资源简介

教学设计
课题 交变电流
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 实验探究课□ 习题/试卷讲评课□ 课题研究课□ 学科实践活动课□ 其他□
设计者 乌海市第一中学 王海霞
教学内容分析
交变电流是上一章电磁感应知识的应用，是本章学习内容的基础。交变电流的产生是闭合矩形线圈置于匀强磁场中,并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。交变电动势的大小由法拉第电磁感应定律确定，电流的方向由楞次定律或者右手定则确定。因为交流相对于直流来说具有一些独特的性质,所以在日常生产生活中普遍被应用,其中正弦式交变电流是最常见的一种交流。 本节课的教学应立足于培养学生科学推理能力和建模能力。利用已掌握的法拉第电磁感应定律和楞次定律,注重学生的观察能力和实验能力以及归纳和推理能力的培养。在生产和生活中交变电流具有不可替代的作用,引导学生认识物理与社会生活的密切联系,培养综合运用电学知识和能量转化与守恒知识分析问题和解决问题的能力。 本节内容是高中物理教学的主要内容,也是高考考查的主要内容之一
学情分析
学生通过电磁感应的学习,对导线在匀强磁场中切割磁感线时产生感应电动势的大小和闭合回路中感应电流的方向的确定方法都有一定掌握。只是线圈在匀强磁场中连续旋转,进行周期性运动,对学生来说是一个较复杂的过程。另外学生在此之前也没有接触过交变电流的概念,对于交变电流的特点也不清楚。 因此本节课首先需要学生了解交变电流概念,并掌握交流相对于直流最明显的不同。在此基础上进一步了解交流的产生过程,通过动态模拟了解交流的模型,分析不同位置处,磁通量大小、感应电动势大小和电流方向等如何确定以及它们之间的关系是怎样的。
学习目标
1物理观念：通过实验让学生观察直流电和交流电两种波形，阐述两种波形特点，总结出交流和直流的定义，培养了学生分析解释能力以及概括论证的能力； 2科学探究：通过手摇发电机实验，让学生观察交变电流的方向，在教师引导下小组合作分析线圈转动一圈过程中，四个特殊位置电磁感应现象，小组回答课本上的问题。培养学生的观察能力，探究能力以及迁移与质疑的能力； 3科学思维：通过多媒体展示交变电流的波形以及线圈所在位置的相关图片，教师提出相关问题，让学生根据法拉第电磁感应定律推导出任意t时刻线圈所在位置的感应电动势大小的表达式，培养了学生分析和推理能力以及模型构建能力； 4科学态度与责任：通过让学生阅读课本，并在之后演示简易发电机，学生观察发电机构造，并可以在老师的引导下阐述发电机的两种构造以及原理，培养学生的阅读能力和总结归纳原理，也培养学生的迁移、质疑能力和科学探究能力。
学习重点难点
教学重点：运用电磁感应的基本知识；分析交变电流的产生过程；掌握交变电流的产生及变化规律。 教学难点：理解正弦式交流电的图像及表达式，交变电流的产生过程及其规律与特点。
教学辅助支持
手摇发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、演示电流表、自制线圈等。
教学活动设计
过程学习内容与教师活动学生任务/活动设计设计意图及对应目标达成环节一 内容1. 回顾电磁感应的重难点 （1）提出问题： 1感应电流产生的条件是什么？ 2楞次定律的内容是什么？ 3右手定则的内容是什么？ 4法拉第电磁感应定律的内容和相关公式是什么？ （2）衔接 本节我们将研究一种十分重要的周期性变化的电流——正弦交变电流．学生任务/活动1. 根据老师提出的问题默写回答形成知识体系，让明白这一章节是上一章节的应用，培养学生的知识迁移能力内容2. 教师活动： 视频引入 观看《大国重器——造血通脉》，这些由发电厂、变电站而来的输电线，将电输送到千家万户，每时每刻都在为人类做着巨大的贡献。来自发电厂的电有什么特性？我们怎样更好的利用它 学生任务/活动2. 学生观看视频 激发学生学习兴趣，同时增强学生民族自豪感环节二内容3. 一、交变电流 教师： （1）演示示波器 让学生观察电池供电的电压波形，与交变电流供给的电压波形，比较两者的不同 （2）给出交流和直流的概念 1.直流电流：方向不随时间变化的电流，间称直流（DC） 2.交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流（AC） （3）让学生举例说明生活中接触的直流电和交流电学生任务/活动3. （1）学生观察波形，描述两个图像的不同 （2）学生记笔记 （3）学生结合生活举例说明 从示波器的波形观察再到总结出交变电流的特点，让学生有效构建物理观念，降低认知难度，同时也考察了学生的分析能力和总结归纳的能力。内容4. 教师： 典例分析1学生快速做题并回答问题让学生进一步掌握相关概念，夯实基础总结： 1.直流电流：方向不随时间变化的电流，间称直流（DC） 2.交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流（AC）环节三内容5. 二、交变电流的产生 教师： （1）演示发电机 让学生观察两个二极管的发光情况，并阐述实验现象说明什么？什么是正弦式交变电流，交变电流的产生条件是什么？ （2）多媒体展示 让学生观察课本49页甲乙丙丁四个图，并回答下列相关问题 ［问题１］线圈在什么位置时，通过线圈的磁通量最大？在什么位置时，通过线圈的磁通量最小？ ［问题２］在线圈转动过程中，线圈中的磁通量是否会发生变化？如何变化？ ［问题３］线圈在什么位置时，磁通量变化最快？在什么位置时，磁通量变化最慢？ ［问题4］该图中在线圈由甲到乙的过程中，ＡＢ边中的电流向什么方向？ＣＤ边中的电流向什么方向？ ［问题5］该图中在线圈由丙到丁的过程中，ＡＢ边中的电流向什么方向？ＣＤ边中的电流向什么方向？ ［问题6］线圈在什么位置时没有电流？在什么位置时电流最大？ ［问题7］线圈在什么位置感应电动势最大？在什么位置时感应电动势最小？ （3）阅读课本，并完成课本49页的图像绘制，并根据图像描述电流方向的变化规律学生任务/活动4. 学生观察实验并解释实验现象，回答相应的问题。 学生讨论交流 ，并回答相应电流的流向问题 （3）大致画出感应电流的随时间变化的曲线通过演示实验，可以激发学生学习兴趣，同时有助于提升学生的观察能力。 给出实物图让学生进一步建立起理论和实际的联系，教师设置恰当的问题，引导学生独立思考，通过小组合作，利用上一章的电磁感应的内容能初步分析线圈转动过程中电流，有助于学生的理解。 让学生画图像，为之后的交变电流的变化规律的学习做铺垫。内容6 教师： （1）多媒体展示中性面的实物图、正视图和侧视图，让学生描述什么是中性面的特点（磁通量大小、瞬时电动势、感应电流） （2）如果把线圈平面从中性面旋转180度，穿过线圈的磁通量是否发生变化？如果发生变化，其变化量是多少？ （3）让学生描述垂直中性面的的特点 学生思考、小组讨论使学生对中性面位置处的磁通量进一步的理解，为接下来的交变电流的变化规律打基础内容7典例分析2 教师： 多媒体展示 例2.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中错误的是（ ） A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大 B．在中性面时，感应电动势为零 C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零 D．线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次学生快速作答 C 帮助学生进一步理解概念，夯实基础总结：正弦式交变电流 （1）正弦式交变电流：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，可以得到按正弦规律变化的交变电流,这种交变电流叫做,简称正弦式电流. （2）产生条件：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动. （3）电流方向变化规律:每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次； 线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。 （4）线圈平面与中性面重合时，，最大，，，电流方向发生改变； （5）线圈平面与中性面垂直时，，，最大，最大，电流方向不变； 环节四 内容8 三、交变电流的变化规律 教师： 多媒体展示图片并提问 当线圈按照上面的图转动时，产生电压随时间关系图是屏幕当中正弦图像，你是否能指出电动势最大值所处位置，为多大，请尝试给出推导？ 说明：AB长为L1，BC长为L2，转动的角速度为ω，磁感应强度为B。 （2）请写出负载两端的电压随时间变化的规律以及电流随时间变化的规律。学生推导 AB边的线速度：， AB边产生的感应电动势： 线圈匝数为n 匝中的感应电动势： 当线圈abcd经过中性面时开始计时，， 是感应电动势的最大值，叫做峰值。 （2） ， ，引导学生对速度分解并结合法拉第电磁感应定律推导出交变电流的规律，培养学生的科学推理能力，也加深学生对交变电流的理解活动9 教师： （1）请画出线圈从中性面开始计时下，交变电流的变化规律图像 （2） 根据e随时间变化的图像你是否可以画出Φ-t图像并写出Φ随时间的变化规律？ （1） （2） Φ=BScos ωt数物结合，培养学生图像分析能力内容10 教师： 多媒体展示交变电流的其他波形 学生简单了解正弦式电流是最简单又最基本的交变电流。 在目前的电力系统中应用的大多是正弦式电流。 在电子技术中也遇到其它波形，拓宽学生的眼界。内容11典例分析3 教师： 多媒体展示 例题3一矩形线圈，面积是0.01 m2，共200匝，线圈电阻r=1Ω，外接电阻R=3Ω，线圈在磁感应强度B=1/πT的匀强磁场中以ω=πrad/s的转速绕垂直于磁场的轴匀速转动，如图所示.若从中性面开始计时，求：
（1）线圈中感应电动势峰值是多少？写出其瞬时值表达式;
（2）线圈中感应电流的峰值是多少？写出其瞬时值表达式;
（3）外电路R两端电压的峰值是多少？写出其瞬时值表达式.学生讨论并回答 考察学生学习的情况，查漏补缺，夯实基础总结：大小变化规律（从中性面开始计时） （其中： ） Φ=Φmcos ωt环节五内容12 四 交流发电机 教师： 多媒体展示交流发电机并演示发电机，请学生回答交流发电机的原理。 通过阅读课本回答问题 1请描述交流发电机的构造？ 2交流发电机是种类有哪些？比较其优缺点，指出生活中常用的是哪一种。 3发电机的转子是如何转动的，其中蕴含着什么样的能量变化？学生通过之前的学习结合法拉第电磁感应定律来进行阐述 学生阅读课本后回答相应问题考察学生的阅读能力与总结归纳能力课堂小结1从概念和图像上如何区别直流、交流、恒定电流的？ 2线圈在转动过程中电流方向的变化？ 3中性面与垂直中性面的相关物理量特点比较 4交变电流的变化规律？ 5交流发电机的种类及特点？学生填写在学习任务单上面让学生在课时学生上面形成完整的知识体系，也能进一步掌握本节课的重难点
板书设计
一、交变电流 1.直流电流：方向不随时间变化的电流，间称直流（DC） 2交变电流:方向随时间做周期性变化的电流.简称交流（AC） 二、交变电流的产生 （1）正弦式交变电流：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，简称正弦式电流. （2）产生条件：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动. （3）方向变化规律:每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。 （4）中性面：磁通量最大，磁通量变化率为零，感应电动势为零，感应电流为零； （5）线圈平面与中性面重合时，，最大，，，电流方向发生改变； 线圈平面与中性面垂直时，，，最大，最大，电流方向不变； 三、交变电流的变化规律（从中性面开始计时） （其中： ） Φ=BScos ωt 四、交流发电机 1结构 2种类 3优缺点交变电流 学习任务单
学科： 物理 年级： 高二
【学习目标】
1从概念和图像上如何区别直流、交流、恒定电流的？
2线圈在转动过程中电流方向的变化？
3中性面与垂直中性面的相关物理量特点比较
4交变电流的变化规律？
5交流发电机的种类及特点？
【重点难点】
重点：运用电磁感应的基本知识；分析交变电流的产生过程；掌握交变电流的产生及变化规律。
难点：理解正弦式交流电的图像及表达式，交变
1观察示波器显示交流电的波形图和直流电的波形图并电流的产生过程及其规律与特点
【学习过程】
交变电流（5分钟）
绘制在上面。
直流 交流
2 直流电流：
交流电流：
【典例分析】
例题1下列表示交变电流的有（ ）
交变电流的产生（10分钟）
1观察手摇发电机的电流方向，解释其现象，并回答下列问题
(1)正弦式交变电流:
(2)正弦式交变电流产生的条件：
2 首先我们来观察一下交流发电机的示意图（见教材P49—图3.1-3）,并回答下列问题
结构
（2）小组讨论并回答下列问题
［问题１］线圈在什么位置时，通过线圈的磁通量最大？
在什么位置时，通过线圈的磁通量最小？
［问题２］在线圈转动过程中，线圈中的磁通量是否会发生变化？如何变化？
［问题３］线圈在什么位置时，磁通量变化最快？在什么位置时，磁通量变化最慢？
［问题4］
转动过程 电流方向
甲到乙
乙到丙
丙到丁
丁到甲
［问题6］线圈在什么位置时没有电流？在什么位置时电流最大？
［问题7］线圈在什么位置感应电动势最大？在什么位置时感应电动势最小？
［课本作图］大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线（规定电流方向的正、负）．在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻．
（3）1中性面：
2垂直中性面：
3两个位置的相关物理量比较
物理量 中性面 垂直中性面
位置
磁通量
磁通量变化率
线圈切割磁感线的有效速度
感应电动势
感应电流
电流方向（变或不变）
电流方向变化规律？
【典例分析】
例2.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中错误的是（ ）
A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大
B．在中性面时，感应电动势为零
C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零
D．线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次
交变电流的变化规律（17分钟）
1正弦式交变电流瞬时值的推导（5分钟）
若从中性面开始转动
线圈转过的角度：
AB边的线速度：
AB边产生的感应电动势：
整个线圈的感应电动势
若线圈匝数为N匝：
如图当接外电阻为R的出电阻电路，线圈电阻为r,,外电压u和电流i的瞬时值表达式为多少？
2正弦式交变电流的最大值（3分钟）
电动势的峰值表达式：
电压的峰值表达式：
电流的峰值表达式：
3请画出线圈从中性面开始计时下，交变电流的变化规律e-t、u-t、i-t图像，并根据e-t图像你是否可以画出Φ-t图像并写出Φ随时间的变化规律？（4分钟）
【典例分析】(5)
例题3一矩形线圈，面积是0.01 m2，共200匝，线圈电阻r=1Ω，外接电阻R=3Ω，线圈在磁感应强度B=1/πT的匀强磁场中以ω=πrad/s的转速绕垂直于磁场的轴匀速转动，如图所示.若从中性面开始计时，求：
（1）线圈中感应电动势峰值是多少？写出其瞬时值表达式;
（2）线圈中感应电流的峰值是多少？写出其瞬时值表达式;
（3）外电路R两端电压的峰值是多少？写出其瞬时值表达式.
交流发电机（3分钟）
1构造：
2种类
两种类型 转子 定子 特点
【达标检测】（2分钟）
一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动,线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈内的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示,下列说法正确的是 (　　)
A.t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变
B.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
C.t2、t4时刻线圈中磁通量最大
D.t2、t4时刻线圈中感应电动势最小
【拓展延伸】（3分钟）
产生正弦交流电不一定是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动才能产生．
　　①金属棒在平行于磁场方向的导轨上作圆周运动切割磁感线，也能产生正弦式交流电．
　　②即使是线圈转动，也不一定是矩形线圈，也不一定绕线圈的对称轴．只要是绕垂直于磁场方向的轴，无论什么形状的闭合线圈，产生的感应电流仍是正弦式交流电．

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