前提：P、U已知，且保持不变） 介绍电工口诀，便于学生理解和熟记公式。 ①听讲、思考、回答老师的问题②借助电工口诀熟记公式 ①将知识点环环相扣，使教师的设疑变得顺理成章，让学生的知识螺旋式上升。②介绍电工口诀，便于学生理解和熟记公式。
学生实践（2分钟） 指导学生实验（C=0，3μF，6.75μF） 观察、体会 让学生加深理解，锻炼技能
知识应用（6分钟） [例1]在220V、50Hz交流电源上接入感性负载，它消耗的有功功率为5KW，功率因数为0.6，若要将功率因数提高到0.85，应并联多大的电容器？并联补偿电容前后线路中的电流为多大？解： ①教师启发学生分析解题思路，后由学生自己完成解答过程。请一位学生到黑板上板演。②教师巡回指导，给解答有困难的同学以帮助。并请解答快的同学帮助学有困难的同学。③请学生与课件上标准答案校对，并提醒学生注意解题规范！ 大多数学生自主完成求解过程并与标准答案校对，且能主动帮助少数解题有困难的同学。 ①通过例题培养学生的解决实际问题的能力，达到学以致用的目的②倡导同学间的团结互助。
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分析提高功率因数的意义（6分钟） ①问：分析例1的计算结果，你发现了什么？②在学生回答功率因数增大，线路中电流减小后，教师启发学生分析提高功率因数的意义： ⑴减少输电线路的损耗； （理论依据：P、U一定， 　　 ） 　　　③ [例2]一台容量S=100KVA的变压器，若λ=0.6,只能输出600KW有功功率。若λ=0.9,则能输出900KW有功功率，变压器的容量得到充分利用。 ⑵提高供电设备的利用率。（理论依据：S一定， ）④介绍应用案例，树立学生的节能意识。 听讲、思考树立节能意识 ①将此内容放到例题之后，意在让学生边分析提高功率因数的意义，边用例题的结果去验证，加深学生的理解程度。②树立学生的节能意识。
课堂小结（1分钟） 请学生总结功率因数的概念，提高功率因数的意义和方法。 学生总结本节课所学内容 检查学生对知识点的掌握情况，锻炼学生的口头表达能力和总结归纳能力。
并联电容前后比较（5分钟） 教师启发引导学生对比分析、完成下表注意：①并联合适的电容器只是提高了整个电路的功率因数，而感性负载的功率因数不变。②提高电路的功率因数对用户来说并不能节约电费，但对于整个国家来说却有着重大经济意义。 学生思考后完成课堂练习，集体解答老师的提问 通过列表比较，将课本上分散的知识点集中归纳比较，既起到巩固知识点的作用，又便于学生牢固掌握知识点。
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教学评价（3分钟） 教师总评学生的课堂表现（包括课堂参与情况、对知识的理解应用情况、学习方法掌握情况等）老师读题并要求学生举手表决，完成学生自评表：我们应树立节能意识，不开“无人灯，无人扇”。 我已掌握提高电路的功率因数的方法。 我学会了用矢量法来分析交流电路。 我的动手能力得到提高，体验到了实践的快乐。通过实验及理论分析，我对并联电容前后各量的变化情况非常清楚。 在本节课上，我做到了认真听讲，积极思考、乐于合作、学有所获。 学生完成自评表：（在老师 问到你认为对的题时举手示意） 通过师生互评，培养学生实事求是的作风，也达到师生共勉的目的。
拓 展 延 伸（1分钟） 实际生产中一般不求电容值，而是利用无功功率的概念。根据QC=P(tanφRL-tanφ) 的值，从有关手册中选取满足此容量的电容器或电容组。 学生边看课件边听老师讲解，边思考、联系实际，开阔眼界。 ①让学生联系实际，开阔眼界。②为学有余力的学生课后完成拓展题作提示。
课 后 作 业 布 置（2分钟） 教师布置课后作业，让学困生完成基础题，让中等生完成基础题和提高题，让优等生完成拓展题基础题：教材P66一、8及二、7、8、9 提高题：某发电站以22KV的高压输给负载4.4×104KW的电力，若输电线路的总电阻为10Ω，试计算电路的功率由0.5提高到0.8时，输电线上一天少损失多少电能？ 拓展题：1.用矢量图分析能否用并联电感的方法提高电路的功率因数 2.上网查找实际生产生活中采用无功补偿的例子以及其它提高功率因数的方法。 学生记下课后作业 ①巩固所学内容，及时反馈。②根据学生实际，分层布置作业，让每位学生都有所获，都有所为。③通过拓展题拓展学生思维，提高学生的综合分析能力。
教学反思 本节课从生活实例引入，大大激发了学生的求知欲。通过FLASH动画、直接告知公式等形式，降低理论深度，强调教学的实践性和应用性。以“做中学，做中教”为主线，通过分组实验，边实验边分析的模式，充分调动了学生的学习积极性，让学生从实验中得到感性认识，从分析实验结果中找到理论依据，既提高了学生的实践技能，又让学生的专业理论知识螺旋式上升。通过老师的适时设疑、学生观察实验、分析实验结果、合作讨论、对比得出结论，培养了学生的合作意识，提高了学生观察问题和分析问题的能力。通过老师的及时指导和点拨帮助，让所有学生都增强学习的自信心，学有所获。通过应用案例、思维拓展和课后拓展题，联系实际、拓宽了学生的思路，培养了学生的创新意识，让学有余力的学生能飞得更高更远。总体来说，这节课将理论和实践有机结合，完成了既定的教学目标。但教学技艺方面对我来说也是学无止境的， “路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”。学生群体是不断变化发展的，教学手段也要因人而异，以后在教学设计和实施的过程中，我将不断摸索更为合理的教学方法，争取使自己的教学水平有更大的进步，令自己的学生在学习中有更大的收获。
板书设计 [教师板书] 4.5电路的功率因数一、功率因数 二、功率因数的提高 1、方法：并联合适的电容器 2、意义：①提高供电设备的利用率； ②减少输电线路的损耗。 [学生板书]求解例1
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