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课题研究 《怎样把交流变成直流》

学情分析：学生已经完成了选修3-2新课教学，对交变电流已有较好的掌握，但对如何把交流变成直流尚不了解。交流和直流的转换，在生活中应用非常广泛，且常见的二极管整流电路原理并不复杂，有必要让学生有所了解，才能深刻体会到物理在生活中的密切应用。
另外，对数字化传感器实验系统，由于我校大部分物理老师未能积极应用，造成学生对传感器在实验中的应用普遍有畏惧和高科技迷信心理。因此本课设计用电压传感器去探究交流、半波整流、全波整流的波形，有助于加深学生对传感器的了解。
教学目标：1．通过探究《怎样把交流变成直流》来发挥学生的自主性，创造性，激发学生的探究欲望。
2． 让学生理解二极管的伏安特性曲线及其特点。
3． 让学生理解把交流变成直流的半波整流，桥式整流整流的原理。
4． 让学生理解电容器的滤波作用，加深理解电容器储存电量的特性。
5 ．让学生学会含二极管的电路分析方法。

教学方法：探究式教学
教学器材： 自制教具“把交流变成直流”、干电池、二极管、小灯泡、传感器实验系统

自制教具 学生探究器材 苏威尔传感器实验系统
教学过程：
一：引入课题
（动画）回顾正弦交流电的产生；
交流电具有容易产生、功率强大、改变电压容易（变压器）、便于输送（高压输电）的特点。
但绝大多数家用电器（除了纯发热和纯发光的电器）和生产设备都要使用直流。例如电视机、电脑、空调，内部的电路板工作都是直流，所以这些电器内部都有把交流转换为直流的电路。
那么问题来了，如何把交流变成直流？下面我们就一起来探究这个问题。
二：课堂探究
探究1：各小组利用下发的器材探究两个“未知元件”的特性（分组实验）
设计目的：让学生自主探究发现二极管的“单向导通”的特性，此处没有注明是二极管，而是以“未知元件”注明，就是为了让学生去真正探究出其特性。
探究中预期会出现的问题：
（1）少数学生没有注意小灯泡是2.5V额定电压，用一节干电池（1.5V）去探究，由于二极管导通时也会产生0.7V左右的电压降落，故小灯泡的实际电压不到1V，结果显然不可能让小灯泡发光。 这时需要引导学生互相合作讨论，或者教师适当提示，需要两节电池串联进行探究。
（2）部分学生运气较好，第一次连接灯泡就亮起来（二极管正向导通），从而以为探究完成。此时教师要引导学生尝试把电池正负极互换一下再做实验，确保学生发现互换后灯泡不亮。
结论：该未知元件具有 单向导电 的特性
探究2：分析该“未知元件”的伏安特性曲线特点
设计目的：让学生进一步熟悉未知元件的特性，学会分析伏安特性曲线

（左图中文字在学生探究学案上没有给出）
各小组一起讨论分析后派代表回答，通过分析图线。得出该未知元件的4个工作区域。最后需要提醒学生：
（1）探究1我们用3V电压，如果是正向3V则超过了0.7V，所以处于导通状态。如果是反向3V，不可能击穿，故处于反向阻断状态。
（2）特别注意图中“死区”，它会对到接下来用电压传感器采集的波形产生一些影响，即整流后的波形最低电压不是0V。
结论：该“未知元件”是 二极管
探究3：用1个该元件把交流变成直流 （在图中画出整流后的波形）
（1）首先让学生分组讨论分析负载上的电压波形
（2）再利用自制教具和传感器采集波形来验证
探究结论：整流后变成了直流，但波形剩下一半（半波整流）。

（3）拓展应用：整流后的有效值如何求解？电热毯电路分析？
学生分组讨论探究，再请学生回答

探究4：用4个该元件把交流变成直流
（1）首先让学生分组讨论分析负载上的电压波形
（2）再利用自制教具和传感器采集波形来验证

结论：整流后变成了直流，且正半周和负半周波形都能通过负载，通过负载的电流方向不变。
提示学生：波形最小值不是0V，为什么？（和探究2中的伏安特性曲线上的“死区”对应）
探究5：让整流后的直流更稳定
（1）：用水容器让水流更加稳定示意图，来类比电容器具有让电流更加稳定的作用。
（2）用传感器采集增加电容器滤波后的波形

用水容器来类比

结论：电容器具有滤波作用，能让直流更加平稳
拓展： 小型直流电源和家用音响中的电路板，现在能基本看懂吗？
探究6：含二极管的电路分析
在恒定电路教学中，含二极管和电容器的电路是个难点，怎样分析其中的二极管作用呢？
二极管在高中电路中，无非处于“导通”和“阻断”两种状态。具体分析可以采用假设法。
假设二极管导通，即看成导线 → 判断电容器的是充电还是放电 → 充电或放电电流能否通过二极管？→ 如果能，则假设成立，二极管处于导通状态；如果不能，则假设不成立，二极管处于断开状态。
课后小结：总体比较顺利，完成了预期教学内容和目标。引入新课时，所借的高二（1）班学生整体对交流电内容遗忘比较严重，大部分学生居然回答说变压器的输出电压是直流……..但通过传感器采集波形后，学生进入状态，各项探究比较顺利。 遗憾的是学校配备的传感器只有6套，但学生有46人，所以无法进行分组用传感器探究（46人至少要12套传感器实验系统）。
原本考虑用示波器探究整流后波形，但考虑到我校其它物理老师从来没有用过传感器，学生也从来没有见过传感器，所以决定采用传感器探究。

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