交變電流的教學設計方案

1、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律教學設計方案選用的教材：高中物理人教版第二冊（必修加選修），適用于高二年級第十七章交變電流第一節(jié)“交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律”的新課教學；教學目標：1、知道交變電流和正弦式交變電流的定義；2、知道什么是中性面，中性面的特點；3、掌握正弦交變電流的產(chǎn)生原理；4、掌握正弦交變電流的變化規(guī)律和三角函數(shù)表達式；5、了解幾種常見交變電流的波形；6、了解交流發(fā)電機的構(gòu)造。教學重點：1、中性面的特點；2、正弦交變電流的產(chǎn)生原理；3、正弦交變電流的變化規(guī)律、圖象和三角函數(shù)表達式。教學難點：1、正弦交變電流的產(chǎn)生原理；2、正弦交變電流的變化規(guī)律、圖象和三角函數(shù)表達式。教學思路：1、本章所講

2、的是交變電流的知識，是前面學過的電和磁的知識的發(fā)展和應用，并且與生產(chǎn)和生活有著密切的關(guān)系，有廣泛的應用，在高中階段只對交流電的產(chǎn)生、描述方法、基本規(guī)律作等最必要的基本知識進行講解，這些知識是已學過的電磁感應的引伸，所以在教學過程中對開闊學生思路、提高能力是很有好處的；2、本章要講解的基本內(nèi)容有：交變電流的產(chǎn)生原理和變化規(guī)律、交變電流的特點、電能的輸送、變壓器的構(gòu)造和工作原理等；教學內(nèi)容：1、正弦交變電流的產(chǎn)生；2、正弦交變電流的變化規(guī)律；3、交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)及工作原理。教學工具：手搖單相發(fā)電機、小燈泡、示波器、多媒體教學課件、示教用大的電流表等。教學手段：本節(jié)授課時采用了實驗演示與數(shù)學推導相結(jié)

3、合的方法，特別是學生對交變電流在這之前沒有認真認識，對它只有一個模糊的概念，通過演示實驗可讓學生對交流電的產(chǎn)生有一感性認識，并對交流電的變化規(guī)律有更好的理解。教學方法可采用老師指點，學生自學、討論、推導總結(jié)，另方面也采用演示、觀察、分析、對比等，培養(yǎng)學生知識遷移、活學活用的能力。教學步驟：1、做演示實驗一：通過演示實驗一“模型發(fā)電機”得出交流電的定義，并用多媒體課件展示該實驗，使學生對交變電流有一感性認識，從而理解交變電流的定義；2、正弦交流電的產(chǎn)生原理：給出正弦交流電的定義：在交變電流中，電流隨時間按正弦規(guī)律變化的交變電流稱為正弦交變電流；將發(fā)電機模型通過圖片、多媒體課件等展示給學生，讓學生

4、對發(fā)電機有簡單的認識；做課本演示實驗二：閉合線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時電流計指針的偏轉(zhuǎn)，讓學生對正弦交流電有更深的理解，并得出電流方向的改變位置；給出中性面的概念及其特點：a、概念：平面線圈垂直于磁感線時，平面線圈所處的位置即為中性面；b、特點：通過線圈的磁通量最大，線圈各邊都不切割磁感線，感應電動勢為0；c、從分析演示實驗二可得：線圈每次經(jīng)過中性面電流計指針偏轉(zhuǎn)方向改變一交，即：線圈每次經(jīng)過中性面電流方向改變一次；因而線圈轉(zhuǎn)動一周，線圈中的電流改變兩次；3、做演示實驗三（并用多媒體課件展示）：用示波器測量低壓交流電給小燈泡供電時小燈泡兩端電壓的圖象，并從觀察示波器上的圖象得到：小燈泡兩端電壓

5、隨時間變化規(guī)律（波形圖）按正弦曲線變化；4、交變電流變化規(guī)律的推導：交變電動勢的瞬時值表達式的推導：（借助多媒體課件展示每一瞬時位置線圈的速度與磁場的關(guān)系）a(b)a(b)d(c)d(c)OVVB從中性面開始計時（圖中虛線位置），如圖單匝線圈abcd，設ab=cd=L，ad=bc=d，線圈以角速度繞垂直于磁場的對稱軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動，經(jīng)過一段時間t轉(zhuǎn)至圖中實線所示位置。（1）圖示時刻ab邊和cd邊電流的方向如何？ ab邊電流垂直平面向里，cd邊電流垂直平面向外；（2）ab邊和cd邊產(chǎn)生的電動勢是如何連接的？串聯(lián)的，因而回路總電動勢為兩邊產(chǎn)生的電動勢相加；（3）線圈轉(zhuǎn)過的角度與時間的關(guān)系：=t（

6、4）推導出右圖位置時的感應電動勢e的表達式為：用線速度V表示：e2BLvsin2BLvsint2BSsint (V)；用角速度表示：eBLdsinBLdsintBSsint (V)；若線圈匝數(shù)為N，則感應電動勢為eNBSsintEmsint(V)。5、正弦交變電流的變化規(guī)律：表達式：ie/RImsint(A)式中電流i是不同時刻的不同數(shù)值，叫電流的瞬時值；式是Im為電流所能達到的最大值，叫電流的最大值；電阻R流過正弦交變電流時其兩端電壓的表達式為：uUmsint(V)；6、正弦交變電流的電動勢e、電流i、電阻兩端電壓u隨時間變化的圖象：eOt正弦交流電電動勢隨時間變化規(guī)律圖象TiOt正弦交流電

7、電流隨時間變化規(guī)律圖象TuOt正弦交流電流過電阻R時，電阻兩端電壓隨時間變化規(guī)律圖象T7、介紹幾種交變電流及其波形圖：D、示波器中的鋸齒波掃描電壓B、電子計算機中的矩形脈沖電壓A、家庭電路中的正弦交變電流itC、激光通信中的尖脈沖電壓it8、發(fā)電機的構(gòu)造及工作原理：構(gòu)造：由轉(zhuǎn)子、定子、端蓋和軸承等部件構(gòu)成；定子由定子鐵芯、線包繞組、機座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成；旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機：電樞轉(zhuǎn)動，磁極不動的發(fā)電機；旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機：磁極轉(zhuǎn)動，電樞不動的發(fā)電機；工作原理：由軸承及端蓋將發(fā)電機的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，

8、使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運動，從而產(chǎn)生感應電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流，因而交流發(fā)電機的工作原理是：線圈做切割磁感線從而產(chǎn)生感應電動勢。9、課堂小結(jié)：本節(jié)課主要學習了以下幾個問題：矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生正弦式交變電流。從中性面開始計時，感應電動勢瞬時值的表達式為eNBSsint，感應電動勢的最大值為EmNBS。中性面的特點：磁通量最大為m，但e=0。10、課堂練習及課后作業(yè)：（1）課堂練習：線圈在如圖甲所示的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，請標出乙圖中a和d在不同位置時的電流方向（用點或叉表示）。如圖所示，若線圈ab邊長為20cm，bc邊長為10cm，磁感應強度為10T，線圈轉(zhuǎn)動的角速度為4弧度/秒，線圈匝數(shù)為10匝，求：(1)感應電動勢的最大值Em；(2)從中性面開始計時，寫出感應電動勢的瞬時值方程；(3)當經(jīng)過t=1/24秒時感電動勢為多大？若線圈電阻r=1,外電阻R=9，則此時線圈中感應電流多大？答案：（1）EmNBS8（V），（2）e8sin4t (V),（3）e4（V），ie/(R+r)0.4（A）。（2）課后作業(yè)：教材練習一：第（1）、（2）題。教學設計理念：學生在高中對物理的學習內(nèi)容應當是現(xiàn)實的，有意義的，富有挑戰(zhàn)性的，本節(jié)內(nèi)容的教學將有利于學生主動的進行觀察、實驗、推理與交流, 采用不同的表達方式，以