資源簡介

教學(xué)設(shè)計
課程基本信息
學(xué)科 物理 年級 高二 學(xué)期 秋季
課題 交變電流
課程標(biāo)準(zhǔn)
通過實驗，認(rèn)識交變電流。能用公式和圖像描述正弦交變電流。
教學(xué)目標(biāo)
1.通過示波器分別觀察學(xué)生電源直流檔和交流檔電壓波形，學(xué)生能描述他們的區(qū)別，從而認(rèn)識交流電。 2.通過吹氣發(fā)電的魔術(shù)實驗，學(xué)生能夠說出發(fā)電機(jī)的兩個核心組成部分，知道交流發(fā)電機(jī)的分類。 3.通過矩形線圈在地磁場中轉(zhuǎn)動的實驗，利用數(shù)字化微電流傳感器觀察電流隨時間的變化波形，學(xué)生知道正弦交流電是如何產(chǎn)生的。 4.分析線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的幾個特殊位置，畫出4個特殊位置的主視圖，判斷電流的大小和方向。知道中性面的定義，并說出中性面的特點。 5.通過線圈在磁場中的一般位置分析，在問題引導(dǎo)下，學(xué)生推導(dǎo)出線圈在轉(zhuǎn)動過程中的瞬時表達(dá)式。確認(rèn)交流電的正弦式變化。 6.學(xué)生能夠畫出線圈在磁場中轉(zhuǎn)動一個周期的過程中感應(yīng)電流、感應(yīng)電動勢、磁通量、路端電壓四個物理量隨時間變化的圖像，并寫出各物理量的峰值。學(xué)生能夠說出，圖像的聯(lián)系。
教材分析
本節(jié)交變電流貼近學(xué)生生活實際，是生產(chǎn)生活中最常用的電流，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)學(xué)生要能感受到物理學(xué)習(xí)與實際生產(chǎn)生活的緊密關(guān)聯(lián)。一方面，本節(jié)內(nèi)容是前一章電磁感應(yīng)規(guī)律的延續(xù)和發(fā)展，是電磁感應(yīng)理論的具體應(yīng)用，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)學(xué)生要對楞次定律、右手切割、法拉第電磁感應(yīng)定律有更深刻更綜合的理解。另一方面，本節(jié)內(nèi)容是全章的理論基礎(chǔ)。因為交變電流的特殊性才有了電感、電容、變壓器的廣泛應(yīng)用。所以本節(jié)內(nèi)容有承上啟下的作用，教學(xué)的重點是電磁感應(yīng)的運(yùn)用。
教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)重點： 1. 畫出線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的4個特殊位置的主視圖，并判斷出電流的大小和方向。 2. 推導(dǎo)出線圈在轉(zhuǎn)動過程中的感應(yīng)電動勢ε隨時間t變化的瞬時表達(dá)式ε(t)。 教學(xué)難點： 1. 畫出線圈在磁場中轉(zhuǎn)動一個周期的過程中感應(yīng)電流、感應(yīng)電動勢、磁通量、路端電壓四個物理量隨時間變化的圖像，并寫出各物理量的峰值。 2. 能夠說出，圖像的聯(lián)系。
教學(xué)過程
課堂引入 通過實驗認(rèn)識交流電 將數(shù)字化電流傳感器和電壓傳感器分別接入圖1電路和圖2電路，比較這兩個電路的電流或者電壓隨時間變化的圖像如圖3和圖4，從而對直流電和交流電有感性區(qū)分。（圖二的目的是讓學(xué)生直接觀察我們?nèi)粘Ｉ钣秒姟Ｓ捎谌粘Ｓ秒婋妷狠^高，變壓器的目的是把電壓降下來觀察。） 觀察其他常見交流電如圖5，學(xué)生說出直流電和交流電的區(qū)別。大小和方向都隨時間周期性變化的電流是交變電流。方向不變的電流是直流電，直流電中大小也不變的電流又稱為穩(wěn)定電流。 通過實驗認(rèn)識發(fā)電機(jī)，引入問題研究 魔術(shù)：老師可以讓每位同學(xué)都擁有一種特異功能，吹一口氣就能發(fā)電，如圖6。 完成魔術(shù)的同學(xué)揭秘，原來是對著風(fēng)扇吹風(fēng)。 學(xué)生猜想生電原理。 學(xué)生觀察小風(fēng)扇的內(nèi)部構(gòu)造如圖7。 學(xué)生說出交流發(fā)電機(jī)的兩個基本組成部分：產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈（電樞）和產(chǎn)生磁場的磁體。 教師介紹交流發(fā)電機(jī)的分類：電樞轉(zhuǎn)動，磁極不動的叫做旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)。磁極轉(zhuǎn)動，電樞不動的叫做旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。無論哪種發(fā)動機(jī)，轉(zhuǎn)動的部分都叫轉(zhuǎn)子，不動的部分都叫定子。 通過這樣的情境創(chuàng)設(shè)，學(xué)生要認(rèn)真觀察并提取有意義的信息：排除忽略無用多余信息的干擾，敏銳地聚焦于核心信息即電動機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)繞制在鐵芯上的三組橢圓形銅線圈在磁場中轉(zhuǎn)動形成感應(yīng)電流。從而提出問題研究的方向：當(dāng)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的時候就能產(chǎn)生感應(yīng)電流，那么這樣的感應(yīng)電流有什么特點呢？ 二、交變電流的產(chǎn)生和規(guī)律（模型建構(gòu)） 1、模型表述，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)表述模型能力 三組橢圓形線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的真實情境是較復(fù)雜的。要引導(dǎo)學(xué)生在不改變問題本質(zhì)的基礎(chǔ)下對實際情境進(jìn)行簡化抽象，從而構(gòu)建一個突出了問題主要方面，符合問題本質(zhì)特征的，易于學(xué)生著手研究的新圖景。第一，可以簡化放大線圈。第二，簡化磁場。 便于同學(xué)們的觀察和研究，老師自己繞制了4匝面積較大的形狀規(guī)則的矩形銅線圈如圖8。 2、模型分析，培養(yǎng)學(xué)生問題表達(dá)、科學(xué)推理、合作交流等能力 復(fù)雜問題的一般研究策略：首先，從特殊到一般；然后，將三維的立體問題轉(zhuǎn)換成二位平面內(nèi)研究。老師和同學(xué)們一起畫出了第一個特殊位置的平面圖。然后學(xué)生完成以下兩個任務(wù)。 （1）線圈在磁場中轉(zhuǎn)動一個周期的過程中，畫出各特殊位置的平面圖并判斷電流方向和大小，填入下面表格。 位置甲乙丙丁甲AB邊電流方向 （填寫A→B，B→A，或者0）線圈中的電流（填寫最大或者0）
（2）在下面i-t圖像中，標(biāo)出這五個特殊位置的坐標(biāo)，并大致畫出電流隨時間的變化圖線（從E經(jīng)負(fù)載流向F的電流為正）。 （3）交變電流的變化規(guī)律 勻強(qiáng)磁場的磁場強(qiáng)度為B，矩形線圈以角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動。線圈AB邊長為L1，線圈AD邊長為L2。線圈從中性面面轉(zhuǎn)動開始計時，試推導(dǎo)t時刻線圈中的感應(yīng)電動勢為多大？ 教師和學(xué)生一起研究： ①畫出線圈在一般位置的平面圖 ②經(jīng)過時間t，線圈轉(zhuǎn)過的角度 ③哪兩根導(dǎo)線切割磁感線，該導(dǎo)線在該時刻的速度及切割速度分別為少 ④每根導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的電動勢為？兩根導(dǎo)線上的電動勢是累加還是抵消？ 3、模型評估，培養(yǎng)學(xué)生獲取證據(jù)和質(zhì)疑創(chuàng)新的能力 （1）實驗驗證正弦交流電 如果老師現(xiàn)在轉(zhuǎn)動線圈，線圈中會產(chǎn)生電流嗎？ 學(xué)生：不會，因為沒有提供磁場。 教師實驗，將線圈接入數(shù)字化電流傳感器，近似勻速轉(zhuǎn)動線圈，電流隨時間的變化如圖9所示。 教師：哪來的磁場？電流隨時間是如何變化的？（學(xué)生恍然，原來利用地磁場） （2）【思考與討論】 ①如果僅將線圈的旋轉(zhuǎn)軸改成AB，寫出感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式。 A、 B、 C、 ②如果磁場和線圈的參數(shù)不變，現(xiàn)將N匝線圈從下圖位置（作為t=0的計時起始位置）開始轉(zhuǎn)動，寫出感應(yīng)電動勢隨時間的表達(dá)式。 A、 B、 C、 ③如果一匝線圈從中性面開始計時，線圈面積S，轉(zhuǎn)動角速度，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B，外接電阻阻值R，線圈內(nèi)阻阻值r，請在右圖畫出如下圖像、、，并寫出各圖像的峰值。（規(guī)定從E經(jīng)負(fù)載流向F的電流為正，電勢時規(guī)定電壓為正） ④橢圓形線圈在磁場中轉(zhuǎn)動也是正弦交流電嗎，其他形狀的線圈呢？ 4、模型應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生遷移能力最終形成概念模型 如圖是某學(xué)習(xí)小組在空曠的場地上做“搖繩發(fā)電實驗”的示意圖．他們將一銅芯線像甩跳繩一樣勻速搖動，銅芯線的兩端分別通過細(xì)銅線與靈敏交流電流表相連．搖繩的兩位同學(xué)的連線與所在處的地磁場（可視為勻強(qiáng)磁場，大小為B）垂直．搖動時，銅芯線所圍成半圓周的半徑為R，轉(zhuǎn)動角速度ω，如果以銅芯線掄到最高點為t=0的計時起點，則 （1）t=0的時刻，感應(yīng)電流為0還是最大？ （2）求t=0的時刻的磁通量 （3）感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式？ 三、課堂總結(jié) 1、中性面：電流為0，電流方向變化，磁通量最大 2、從中性面計時，感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式 3、感應(yīng)電動勢和磁通量隨時間變化圖像

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