《交變電流的描述》教學設計-高二下學期物理人教版(2019)選擇性必修第二冊

第三章交變電流 第2節(jié)交變電流的描述教學內(nèi)容分析《交變電流的描述》是《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》選擇性必修第二冊模塊中“電磁感應及其應用”主題下的內(nèi)容。課程標準要求為：能用公式和圖像描述正弦交變電流?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準(2017年版)解讀》對課程標準的解讀為：學生能夠根據(jù)交流電的特征，會用函數(shù)表達式來描述交變電流，并知道公式中的交變電流的電流或電壓的最大值、瞬時值、有效值以及它們之間的相互關系；能夠用圖像來表示一個交變電流，并從圖像特征找出電流或電壓的最大值、有效值和某一時刻的瞬時值。學生應該明確描述交變電流的另外兩個重要物理量周期與頻率及其意義，知道我國供電系統(tǒng)的交流電的頻率。相位和相位差不作要求。通過本節(jié)教學，讓學生知道可以用圖像全面、細致地描述交變電流，交變電流具有周期性，這種周期性可以用周期或頻率描述，它們描述了交變電流變化的快慢。峰值描述電流和電壓在變化過程中的最大值，反映交變電流的變化范圍。有效值概念是本節(jié)的難點，要理解有效值是從電阻產(chǎn)生的焦耳熱相等這意義來定義的。學情分析學生在學習圓周運動內(nèi)容時熟悉周期、頻率和角頻率ω的含義和它們的物理意義，在數(shù)學課程對正弦函數(shù)和余弦函數(shù)有了深入了解，熟悉它們的圖像。用數(shù)學表達式和圖像描述交變電流對學生容易接受，學習不會遇到很大的困難。有效值概念是本節(jié)教學的難點，學生難以把握有效值含義。教學時可以提出如何計算交變電流通過電阻，在電阻產(chǎn)生的熱量計算問題引入有效值概念。教學目標1.學生知道交變電流的周期、頻率的含義以及二者之間的關系；知道峰值和有效值的含義以及二者之間的關系。2.學生能根據(jù)交變電流圖像識別周期、頻率、峰值，會用周期、峰值等物理量用數(shù)學函數(shù)表達式和圖像描述交變電流。3.學生理解有效值的物理含義，經(jīng)歷根據(jù)電流熱效應推導交變電流有效值的過程，體會“等效”的科學方法。4.學生知道我國家庭電路的頻率是50Hz，知道家用電器的電壓220V是有效值。教學重難點教學重點：用圖像和數(shù)學函數(shù)表達式描述交變電流教學難點：對交變電流有效值概念的理解教學方法：講授法、討論法、啟發(fā)式教學、仿真實驗教學教學過程仿真實驗引入新課線圈在勻強磁場中繞軸勻速轉動，第一次轉動角速度為ω，第二次轉動角速度為2ω.當線圈轉動時，指針運動情況有何不同？學生活動：學生對指針擺動情況進行預測。教師活動：學生預測后，播放仿真實驗，驗證學生的猜測是否正確。師：指針擺動情況有何不同？生1：角速度為2ω時，指針左右擺動得快一些。而且，指針擺動的幅度較大。師：“指針擺動得快一些”是什么意思？用物理語言如何表述？可以用哪個物理量描述？生2：指針運動具有周期性，角速度大，周期性。第二次的周期小。師：指針的示數(shù)表示什么物理量？“擺動幅度大”的含義是什么？生3：擺動幅度大，是指電流的最大值較大。新課教學一、周期、頻率和峰值師：線圈在磁場中勻速轉動，具有周期性。物理學中用周期描述這種性質(zhì)，也可以用頻率。教師總結周期和頻率的含義、關系以及物理意義。周期：線圈轉動一周的時間，國際單位為s。頻率：周期的倒數(shù)，f=eq\f(1,T)中國大陸地區(qū)：f=50Hz，T=0.02s角頻率ω：ω=2πf峰值：電流的最大值，Im=eq\f(NBSω,R)R為電路總電阻。課堂練習1一交變電流波形如圖.根據(jù)圖像，求：(1)該交變電流的周期是多少？頻率是多少？(2)電流方向在1s內(nèi)改變多少次？答案：(1)周期T=0.02sf=eq\f(1,T)=50Hz(2)100次課堂練習2線圈在磁場中繞軸勻速轉動，第一次角頻率為ω，第二次角速度為2ω.在同一個坐標系定性畫出兩次交變電流的圖像。思考與討論：家庭電路中使用交變電流，將燈泡接入電路，燈泡始終發(fā)光，亮度不變。但根據(jù)交變電流表達式i=Imsin(ωt)，電流有時為零，有時很小，燈泡功率變化。為何看不到燈泡亮度變化？生：家庭電路中交流電頻率為50Hz，周期為0.02s，周期太小，人的眼睛無法區(qū)分亮度變化。師：大家的猜測是否正確，我們通過實驗進行驗證。請大家觀看實驗視頻。演示實驗播放實驗視頻師：實驗證明大家的分析是正確的。手搖發(fā)電機，頻率小，看見燈泡亮度發(fā)生改變。師：既然交變電流電流大小一直變化，那么如何計算交變電流流過電阻產(chǎn)生的熱量？如果是恒定電流，如何計算熱量？生：利用焦耳定律Q=I2Rt.思考與討論：某交流電的電流波形圖如圖所示。該電流流過R=1Ω的電阻.師：請大家看圖示電流，如何計算這個電流在1s中產(chǎn)生的熱量。生4：分段。師：“分段”是什么意思？能不能詳細的說明計算方法?生4：電流在每一段大小不變，可以先把各段時間在電阻R上產(chǎn)生的熱量計算出來，最后求和相加得到在1s時間產(chǎn)生的總熱量。師：說得不錯！我們一起來算一下。(計算得熱量Q=2.8J)師：我們將這個電阻接在恒定電路中，通過R的電流恒定不變，如果該電流在1s時間產(chǎn)生的熱量也是2.8J，如何計算這個恒定電流的大?。可篒e2Rt=Q，解出Ie=eq\r(2.8)A。師：一般交流電流計算熱量需要用到積分，計算不方便。為簡便計算交變電流通過電阻產(chǎn)生的熱量，物理學中引入有效值概念。二、有效值定義：交變電流和恒定電流I通過同一電阻R，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，該恒定電流稱為交變電流的有效值?！坝行А敝鸽娏鳠嵝刃?，產(chǎn)生的熱量相等。正弦交變電流有效值：電流i=Imsin(ωt)瞬時功率P=i2R=Im2sin2(ωt)R=Im2R/2[1-cos(2ωt)]=P-t圖像面積表示電功，也等于產(chǎn)生的焦耳熱。即 Q =Σ[]?t==在一個周期內(nèi)，cos(2ωt)與時間圍成的圖像面積為零，即第二項求和為零。故 有 ，即Ie=eq\f(Im,\r(2))對于交變電流、電壓和電動勢，均有類似關系。家庭電路的220V電壓是指交變電流的有效值是220V.交流電表測得值也是有效值.課堂練習3家庭電路電壓的最大值多少伏？(220eq\r(2)V=311V)例題1一電流波形如圖.（0-0.5t0電流按正弦規(guī)律變化）試根據(jù)波形求：(1)周期是多少？(2)該電流有效值是多大？答案：(1)周期為t0；(2)板書設計第二節(jié)交變電流的描述一、周期、頻率、峰值T=eq\f(1,f)ω=2πf二、有效值1.含義：2.正弦交變電流有效值Ie=eq\f(Im,\r(2))Ue=eq\f(Um,\r(2))教學反思交變電流周期、頻率和峰值等概念學生容易理解，有效值的定義用到了等效的物理思想，教學時先