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計宗旨物理核心素養(yǎng)是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和 關 鍵 能 力，是 學 生 通 過 物 理 學 習 內(nèi) 化的帶有物理學科特性的品質(zhì)，主要由“物理觀念”、“科學思維”、“實驗探究”、“科學態(tài)度與責任”等個方面的要素構成。基于物理核心素養(yǎng)導向的“交變電流”教學案例凸顯實驗探究和科學思維、創(chuàng)設真實的情境形成物理觀念、滲透科學態(tài)度與責任，充分體現(xiàn)物理學科對提高學生核心素養(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，是電磁感應理論的具體應用。另一方面，本節(jié)知識也是全章 的理論基礎，所以本節(jié)內(nèi)容有承上啟下的作用。 為了適應學生的接受能力，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)動學生的積極性,培養(yǎng)學生的觀察和分析能力.關于交變電流的變化規(guī)律,教材利

3、用上章學過的法拉第電磁感應定律引導學生進行推導,得出感應電動勢的瞬時值和最大值的表達式,進而根據(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式.學情分析學生掌握了法拉第電磁感應定律，也掌握了導體棒切割磁感應線 產(chǎn)生感應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)課的學習打下了理論基礎，學生對交流電早有耳聞，這也為學習本節(jié)課做好了心理準備。但交變電流的相關知識點多，產(chǎn)生過程較為復雜，學生很難構建模型，因此，讓學生通過定性分析，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方式，進而培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W探究的品質(zhì)。教學目標物理觀念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式科學思維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，用法拉第電磁感應定律推導交變電流感應電動勢的表達式科學探究1、通過觀察實驗，明確交變電流大小和方向的變化特點2、通過構建模型理論推導，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式科學態(tài)度與責任1、培養(yǎng)學生觀察定性分析定量推導的嚴謹?shù)目茖W探究方法和習慣2、在研究問題中，培養(yǎng)學生突出主要矛盾、忽略次要因素的思維方法重點難點教學重點通過實驗探

5、究交變電流，讓學生理解和掌握交變電流的產(chǎn)生過程及其變化規(guī)律。教學難點在定量探究交變電流規(guī)律的過程中，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。教學思路重點突出，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，使學生理解交變電流產(chǎn)生的原理和方向變化特點。 推導瞬時電動勢大小時，通過側(cè)視圖分析線圈運動方向與磁場方向之間的關系，利用導體切割磁感線方法來處理，使問題容易理解。教 學 過 程創(chuàng)設情境，導入新課實驗：學生電源交流檔與電流傳感器組成回路，使學生認識交變電流交變電流的產(chǎn)生下面我們來詳細了解一下實驗室常見的手搖發(fā)電機的基本構造（多媒體投影結(jié)構圖如圖所示）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計好的表格，結(jié)束后相互討論交流，達成共識結(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最大感應電動勢0最大0最大0感應電流0最大0最大0ab邊感應電流方向無b-a無a-b無師：假設ab邊電流從b流向a的方向為正，反之為負，在橫坐標軸上標出線圈到

8、達甲、乙、丙、丁、甲幾個位置時對應的時刻,大致畫出磁通量隨時間變化的曲線，以及感應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，感應電動勢為零，感應電流為零，關鍵是線圈每經(jīng)過一次中性面，電流方向改變一次。設計意圖：通過立體圖與平面圖的結(jié)合，培養(yǎng)了學生的觀察能力，空間想象能力表格的設計使學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、感應電動勢、感應電流的方向的特點，從而總結(jié)規(guī)律，形成并理解中 性面的概念。通過這樣的教學情境設計，能幫助學生正確理解中性面等概念，突破不易觀察的教學難點。避

9、免了知識以枯燥、呆板的形式傳授給學生，引發(fā)學生的認知需求，激發(fā)學生的學習動機，逐步提升學生化抽象為直觀，歸納演繹的科學思維能力。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，進行深入的研究-理論推導設勻強磁場磁感應強度為，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)生的感應電動勢

10、多大？問題5：ab邊產(chǎn)生的感應電動勢方向如何？問題6：ab邊產(chǎn)生的感應電動勢與dc邊產(chǎn)生的感應電動勢大小關系如何？方向如何？問題7：整個線圈產(chǎn)生的感應電動勢多大？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，則電路中的感應電流為多大？路端電壓為多大？生：在問題串的引領下，憑借已有的三角函數(shù)和電磁感應的知識推導出感應電動勢的表達式為感應電流的表達式為，路端電壓的表達式為 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，、 叫做峰值設計意圖：了解學生現(xiàn)有的知識水平，圍繞教學目標，按一定的次序精心設

11、計一組貼近學生“最近發(fā)展區(qū)”的問題串，為學生提供主動參與探索發(fā)現(xiàn)的機會，激發(fā)學生的獨立思考 和積極建構。在“問題串”的引領下，學生的思維能夠由表里，由淺入深，循序漸進，可以有效地分解教學難點，同時提升學生理論分析的能力。實施核心素養(yǎng)導向的物理教學，需要教師轉(zhuǎn)變教學的價值觀念，運用自己的教育智慧，將冰冷的學術結(jié)論動態(tài)地、生動地展示在學生面前，易于學生接受，從而提高學生的積極性和學習興趣，讓學生在問題的探索過程中真切感受物理的思想方法，逐步形成科學思維，有效培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)。交變電流的圖像師：由前面的表達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t很短趨于零時，這樣求出來的就變?yōu)樗矔r感應電動勢了，在-t圖像中()/t相當于圖像的斜率，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邊的感應電動勢因為他們在線圈中產(chǎn)生的感應電動勢繞