描述交變電流的物理量教學設計

描述交變電流的物理量教學設計?一、教學目標1.知識與技能目標理解交變電流的周期、頻率的概念，知道它們之間的關系，并能進行相關計算。理解交變電流的有效值的概念，會根據(jù)有效值的定義進行簡單的計算，能區(qū)分交變電流的有效值和最大值。掌握正弦交變電流的有效值與最大值之間的關系\(I=\frac{I_{m}}{\sqrt{2}}\)，\(U=\frac{U_{m}}{\sqrt{2}}\)，\(E=\frac{E_{m}}{\sqrt{2}}\)，并能運用該關系進行有關的計算和分析實際問題。2.過程與方法目標通過對交變電流變化規(guī)律的進一步探究，培養(yǎng)學生觀察、分析、歸納和邏輯推理能力。通過有效值概念的建立過程，體會等效替代的物理思想方法，提高學生解決實際問題的能力。3.情感態(tài)度與價值觀目標通過了解交變電流在生產(chǎn)生活中的廣泛應用，體會物理與生活的緊密聯(lián)系，激發(fā)學生學習物理的興趣。通過探究交變電流的物理量，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和勇于探索的精神。

二、教學重難點1.教學重點交變電流的周期、頻率的概念及關系。交變電流有效值的概念、定義方法及計算。正弦交變電流有效值與最大值的關系。2.教學難點交變電流有效值概念的理解及定義方法。如何引導學生通過實驗探究和理論分析得出正弦交變電流有效值與最大值的關系。

三、教學方法講授法、實驗探究法、討論法、類比法

四、教學過程

（一）導入新課（5分鐘）通過多媒體展示一些生活中常見的交變電流的應用場景，如家用照明電路、工廠的動力用電、手機充電器等，引導學生觀察這些交變電流的特點，引出本節(jié)課要學習的描述交變電流的物理量。

提問：同學們，我們在生活中經(jīng)常會用到交變電流，那你們有沒有想過如何描述交變電流的變化快慢以及它對用電器的實際作用呢？這就是我們今天要學習的內(nèi)容。

（二）新課教學1.交變電流的周期和頻率（10分鐘）結(jié)合交變電流的圖像，講解周期的概念展示交變電流的\(it\)圖像（正弦交變電流圖像），說明交變電流完成一次周期性變化所需要的時間叫做周期，用\(T\)表示，單位是秒（\(s\)）。強調(diào)周期描述了交變電流變化的快慢，周期越小，交變電流變化得越快。講解頻率的概念提問學生：在單位時間內(nèi)交變電流完成周期性變化的次數(shù)叫做頻率，用\(f\)表示，單位是赫茲（\(Hz\)）。引導學生思考周期和頻率的關系，通過舉例說明，如\(1\)秒內(nèi)交變電流完成\(50\)次周期性變化，則頻率\(f=50Hz\)，周期\(T=\frac{1}{f}=\frac{1}{50}s=0.02s\)。總結(jié)周期和頻率的關系：\(T=\frac{1}{f}\)或\(f=\frac{1}{T}\)。介紹我國民用交變電流的周期和頻率說明我國民用交變電流的周期\(T=0.02s\)，頻率\(f=50Hz\)，電流方向每秒改變\(100\)次。2.交變電流的有效值（25分鐘）提出問題，引發(fā)思考展示一個標有"\(220V\)，\(100W\)"的燈泡，提問學生：這里的\(220V\)指的是什么電壓？如果把這個燈泡接在交變電流上，它消耗的功率與接在\(220V\)直流電源上時一樣嗎？引導學生思考交變電流的大小是隨時間變化的，如何來衡量它對用電器的作用效果呢？從而引出有效值的概念。講解有效值的概念通過實驗探究，讓學生觀察交變電流和直流電流通過相同電阻時產(chǎn)生的熱量情況。實驗裝置：將兩個相同的電阻\(R\)分別與交變電流電源和直流電源相連，在電阻\(R\)旁邊放置兩個完全相同的溫度計，用于測量電阻產(chǎn)生的熱量。實驗過程：閉合開關，分別記錄在相同時間\(t\)內(nèi)，交變電流和直流電流通過電阻\(R\)時溫度計示數(shù)的變化情況。實驗結(jié)果：發(fā)現(xiàn)當直流電流\(I_{直}\)和交變電流的有效值\(I\)滿足\(I^{2}Rt=I_{直}^{2}Rt\)時，兩個電阻產(chǎn)生的熱量相同。由此定義交變電流的有效值：讓交變電流和直流電流通過相同阻值的電阻，如果它們在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流電流的數(shù)值叫做這一交變電流的有效值。強調(diào)有效值的注意事項有效值是根據(jù)電流的熱效應來規(guī)定的，對于交變電流來說，它的有效值是不變的，而最大值是隨時間變化的。不同類型的交變電流，其有效值和最大值的關系不同，對于正弦交變電流，我們有特定的關系。探究正弦交變電流有效值與最大值的關系（15分鐘）引導學生推導正弦交變電流有效值與最大值的關系設正弦交變電流\(i=I_{m}\sin\omegat\)，根據(jù)有效值的定義，在一個周期\(T\)內(nèi)，交變電流通過電阻\(R\)產(chǎn)生的熱量\(Q=\int_{0}^{T}i^{2}Rdt=\int_{0}^{T}I_{m}^{2}\sin^{2}\omegatRdt\)。利用三角函數(shù)公式\(\sin^{2}\alpha=\frac{1\cos2\alpha}{2}\)，將上式化簡為\(Q=I_{m}^{2}R\int_{0}^{T}\frac{1\cos2\omegat}{2}dt\)。計算積分可得\(Q=\frac{1}{2}I_{m}^{2}RT\)。設有效值為\(I\)，則在相同時間\(T\)內(nèi)，直流電流\(I\)通過電阻\(R\)產(chǎn)生的熱量\(Q=I^{2}RT\)。因為\(I^{2}RT=\frac{1}{2}I_{m}^{2}RT\)，所以可得\(I=\frac{I_{m}}{\sqrt{2}}\)。同理可得正弦交變電流電壓的有效值\(U=\frac{U_{m}}{\sqrt{2}}\)，電動勢的有效值\(E=\frac{E_{m}}{\sqrt{2}}\)。通過例題鞏固正弦交變電流有效值與最大值的關系例1：已知正弦交變電流的最大值\(I_{m}=10A\)，求其有效值\(I\)。解：根據(jù)\(I=\frac{I_{m}}{\sqrt{2}}\)，可得\(I=\frac{10}{\sqrt{2}}=5\sqrt{2}A\)。例2：一正弦交變電流的電動勢最大值\(E_{m}=311V\)，求其有效值\(E\)。解：由\(E=\frac{E_{m}}{\sqrt{2}}\)，得\(E=\frac{311}{\sqrt{2}}\approx220V\)。3.課堂小結(jié)（5分鐘）引導學生回顧本節(jié)課所學內(nèi)容，總結(jié)交變電流的周期、頻率、有效值的概念以及它們之間的關系。強調(diào)正弦交變電流有效值與最大值的關系\(I=\frac{I_{m}}{\sqrt{2}}\)，\(U=\frac{U_{m}}{\sqrt{2}}\)，\(E=\frac{E_{m}}{\sqrt{2}}\)在解決實際問題中的應用。

（三）課堂練習（10分鐘）1.一交變電流的電流隨時間變化的規(guī)律如圖所示，則此交變電流的有效值是（）A.\(5\sqrt{2}A\)B.\(5A\)C.\(3.5\sqrt{2}A\)D.\(3.5A\)2.一個標有"\(220V\)，\(60W\)"的白熾燈泡，接在有效值為\(110V\)的交流電源上，則燈泡的實際功率為（）A.\(15W\)B.\(30W\)C.\(60W\)D.\(120W\)3.已知正弦交變電流的頻率\(f=50Hz\)，則其周期\(T\)為多少？若其最大值\(I_{m}=20A\)，則有效值\(I\)為多少？

（四）課后作業(yè)1.完成課本上相關的練習題，加深對交變電流的周期、頻率、有效值等概念的理解。2.查閱資料，了解生活中還有哪些地方應用了交變電流的有效值，并思考為什么要采用有效值來描述交變電流。

五、教學反思通過本節(jié)課的教學，學生對交變電流的周期、頻率和有效值等物理量有了較為清晰的認識。在教學過程中，通過實驗探究、理論推導等方式，讓學生經(jīng)歷了有效值概念的建立過程，培養(yǎng)了