1、第五章 第一节交变电流的产生和描述一、教材分析1.单元高度：本节内容是高中物理选修 3-2 第五章 “交变电流”第一节。本节内容是整章内容的理论基础，是后 3 节“描述交变电流的物理量”、“电感和电容对交变电流的影响”、“变压器”“电能输送”的基础，所以本节内容的安排对整章内容有非常重要的意义。2.立体整合：第五章“交变电流”内容是第四章“法拉第电磁感应定律”的延续，本节内容起着连续这两章内容的重要地位和作用。“法拉第电磁感应定律”在生活中最实际最广泛的应用就是通过发电机发电。本节内容解释了发电机原理联系实际应用于实际，让学生体会到物理 于生活服务于生活的学 特点。3.本节内容：本节内容分三部
2、分（1）认识交流电：通过图像类比，演示实验让学生认识到交流电和直流电的区别。（2）交变电流产生：通过对教学用发电机的理论分析得出交流电变化规律。（3）交变电流的变化规律：总结归纳出交变电流的规律。过渡：了解学情是开展教学工作的第一步，下面进行学情分析二、学情分析1.学生已有的知识基础：学习本章内容之前学生已经掌握了直流电的特性，直流电满足的一些计算公式同样可以应用于交流电，比如欧姆定律、焦耳定律、功率计算等。2.能力基础：通过对第四章法拉第电磁感应定律的学习，学生已经具备了独立分析电磁感应现象中电流方向、电动势大小等分析判断能力，学生对理论应用于实际分析的能力也大大提高。3.生活经验：交变电流
3、是生活和生产中最常用的电流，可以说知识 于生活。虽然如此但学生对交流电的认识却仅限于“家用电器使用的就是交流电”这种表面层次。通过对本节内容的学习更利于学生形成理论到实际应用完善 学观念的建立。过渡：一切教学活动都要围绕教学目标开展，我对本节课的教学目标做如下分析：三、教学目标1.知识目标：（1）能区分交流和直流的不同（2）理解交流电产生的原理，知道中性面，会分析线圈转动过程中电流方向。（3）掌握交变电流变化规律，会写交变电流的的瞬时表达式会用图像表示电流变化，理解峰值意义。2.能力目标：（1）通过观察实验进行理论分析培养学生的理论分析能力。（2）应用数学知识解决物理问题的能力。3.情感态度：
4、（1）让学生在实验中感受到学习物理的乐趣，培养学生的探索精神和对 学的好奇心。（2）让学生在合作学习和探究研习中体会到合作学习带来的成就感和幸福感。过渡：恰当的教学模式会让教学工作事半功倍，下面说一下本节课我采用的教学模式。四、教学模式新的课程目标更加注重从三个维度来设计教学过程，注重学生的学习过程，注重强化情感、态度、价值观的教育，针对新课程标准要求，本节课的教学模式采用莘州中学“新课导入明确目标；问题引导，自主学习；合作探究表达交流；效果反馈要点点拨；课堂小结回顾反思；堂清检测，当堂达标”的教学模式，该教学模式突出了“以学生为主体，教师为主导”的教学理念。过渡：合适的教学模式再加上恰当的教
5、学方法和学习方法会让课堂效率更高，下面说一下这堂课的教法与学法。五、教法学法1.方法：本节课采用的教学方法主要有：（1）实验演示法，通过课前实验和探究过程中的实验把抽象的理论用形象的实验展示出来，更符合学生认知过程。（2）多媒体演示法，用多媒体展示出关键的概念，效果图，示意图等，会让知识更加系统化直观化，规范化。（3）对比法，对比原来学习过的直流电特点更容易反映出交流电的特点（4）追问引导法，老师在课堂讲授和学生展示过程中不断的设计问题，引导学生按照老师预设的问题加深对知识的认识，最终完成教学任务。2.学习方法：本节课采用的学习方法主要有（1）自主探究法，学生观看完演示实验后在老师设计的引导问
6、题下自主探究学习，更能体现以学生为主体的主动学习过程，更能体会到学习的成就感和乐趣。（2）合作学习法，学生理解能力和学习能力都不相同，同样的知识学习的差异比较大，通过合作能更好的弥补这样的差异。（3）归纳提升法，通过学习过程的总结和归纳可以不断的深化对知识的理解。（4）讨论展示法，通过讨论和展示把课堂还给学生，让学生做学习的主人。在展示中及时发现学生在学习过程中出现的问题及时纠正和深化。过渡：下面说一下我对这堂课的具体的教学设计六、教学过程：1观察实验，导入新课明确目标导入实验：1、首先让电风扇转动起来，再将电流计、小灯泡与排风扇插头连在一起构成回路，请一位同学上台协助转动风叶，学生观察现象并
7、思考。问 1、看到了什么现象？电风扇通电会转，不通电手动让其转动时，会让电流计指针偏转，说明什么，为什么会这样？电风扇居然可以用来发电师：让学生观察排风扇的内部结构，促其思考产生电流的原因。线圈在磁场中转动，线圈的磁通量发生变化，就有感应电流产生。这种电流有什么特点？电风扇产生的电流大小和方向在发生改变。问3、线圈转动一圈，指针来回摆动几圈？学生通过思考和教师的点拨，总结出交变电流的特点，即交变电流的大小和方向随时间作周期性变化，而且发现线圈每转过一圈，交流电周期性变化一次。演示实验：2、用一节干电池、学生电流直流 2v 输出分别和电压传感器连接生：干电池和学生电流直流2v的电流是直流电，且方
8、向保持不变。1、直流电：方向不随时间变化的电流叫做直流电，简称直流（DC）。 2、交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流,简称交流(AC)。例1、下列表示交变电流的有ii tti t(A)(B)(C)(D)00 0 0t(E)0teu(1)I-t 图中，处于t 轴上、下方的图线有何不同意义？(2)如何体会周期性变化的含义？2.交变电流的变化规律（1）定性分析交变电流的产生和变化规律交流电在生活、生产中很重要，应用也很广泛。问1：那么交变流电是怎样产生呢？你能设计一个最简单的发电机工作原理图？需要哪些元件？问2：怎样显示或输出电流？介绍滑环+电刷组合的作用是避免导线缠绕（下发
9、6人一组一个发电机模型）演示实验：手摇发电机与小电珠连接，用手摇动发电机，可以观察到小电珠闪闪发光情况。介绍教学用手摇发电机的构造，多媒体展示三维立体图。问3 、手摇发电机产生的电流如何变化的？（先从几个特殊的位置开始研究）（采用由感性到理性，逐步深入讨论合作，用问题链的方式由浅入深逐步深入，降低学生的学习难度，突破难点，在学习过程中让学生及时讨论合作学习，在合作和老师的引导下完成难点突破，具体问题设计如下：）师：展示四个特殊位置的立体图。共同讨论如下问题：1、请同学们观察线圈旋转一周，即从图甲到乙到丙再到丁，最终又回到甲，这些位置特殊在哪里？ 2、线圈旋转时所产生的电动势是哪种原因引起的？3
10、、既然是切割磁感线引起的，那么是哪几条边在切割？4、线圈在旋转的过程中，这几条边旋转的速率有没有发生改变？5、既然旋转的速率没有发生改变那么是不是意味着这些位置都有感应电动势？7、感应电动势大小与切割速度方向有什么关系？有效切割速度怎么变化？8、请判断四个特殊位置的感应电动势或电流？问学生用什么方法判断？9、线圈从甲状态转动到乙状态过程中感应电动势大小和电流方向如何变化？转动一周过程中感应电动势大小和电流方向如何变化？ （以 BADCB 为正方向，）生：分组讨论，边看模型，边思考电流方向的判断生：学生小组合作一起完成填表，小组汇报总结。表 1 交变电流的变化规律10、在哪些位置电流方向即将发生
11、变化？11、这个位置有何特征？一周几次经过这个位置？甲 乙 丙 丁 甲磁通量 大小感应电动势 e 方向大小感应电流 i 方向师：和学生充分讨论后，教师提出中性面的概念，并总结交变电流方向变化的规律。师：规律总结与磁感线垂直的平面叫中性面线圈经过中性面时，感应电动势为零，感应电流为零。线圈每经过中性面一次，交流电方向改变一次，线圈每转动一周（交流电的一个周期），两次经过中性面，交流电的方向改变两次。绕圈转动一周过程中，从中性面开始感应电动势和感应电流先变大后变小，经过中性面反向先变大后变小。（2）定量分析感应电动势大小变化规律问2：设线圈平面从中性面开始转动，角速度是 经过时间 t，AB、CD
12、宽L1，AD、BC长L 2 ， 磁感应强度是 B.求 时刻线圈中的感应电动势（）线圈与中性面的夹角是多少？（）ab 边的速度多大？（）ab边速度方向与磁场方向夹角多大？（）ab边产生的感应电动势多大？（）线圈中感应电动势多大？(引导学生一步步推出交变电流的大小变化规律在这个教学环节中，首先要把知识的核心点转化成一些基本原理，如交变电流的大小推导涉及到了两条边切割磁感线，需要讨论两条边所产生的电动势的大小和方向，问题较复杂；)其次要将基本原理以问题的形式呈现）。向学生提这样就可逐步帮助学生构建思维活动的路径图，通过这样的教学设计，就可以较好地降低教学的坡度，使学生能真正地去自主探究，成为学习的主
13、角师：巡视点拨，指导学生思考公式中的含义生：小组讨论，推导（略） t2LVBvA(B)D(C)t=0ttLBVBLe sin2sin111tSBtsini221 规律总结：以线圈经过中性面开始计时，在时刻 t线圈中的感应电动势大小（ AB和 CD边切割磁感线 ） tBSesin按正弦式规律变化。若为N匝线圈 tNi所mE令 则有 Eemsn=NBSe为电动势在时刻 t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）1、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产生的交变电流按照正弦函数的规律变化正弦式交流电2、成立的条件：此表达形式仅在从中性面开始计时3、若该线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻
14、为 r，由闭合电路欧姆定律eirsinmtRrEsinmtIR两 端 的 电 压 为 uUUm、Im分别为电压和电流的峰值，而e、u、i则是这几个量的瞬时值。这种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。正弦式电流是最简单又最基本的交变电流。电力系统中应用的大多是正弦式电流。在电子技术中也常遇到其他形式的交流。（3）图象要求：画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E 经过负载流向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。3、实验验证（根据提出的问题，学生提出猜想后，教师要引导学生逐个运用 学的方法或实验来进行验证）以上从理论上分析
15、得到线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴作匀速旋转时，产生的交变电流是按正弦规律变化的，实际是否真的如此呢？演示实验3：将手摇交流发电机产生的信号输入电压传感器，当匀速转动转柄时，屏幕上可以观察到交变电流的波形图。讨论：为什么波形不是严格的正弦图线（手摇转柄的不均匀）。演示实验4：把学生电源的交流信号直接接入电压传感器，屏幕上显示一个完美的正弦曲线（学生一片惊叹，对交变电流的变化规律印象深刻）。4、拓展与练习（1）做一做让一个蹄形磁铁靠近白炽灯，观察灯丝，可以看到什么现象？这是什么原因造成的？（2）想一想如何使交流发电器产生比较大的电压？设计一个可以产生大电压的发电机生：观看视频、阅读教材、思考问
16、题、交流观点（3）练一练例题、如图 4 所示，矩形线圈 abcd 匝数为 100 匝，线圈 ab 边长为 20cm，bc边长为 10cm，绕垂直于磁场方向的轴 OO匀速转动，转速为50r/s，设磁感应强度 B 为 0.01T，求：（）线圈中的感应电动势的最大值 Em；（）从图示位置开始计时，线圈中的感应电动势的瞬时值表达式；（）当 tT/12 时线圈中感应电动势的值为多大；（）当 tT/12 时线圈中感应电流方向如何5.课堂小结通过对本节课黑板上板书内容的共同回顾进一步加深印象让本节课学习再次生化七、板书设计交变电流一、交变电流概念：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。二、交变电流产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动三、交变电流变化规律：（1）方向变化规律-线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。 （2）大小变化规律-按正弦规律变化：e=Emsint Em=NBS 叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R 叫电流的最大值 u=Umsint Um=ImR 叫电压的最大值 （3）图象 eoEmT/4 2T/4 3T/4 T/2 3/2 2 tt线圈电流图片学生板演I-t 图像
