《交变电流》教学设计

《交变电流》教学设计

一、三维教学目标 (一)知识教学点

1．使学生了解交流电的产生原理。 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最大值。 (二)技能与方法训练点

1．掌握描述物理规律的基本方法——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、动手能力、立体图转化为平面图进行处理问题的能力。

3．培养学生运用数学知识解决处理物理问题的能力。 (三)价值观培养

1．让学生充分体会简单美、对称美。

2．培养学生爱国主义精神及为富民强国认真学习的精神。

3、培养学生面对困难勇于探索的勇气。 二、重点、难点及解决办法 1．重点

交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点。

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2．难点

交变电流产生的物理过程的分析。 3．解决办法

(1)学生自制实物模型突破立体空间带来的难题 (2)通过对矩形线圈在匀强磁场中匀速转动一周的实物演示，立体图结合侧视图的分析、特殊位置结合任一位置分析使学生了解交变电流的大小和方向是如何变化的

三、教具及学具

手摇发电机模型、演示电流计、导线若干、教学挂图、投影仪、多媒体课件、自制发电机模型

四、学生活动设计

1．学生通过设计发电机模型、自制发电机模型、观察发电机产生感应电流的演示实验、动手推导交变电流的规律，得出交变电流的概念及产生过程，通过练习加深交变电流的概念理解。

2．学生通过参与正弦式交变电流产生的过程分析，掌握过程分析的方法及抓住关键位置讨论的方法，立体转化为平面的处理方法，同时得出正弦交变电流的变化规律。

3．学生通过观察市电的电压图象，得出交变电流变化规律描述的另一种方式——图象。

五、教学实施过程 (一)整体感知

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本章知识是前四章学过的电磁学知识的进一步发展和应用，跟生产和生活实际有着密切的联系。通过教学使学生了解有关交流电的基本知识对生产技术发展的作用，体会理论对实践的指导意义，提高学生学习物理的积极性，同时巩固、加深学生对物理知识的理解，培养学生运用物理知识的能力。

(二)重点、难点的学习与目标完成过程 1．交变电流的定义：

（利用多媒体展示三峡发电厂的几组图片，引起学生的兴趣）

教师：针对图片讲解，这是三峡发电站的厂房，这就是他的核心部件发电机，我国大部分地区用电都是靠它提供。（展示交流发电机）根据我们学过的电磁感应知识，能不能自己设计一个发电机模型？

（教师巡视教室一圈，将学生典型两种画法用幻灯片打出）

教师：拿出手摇发电机模型，结合刚设计的模型介绍主要部件，说明它是根据线圈在磁场中转动产生电流的原理制作的。将发电机接演示用电流计缓慢转动线框一周，提示学生注意观察电流计指针偏转情况(重复两次)

[教师]通过电流计的电流有何特点？

[学生]指针来回摆动，说明电流大小变化，方向变化

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[教师] 连续3次缓慢转动线框，请学生继续观察电流计指针偏转情况。

[学生] 连续左右摆动3次。

[教师]这反映在连续转动线框过程中，通过电流计电流有何特点？

[学生]周期性变化

[教师]我们把这种强度、方向都随时间作周期性变化的电流叫做交流电。

针对练习：下图画出了6种电流随时间变化的图象，这6个图中的电流i都随时间做周期性变化，其中属于交变电流的是____

2．交变电流的产生

矩形线圈在匀强磁场中匀速转动为什么可以产生交流电？产生的交流电随时间按什么规律变化呢？你们能否利用手中的材料自己制作发电机呢？

学生们跃跃欲试，，利用每组发下的两张硬纸板制作发电机模型，教师可以提示：一张纸板剪成中空的矩形充当线框，四个顶点分别标a、b、c、d。一张挖去一个近似的大圆两侧标上N、S充当异名磁极，就可以用演示线圈在磁场中转动产生电流的情景了。每组学生完成后通过自己演示（注意转轴方向）、讨论并解决屏幕上问题

问题1：线框匀速转动过程中，哪些边在切割磁感线？

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问题2：那个位置不切割磁感线？该位置磁通量、磁通量的变化率及电流各有何特点？哪个位置垂直切割？该位置又有何特点？

问题3：线圈每转动一周电流方向改变几次？ 注意：该部分内容先放手并给出足够的时间让学生自己解决，既培养了学生自己解决问题的能力，又对本节的立体空间认识难点作了突破，学生很容易找到中性面及了解他的特点，也同时很好的真正掌握交变流的产生过程。这个问提解决了，本节课也就成功了一半。为了节省时间也可以把模型课前由教师做好。

学生探究完成后，结合挂图(转动一周五个特殊位置)，师生一起得出实验结论：

①中性面的定义及特点：与磁感线垂直的平面称为中性面，线框处于中性面时通过的磁通量最大、磁通量的变化率为零、感应电流为零、电流的方向将要发生改变。

②感应电流的大小及方向规律：中性面电流为零，与中性面垂直面电流最大，线圈每经过中性面一次电流方向就改变一次。线圈每转动一周电流方向改变两次。

3、交变电流的变化规律

问题：感应电流随时间做什么规律的周期性变化呢？ ①师生共同探究：应该将立体图转化为平面图，利用数学知识来分析，那如何转化呢？

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我们一起来看甲图是如何转化的，我们能看到的边是ad边，切割的两条边ab、cd可用点来表示。即为(甲)图，切割边ab、cd在图中的运动方向呢？

ab边、cd边绕OO′作圆周运动，所以运动方向时刻与圆周半径垂直。

请同学们在(甲)图上标上边ab、cd此时运动方向。 请同学们完成其余四图转化工作及标上ab、cd在各图中的切割方向。

学生完成后，打出事先准备好的幻灯片进行校正。 ②学生根据屏幕提示自己解决线框转动一周过程中是如何产生交变电流的。

提示：甲图中的运动方向v平行于磁感应强度方向B，则各产生的感应电动势多大？

提示：线框由甲位置经t时间到某位置时，如图示，(幻灯片上)此时，ab、cd运动方向如何？v与B方向夹角如何？如何处理？

③师生共同探究：将学生的推导过程用投影仪展示给大家，指出问题，并把规范正确的推导展示出来

ab边、cd边运动方向与ad垂直 线框转过的角度为ωt 将v分解

v1＝vsimωt v1⊥B v2＝vcosωt v2∥B

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Eab＝Bl1vsinωt a→b Ecd＝Bl1vsinωt c→d 即线框中感应电动势e＝2Bl1vsinωt a→b→c→d． ④学生推导完成后，结合数学公式，师生共同得出结论： 线框在匀强磁场中匀速转动一周过程中：

①线框中电流按正弦规律变化，故称正弦交变电流。e＝εmsinωt 注意 t＝0时线框处中性面时开始计时

②中性面特点 a．Φmax＝BS ε＝0

b．电流在此改变方向，线框转动一周内电流方向改变两次

③当S∥B时Φmin＝0，εm=2Bl1v

教师：我们照明电路里的电流就是由这种发电机(实际结构比这个复杂)产生的交流电，下面来观察它的电压随时间变化图象。

教师将示波器提到讲台桌上，先向学生介绍其功能、用途。接着将市电接到示波器观察图象如何，得到一条正余弦曲线，说明市电是正弦交变电流。

将此电压接到电阻为R电路中的电流图象如何呢？由学生答出。

闭合电路欧姆定律同样适用纯电阻的交流电路，但注意时刻的对应关系

针对练习：(幻灯打出) 某一交变电流如图示

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(1)该图表示线框在何处开始计时？ (2)线框在哪些时刻处于中性面？

(3)tM、tN时线框分别处于与中性面夹角多大处？ (4)对照实物或侧视图分析tM、tN时刻电流方向？ (5)说出e＝εmsinωt既表示电动势大小，又表示方向理由？教师简单就演示物介绍发电机的构造及分类。

最后介绍我国电力建设成就

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