最新人教版高中物理选修32第五章《交变电流》教学设计.docx

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最新人教版高中物理选修32第五章《交变电流》教学设计

教学设计

1　交变电流

本节分析

交变电流是生活和生产中最常见的电流，交变电流的产生和变化规律是本章知识的重点，是变压器和远距离输电的基础，又是上一章电磁感应和楞次定律的延续和发展，具有承上启下的作用．本节内容的特点之一：

通过演示实验和探究实验，使学生参与到探究物理规律的过程，体验学物理的乐趣；本节内容的特点之二：

演示实验多，再加上学生的探究实验，故容量大，时间紧，需仔细安排，做到时间分配合理，条理清晰，重点突出．

学情分析

学生对“直流电”这一部分知识有一定的基础，但是对“交变电流”的认识仅局限于生活中的常见电器．学生已经学习了电磁感应，理解了导体切割磁感线会产生电动势．在此基础上学习交变电流，亦符合学生的认知规律．但“交变电流”是新的概念，鉴于学生的接受能力不同，讲解时还需详细，加强引导．应该采用多媒体教学的手段，以便更直观、更立体地让学生接受．Ｋ

教学目标

知识与技能

（1）使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面．

（2）掌握交变电流的变化规律及表示方法．

（3）理解交变电流的瞬时值和峰值及中性面的准确含义．

过程与方法

（1）掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）．

（2）培养学生的观察能力、空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力．

（3）培养学生运用数学知识解决物理问题的能力．

情感、态度与价值观

通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性．

教学重难点

1．交变电流产生的物理过程分析．

2．交变电流的变化规律及应用．

教学准备

手摇发电机、小灯泡、示教电流表、电压传感器（或电流传感器）、学生电源、多媒体课件等．

教学设计

（一）●（设计者：

曲开菊　第七届全国中小学互动课堂教学实践观摩活动一等奖）

教学过程设计

主要教学过程

教学设计

教师活动

学生活动

一、引入新课

【演示实验】

出示手摇发电机，引导学生观察它的主要构造．然后用手摇动发电机，第一次发电机接小灯泡．当线框缓慢转动时，小灯泡不发光；当线框快速转动时，小灯泡一闪一闪地发光．第二次发电机接上示教电流表，当线框缓慢转动时，电流表的指针左右摆动.

问题：

线圈中产生的电流是恒定电流吗？

思路点拨：

这种电流与家庭电路中的电流相似，电流的大小和方向都发生着变化.

引导学生观察实验现象，思考为什么会有这样的现象产生，从而引入交变电流的学习.

观察实验现象，思考交流、总结，电流的大小方向变化的原因.

二、新课教学

（一）交变电流

【演示实验】

通过电压传感器（或电流传感器）观察电池供给的电压（或电流）的波形，再观察学生电源交流挡供给的电压（或电流）的波形.

　问题：

电压（或电流）的波形是什么形状？

表示电压（或电流）如何变化？

答案点拨：

电压（或电流）的波形与余弦函数图象的形状相同，表示电压（或电流）的大小和方向随时间周期性变化.

【自主学习】

阅读课本P31“交变电流”的内容，学习交变电流的相关知识.

1.交变电流：

方向随时间周期性变化的电流叫做交变电流.

2.直流：

方向不随时间变化的电流叫做直流.

3.恒定电流：

大小和方向都不随时间变化的电流.

4.交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流.

观察实验得到电压（或电流）的波形，找出问题的答案.

阅读课本P31，归纳总结直流、交变电流和恒定电流.

（二）交变电流的产生

【课件展示】

利用多媒体课件展示交流发电机的示意图，引导学生观察线圈及磁场的特点，画出实物的正视图.

（1）图甲：

磁场方向与线圈平面垂直，通过线圈的磁通量最大．线圈的各边都不切割磁感线，线圈中无感应电流．（图1）

（2）图乙：

磁场的方向与线圈平面平行，通过线圈的磁通量为零，两条边垂直切割磁感线，线圈中的感应电流最大，电流方向如图2所示.

图1图2

（3）图丙：

磁场方向与线圈平面垂直，通过线圈的磁通量最大．线圈的各边都不切割磁感线，线圈中无感应电流．（图3）

（4）图丁：

磁场的方向与线圈平面平行，通过线圈的磁通量为零，两条边垂直切割磁感线，线圈中的感应电流最大，电流方向如图4所示.

图3图4

【小组讨论】

（1）感应电流在什么位置改变方向？

（2）线圈转动一周，改变几次方向？

答案点拨：

（1）感应电流在中性面改变方向.

（2）线圈转动一周两次经过中性面，电流的方向改变两次.

【归纳总结】

1.线圈转动过程中感应电流的大小做周期性变化，在中性面位置（B⊥S），感应电流为零，在与中性面垂直的位置（B∥S），感应电流最大.

2.线圈每经过中性面一次，感应电流方向就会改变一次，线圈转动一周，感应电流方向改变两次.

认真观察示意图，自主完成正视图.

通过画图掌握中性面和与中性面垂直的位置的磁通量和电流特点.

通过讨论交流，明确感应电流方向改变的位置.

（三）交变电流的变化规律

【公式推导】

设线圈从中性面以角速度ω开始转动，经时间t，线圈转过θ＝ωt.

令AB＝DC＝l，AD＝BC＝d，则线圈的面积S＝ld.

此时，AB、CD的线速度v与B的夹角为θ.

AB、CD的感应电动势大小均为E＝Blvsinωt.

整个线圈中产生的瞬时电动势大小为e＝2E＝2Blvsinωt.

又v＝

，则e＝2Bl

sinωt＝BSωsinωt.

线圈在与中性面垂直的位置感应电动势最大Emax＝BSω.

所以，e＝Emaxsinωt.

若电路总电阻为R，则瞬时电流i＝

＝

sinωt＝Imaxsinωt.

同理可得，电路负载两端的电压为u＝Umaxsinωt.

【课件展示】

利用多媒体课件展示几种常见的交变电流的波形.

【归纳总结】

1.按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流.

2.正弦式交变电流的变化规律：

e＝Emaxsinωt，u＝Umaxsinωt，i＝Imaxsinωt.其中，Emax、Umax、Imax为峰值，e、u、i为瞬时值.

【反馈练习】

发电机产生的按正弦规律变化的电动势最大值为Emax＝311V，其线圈的匝数为n＝100，在匀强磁场中匀速转动的角速度为ω＝100πrad/s，从线圈经过中性面开始计时.

（1）写出当时的瞬时表达式；

（2）此发电机与外电路组成闭合电路时，总电阻为R＝100Ω，求t＝

s时的电流.

画出示意图，利用电磁感应定律、数学知识等推导得出感应电动势的表达式.

观察图象，了解常见的交变电流的波形.

理解记忆相关知识.

答案：

（1）e＝311sin100πt（V）

（2）1.555A

三、课堂小结

回顾本节课“你学到了什么？

”

梳理本节知识要点

四、课堂检测

教师巡视、讲评.

完成检测题

五、布置作业

问题与练习：

3、4、5.

课后完成

板书设计

1　交变电流

一、交变电流

1.交变电流：

方向随时间周期性变化的电流叫做交变电流

2.直流：

方向不随时间变化的电流叫做直流

3.恒定电流：

大小和方向都不随时间变化的电流

4.交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流

二、交变电流的产生

1.线圈在与中性面垂直的位置（B∥S），感应电流最大

2.线圈在中性面位置（B⊥S），感应电流为零，方向发生变化

3.线圈转动一周，感应电流方向改变两次

三、交变电流的变化规律

1.按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流

2.e＝Emaxsinωt，u＝Umaxsinωt，i＝Imaxsinωt.其中，Emax、Umax、Imax为峰值，e、u、i为瞬时值

教学反思

1．本节课首先利用演示实验，引导学生区分交流与直流的不同之处，即交变电流的特殊之处．对于交变电流的产生，采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的方法．为了便于学生理解和掌握，让学生通过观察发电机的示意图，画出线圈通过四个特殊位置时的正视图，分析感应电动势和感应电流方向的变化，使学生熟练掌握线圈转动一周感应电动势和感应电流的变化．

2．本节内容出现了许多新名词，如交变电流、正弦式电流、中性面、瞬时值、峰值（以及下一节的有效值）等等．通过公式推导过程、交变电流的图象的描绘等，让学生明白这些名词的准确含义，特别是对中性面的理解．

教学过程设计

一、引入新课

【演示实验】

把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端．转动手柄，两个磁极之间的线圈转动．观察发光二极管的发光情况．

提出问题：

实验现象说明了什么？

思路点拨：

观察到的实验现象是两个发光二极管交替发光．手摇发电机的手柄带动发电机的线圈转动，线圈在磁场中的磁通量变化情况不同，产生的感应电流的大小、方向发生变化，由于发光二极管并联在一起，但是正负极的方向不同，导致它们不会同时发光．

我们把这种方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流，简称交流．现代生产和生活中大都使用交变电流．今天我们学习交变电流的产生和变化规律．

二、新课教学

（一）交变电流

【自主学习】

引导学生阅读课本P31“交变电流”的内容，学习交变电流的相关知识．

1．交变电流：

方向随时间周期性变化的电流叫做交变电流．

2．直流：

方向不随时间变化的电流．

3．恒定电流：

大小和方向都不随时间变化的电流．

4．交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流．

【演示实验】

用示波器演示直流和交变电流随时间变化的图象．

【反馈练习】

在如图所示的几种电流随时间变化的图象中，属于直流电的是________，属于交变电流的是__________．

答案：

1、2　3、4、5、6

（二）交变电流的产生

【课件展示】

利用多媒体课件展示交流发电机的示意图，并设置以下问题．

（1）在线圈转动过程中，哪些边会产生感应电动势？

（2）线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？

线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？

（3）当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？

（4）大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E流向F的电流记为正，反之为负．在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻．

答案点拨：

（1）在线圈转动过程中，AB和CD边切割磁感线，产生感应电动势．

（2）线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流由B向A流动；线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流由A向B流动．

（3）当线圈转到与磁场的方向垂直的位置时，线圈中没有电流；当线圈转到与磁场的方向平行时，线圈中的电流最大．

（4）

【归纳总结】

1．中性面：

线框平面与磁感线垂直的位置．

2．线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但感应电流为零．

3．线圈经过中性面时，线圈中的电流方向改变，线圈转一周，感应电流方向改变两次．

【反馈练习】

矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是（　　）

A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大

B．在中性面时，感应电动势为零

C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零

D．线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次

答案：

ABD

（三）交变电流的变化规律

【课件展示】

如图所示，矩形线圈ABCD在匀强磁场中，AB边的长度为l，BC边的长度为d，线圈的阻值为R，以AB边所在的直线为轴，以一定的角速度ω从该位置开始匀速转动．

问题：

（1）CD边的线速度多大？

（2）如图所示，经过时间t，CD边的线速度与磁感线的夹角θ＝ωt，线圈中的感应电流的大小和方向如何？

（3）如图所示，经过时间t，CD边的线速度与磁感线的夹角为θ＝ωt－π，线圈中的感应电流的大小和方向如何？

答案点拨：

（1）当线圈ABCD以AB边所在的直线为轴匀速转动时，CD边的线速度v＝ωd.

（2）此时的感应电动势E＝Blvsinθ＝Blωdsinωt，线圈中的感应电流I＝

＝

，感应电流方向为由D到C.

（3）此时的感应电动势E＝Blvsinθ＝－Blωdsinωt，线圈中的感应电流I＝

＝－

，感应电流方向为由C到D.

公式推导：

线圈在与中性面垂直的位置感应电动势最大Emax＝BSω.所以，线圈的感应电动势e＝Emaxsinωt.线圈中的电流为i＝

＝

sinωt＝Imaxsinωt.CD边切割磁感线为等效电源，CD两端的电压u＝Umaxsinωt.

【课件展示】

利用多媒体展示几种常见的交变电流的波形．

【归纳总结】

1．按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流．

2．正弦式交变电流的变化规律：

e＝Emaxsinωt，u＝Umaxsinωt，i＝Imaxsinωt.其中，Emax、Umax、Imax为峰值，e、u、i为瞬时值．

【反馈练习】

如图所示，ab边长为20cm，ad边长为10cm的矩形线圈，匝数N＝10，磁场的磁感应强度B＝0.2T，线圈转速n＝100r/s.求：

（1）该线圈产生的感应电动势的最大值；

（2）若从中性面计时，则经过

s时线圈电动势的瞬时值．

答案：

（1）8π　

（2）4

π

三、课堂小结

引导学生自主总结本节课的收获，然后小组内交流、补充．

四、布置作业

问题与练习：

3、4、5.

板书设计

1　交变电流

一、交变电流

1.交变电流：

方向随时间周期性变化的电流叫做交变电流

2.直流：

方向不随时间变化的电流

3.恒定电流：

大小和方向都不随时间变化的电流

4.交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流

二、交变电流的产生

1.中性面：

线框平面与磁感线垂直的位置

2.线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但感应电流为零

3.线圈经过中性面时，线圈中的电流方向改变，线圈转一周，感应电流方向改变两次

三、交变电流的变化规律

1.按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流

2.正弦式交变电流的变化规律：

e＝Emaxsinωt，u＝Umaxsinωt，i＝Imaxsinωt.其中，Emax、Umax、Imax为峰值，e、u、i为瞬时值

教学反思

1．本节课借助演示实验引入交流、直流的概念，通过电压传感器（或电流传感器）展现两种电流变化的不同情况，通过图象对比，先了解什么是交变电流，然后再学习交变电流是怎样产生的，有利于学生在感性认识的基础上再做理性分析，达到了降低教学难度的效果．

2．对于交变电流的产生和变化规律，本节课采取由感性认识到理性认识，由定性到定量，逐步深入的讲述方法．为了便于学生理解和掌握，利用了模型和多媒体动画配合讲解．通过有梯度的问题链的方式引导学生分析线圈转动过程中电动势的变化，逐步深入，降低了学习难度．

3．本节课学生通过对物理规律的定性、定量的推导，体验了探究发现的乐趣，提高了探究物理规律的能力，体会到了运用数学知识解决物理问题的重要性．

交变电流与直流电“大战”

19世纪末，在爱迪生的推动下，直流电已经有了相当广泛的应用．不过在实际应用中，直流电存在着很大缺点：

不仅需要大量的铜线，而且不能远距离输电，每平方英里，就需要一个单独的发电机供电，很不经济．出生于克罗地亚的发明家特斯拉考虑采用交变电流来代替直流电．交变电流系统使用高电压、小电流供电，然后利用变压器调节电流、电压，来适应用户需要．它的突出优点是可以用细导线实现远距离送电．

但是，这种既经济又科学的方案一提出，立即遭到爱迪生的强烈反对．出于竞争的需要，爱迪生声称采用交变电流比直流电危险得多．为了证明交变电流的安全性，特斯拉特地制作了一个“特斯拉线圈”，它是由一个感应线圈、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成的，这种装置可以产生频率很高的高压电．不过这种高压电的电流极小，对人体不会产生显著的生理效应．特斯拉在一次记者招待会上，让交变电流从“特斯拉线圈”通过自己的身体，点亮了电灯，甚至还熔化了电线．在场的记者个个目瞪口呆，取得了极大的宣传效果．特斯拉的胜利，加速了交变电流的推广应用．

特斯拉与爱迪生之间的矛盾是如此之深，以致当他知道自己将与爱迪生一起分享1912年的诺贝尔物理学奖时，他表示不接受授奖．最后，这一年度的诺贝尔物理学奖便转发给了瑞典物理学家达伦．