高二物理（人教版教科版通用）+交變電流教案

1、授課年級高二課題3.1交變電流課程類型新授課設(shè)計宗旨物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和 關(guān) 鍵 能 力，是 學(xué) 生 通 過 物 理 學(xué) 習(xí) 內(nèi) 化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，主要由“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“實驗探究”、“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等個方面的要素構(gòu)成?；谖锢砗诵乃仞B(yǎng)導(dǎo)向的“交變電流”教學(xué)案例凸顯實驗探究和科學(xué)思維、創(chuàng)設(shè)真實的情境形成物理觀念、滲透科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，充分體現(xiàn)物理學(xué)科對提高學(xué)生核心素養(yǎng)的獨特作用。教材分析“交變電流”是普通高中人教版物理選修 3-2 第五章第一節(jié)的內(nèi)容，其產(chǎn)生的原理是基于電磁感應(yīng)的基本規(guī)律，所以本章是前一

2、章的延 續(xù)和發(fā)展，是電磁感應(yīng)理論的具體應(yīng)用。另一方面，本節(jié)知識也是全章 的理論基礎(chǔ)，所以本節(jié)內(nèi)容有承上啟下的作用。 為了適應(yīng)學(xué)生的接受能力，教材采取從感性到理性、從定性到定量逐漸深入的方法講述這個問題.教材先用教具演示矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生交流電，以展示交流電是怎樣產(chǎn)生的.并強調(diào)讓學(xué)生觀察教材圖5.1-3所示線圈通過甲、乙、丙、丁四個特殊位置時，電流表指針變化的情況，分析電動勢和電流方向的變化，這樣學(xué)生就會對電動勢和電流的變化情況有個大致的了解.然后讓學(xué)生用右手定則獨立分析線圈中電動勢和電流的方向.這樣能充分調(diào)動學(xué)生的積極性,培養(yǎng)學(xué)生的觀察和分析能力.關(guān)于交變電流的變化規(guī)律,教材利

3、用上章學(xué)過的法拉第電磁感應(yīng)定律引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行推導(dǎo),得出感應(yīng)電動勢的瞬時值和最大值的表達(dá)式,進(jìn)而根據(jù)閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律推出電流與電壓瞬時值與最大值的表達(dá)式.學(xué)情分析學(xué)生掌握了法拉第電磁感應(yīng)定律，也掌握了導(dǎo)體棒切割磁感應(yīng)線 產(chǎn)生感應(yīng)電流方向的判斷和大小的計算，具有較強的綜合分析能力。這為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了理論基礎(chǔ)，學(xué)生對交流電早有耳聞，這也為學(xué)習(xí)本節(jié)課做好了心理準(zhǔn)備。但交變電流的相關(guān)知識點多，產(chǎn)生過程較為復(fù)雜，學(xué)生很難構(gòu)建模型，因此，讓學(xué)生通過定性分析，定量探究正弦式交變電流的變化規(guī)律是最為直接和有效的教學(xué)方式，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究的品質(zhì)。教學(xué)目標(biāo)物理觀念1、知道交變電流的特點

4、2、知道中性面及其特點3、知道正弦式交變電流方向及大小在特殊位置的變化情況4、知道正弦式交變電流電動勢的表達(dá)式科學(xué)思維1、會判斷正弦式交變電流方向在什么位置發(fā)生改變2、會判斷正弦式交變電流在什么位置最小，什么位置最大3、能夠建立模型，用法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)交變電流感應(yīng)電動勢的表達(dá)式科學(xué)探究1、通過觀察實驗，明確交變電流大小和方向的變化特點2、通過構(gòu)建模型理論推導(dǎo)，掌握交變電流電動勢的變化規(guī)律3、通過實驗，定量驗證交變電流電動勢的表達(dá)式科學(xué)態(tài)度與責(zé)任1、培養(yǎng)學(xué)生觀察定性分析定量推導(dǎo)的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究方法和習(xí)慣2、在研究問題中，培養(yǎng)學(xué)生突出主要矛盾、忽略次要因素的思維方法重點難點教學(xué)重點通過實驗探

5、究交變電流，讓學(xué)生理解和掌握交變電流的產(chǎn)生過程及其變化規(guī)律。教學(xué)難點在定量探究交變電流規(guī)律的過程中，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。教學(xué)思路重點突出，難點突破： 通過矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動一周的演示，立體圖結(jié)合側(cè)視圖分析，使學(xué)生理解交變電流產(chǎn)生的原理和方向變化特點。 推導(dǎo)瞬時電動勢大小時，通過側(cè)視圖分析線圈運動方向與磁場方向之間的關(guān)系，利用導(dǎo)體切割磁感線方法來處理，使問題容易理解。教 學(xué) 過 程創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課實驗：學(xué)生電源交流檔與電流傳感器組成回路，使學(xué)生認(rèn)識交變電流交變電流的產(chǎn)生下面我們來詳細(xì)了解一下實驗室常見的手搖發(fā)電機的基本構(gòu)造（多媒體投影結(jié)構(gòu)圖如圖所示）師：磁極N與S間提供

6、近似的勻強磁場，線框的ab邊穿過圓環(huán)k但不接觸，與圓環(huán)l相連接，cd邊跟圓環(huán)k相連接，AB是金屬制成的電刷，分別壓在兩個圓環(huán)kl上，可以保證線圈在轉(zhuǎn)動時通過圓環(huán)和電刷始終與外電路的連接，搖動手柄通過轉(zhuǎn)輪，皮帶帶動線框在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動師：工業(yè)上在產(chǎn)品設(shè)計出來之后，對產(chǎn)品的性能特點必須全面了解。為了更好地利用這臺發(fā)電機發(fā)出來的電，我們需要進(jìn)一步研究這種電流的產(chǎn)生過程，弄清電流大小、方向分別是如何變化的師：要研究電流的大小是如何變化的，我們需要什么理論工具？生：法拉第電磁感應(yīng)定律師：要研究電流的方向是如何變化的，我們需要什么理論工具？生：楞次定律，右手定則師：為了簡單起見，我們

7、將線圈簡化為單匝線圈，且為了更好地幫助大家建構(gòu)線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動情景，我這里呈現(xiàn)了一個模型教具，可以直觀地展示線圈的轉(zhuǎn)動情況為了便于解決問題，我們常常通過視角轉(zhuǎn)換的方式將立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖。交流發(fā)電機一個周期內(nèi)轉(zhuǎn)動過程的示意圖如圖所示請同學(xué)們把這幾幅立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖，并結(jié)合平面圖分析這幾個特殊位置有什么特點，填入表格生：繪制平面圖并填寫教師課前設(shè)計好的表格，結(jié)束后相互討論交流，達(dá)成共識結(jié)果如圖及表所示特殊位置甲乙丙丁甲磁通量最大0最大0最大感應(yīng)電動勢0最大0最大0感應(yīng)電流0最大0最大0ab邊感應(yīng)電流方向無b-a無a-b無師：假設(shè)ab邊電流從b流向a的方向為正，反之為負(fù)，在橫坐標(biāo)軸上標(biāo)出線圈到

8、達(dá)甲、乙、丙、丁、甲幾個位置時對應(yīng)的時刻,大致畫出磁通量隨時間變化的曲線，以及感應(yīng)電流隨時間變化的曲線。生：線圈平面與磁場方向垂直時，電流方向發(fā)生改變。師：我們將線圈平面與磁場方向垂直的位置命名為中性面，中性面的磁通量最大，感應(yīng)電動勢為零，感應(yīng)電流為零，關(guān)鍵是線圈每經(jīng)過一次中性面，電流方向改變一次。設(shè)計意圖：通過立體圖與平面圖的結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力，空間想象能力表格的設(shè)計使學(xué)生更清晰地看到在甲乙丙丁幾個特殊位置磁通量、磁通量的變化率、感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流的方向的特點，從而總結(jié)規(guī)律，形成并理解中 性面的概念。通過這樣的教學(xué)情境設(shè)計，能幫助學(xué)生正確理解中性面等概念，突破不易觀察的教學(xué)難點。避

9、免了知識以枯燥、呆板的形式傳授給學(xué)生，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知需求，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，逐步提升學(xué)生化抽象為直觀，歸納演繹的科學(xué)思維能力。交變電流的變化規(guī)律師：通過電流隨時間變化的圖像，我們看到手搖發(fā)電機中的交變電流似乎在按照正弦函數(shù)的規(guī)律變化，實際情況是這樣嗎？我們可以選取線 圈 在 非特 殊 位 置，進(jìn)行深入的研究-理論推導(dǎo)設(shè)勻強磁場磁感應(yīng)強度為，單匝線圈從中性面開始，繞垂直于磁場方向的中心軸沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，角速度為，線圈ab、dc邊長為ad、bc邊長為，經(jīng)過時間t，問題1：線圈與中性面的夾角為多大？問題2：ab邊的線速度為多大？問題3：ab邊的有效切割速度多大？問題4：ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢

10、多大？問題5：ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向如何？問題6：ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與dc邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小關(guān)系如何？方向如何？問題7：整個線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢多大？問題8：若實際的線圈匝數(shù)為N，整個線圈中的感應(yīng)電動勢多大？問題9：若整個線圈（總電阻為）和外電阻（阻值為）組成閉合電路，則電路中的感應(yīng)電流為多大？路端電壓為多大？生：在問題串的引領(lǐng)下，憑借已有的三角函數(shù)和電磁感應(yīng)的知識推導(dǎo)出感應(yīng)電動勢的表達(dá)式為感應(yīng)電流的表達(dá)式為，路端電壓的表達(dá)式為 師：e ,i ,u隨著時間按正弦規(guī)律變化，不同時刻有不同的數(shù)值，叫做瞬時值，、 叫做峰值設(shè)計意圖：了解學(xué)生現(xiàn)有的知識水平，圍繞教學(xué)目標(biāo)，按一定的次序精心設(shè)

11、計一組貼近學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”的問題串，為學(xué)生提供主動參與探索發(fā)現(xiàn)的機會，激發(fā)學(xué)生的獨立思考 和積極建構(gòu)。在“問題串”的引領(lǐng)下，學(xué)生的思維能夠由表里，由淺入深，循序漸進(jìn)，可以有效地分解教學(xué)難點，同時提升學(xué)生理論分析的能力。實施核心素養(yǎng)導(dǎo)向的物理教學(xué)，需要教師轉(zhuǎn)變教學(xué)的價值觀念，運用自己的教育智慧，將冰冷的學(xué)術(shù)結(jié)論動態(tài)地、生動地展示在學(xué)生面前，易于學(xué)生接受，從而提高學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在問題的探索過程中真切感受物理的思想方法，逐步形成科學(xué)思維，有效培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。交變電流的圖像師：由前面的表達(dá)式可得到正弦交變電流的電動勢e、電流i和路端電壓u隨時間變化的圖像，如圖所示這種按正弦規(guī)

12、律變化的交變電流叫作正弦式交變電流，簡稱正弦式電流,正弦式電流是最簡單、最基本的交變電流。電力系統(tǒng)中應(yīng)用的多是正弦式電流。拓展思考師：由磁通量隨時間變化的關(guān)系圖像，能不能得出瞬時電動勢隨時間變化的圖像？ 生：能，E=n ()/t當(dāng)t很短趨于零時，這樣求出來的就變?yōu)樗矔r感應(yīng)電動勢了，在-t圖像中()/t相當(dāng)于圖像的斜率，描點、連線2、師：若線框以ab邊為轉(zhuǎn)軸仍從與磁場垂直的位置開始逆時針勻速轉(zhuǎn)動，保持線圈的匝數(shù)和面積不變，感應(yīng)電動勢的變化規(guī)律是否仍然為？ 生：線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動，那么只有cd邊切割磁感線了進(jìn)而簡化為3、師：從垂直中性面開始以中軸線oo為軸逆時針勻速轉(zhuǎn)動，經(jīng)過時間t線圈的瞬時感應(yīng)電動勢還按正弦規(guī)律變化嗎？ 生：垂直于磁感線的分量因此ab邊、cd邊的感應(yīng)電動勢因為他們在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢繞