《交變電流》教學(xué)設(shè)計(jì)任曉鵬

1、交變電流基于高中物理核心概念的教學(xué)設(shè)計(jì)、指導(dǎo)思想與理論依據(jù)高中物理的核心概念是位于高中物理學(xué)科核心的概念性知識(shí)和規(guī)律，包含了重要概念、是高中原理、理論等的基本理解和解釋，內(nèi)容上更能夠體現(xiàn)物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程與現(xiàn)代圖景, 物理學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分。高中物理的核心概念超越了那些孤立而散亂存在的事實(shí)或技能, 側(cè)重于那些關(guān)鍵性的概念、原則和方法。核心概念不是孤立的，每一個(gè)核心概念都包括若干 重要的基礎(chǔ)的具體概念。因此，要使學(xué)生理解核心概念必須先使他們循序漸進(jìn)地理解大量相關(guān)具體概念。而教學(xué)設(shè)計(jì)正是落實(shí)教育理念的藍(lán)圖。如何圍繞核心概念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，是解決具體概念促進(jìn)核心概念學(xué)習(xí)的實(shí)施路線圖，是實(shí)現(xiàn)圍繞核心概念進(jìn)

2、行教學(xué)的理念與實(shí)踐對(duì) 接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。二、教學(xué)背景分析1、圍繞核心概念分析教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)內(nèi)容相對(duì)于直流電而言，最大特點(diǎn)就是”變"，對(duì)于變化的物理量學(xué)生往往會(huì)感到困難，應(yīng)該讓學(xué)生意識(shí)到，只要基本概念清晰,“變”并不可怕，設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)要從電磁感5應(yīng)定律這個(gè)基本概念（L1）入手，通過(guò)分析，掌握與交流電的變化規(guī)律有關(guān)系的一系列重要概念（L2）,女口：交變電流、直流電流、穩(wěn)恒電流、中性面、峰值，力爭(zhēng)讓學(xué)生清楚地理“正弦式交流電”這個(gè)本解這些重要概念，最后能夠讓學(xué)生體會(huì)到在交變電流產(chǎn)生的過(guò)程中 節(jié)課的主題核心概念 （L3）,進(jìn)而為下一節(jié)課繼續(xù)講解“交變電流的有效值”時(shí)闡述機(jī)械能在不斷地轉(zhuǎn)化成電

3、能并且最后轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，從而體現(xiàn)“能量的轉(zhuǎn)化與守恒” 這個(gè)學(xué)科核心 概念打下良好的基礎(chǔ)。2、學(xué)生情況分析我所教的這個(gè)班的學(xué)生， 在前面的學(xué)習(xí)中，已經(jīng)學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)定律、楞次定律、右手定則等基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)感應(yīng)電流的產(chǎn)生方式有了初步的認(rèn)識(shí)；在高二第一學(xué)期的學(xué)習(xí)中已經(jīng)學(xué) 習(xí)了有關(guān)恒定電流的基本性質(zhì)；對(duì)交變電流，學(xué)生只聽(tīng)說(shuō)過(guò)名詞，沒(méi)有確切的概念的建立,對(duì)于交變電流與恒定電流、直流的關(guān)系也不清楚。 前面學(xué)習(xí)磁場(chǎng)部分的時(shí)候，暴露了他們大部分人空間想象能力的不足，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不扎實(shí)，不善于應(yīng)用數(shù)學(xué)工具解決物理問(wèn)題，但是通 過(guò)啟發(fā)應(yīng)該有少部分學(xué)生會(huì)有突破。3、教學(xué)策略分析(1)、利用實(shí)驗(yàn)，提出問(wèn)題，激發(fā)探究欲望。在

4、課堂的開(kāi)始，用演示實(shí)驗(yàn)，提出課題，透 過(guò)現(xiàn)象，用已有的知識(shí)提出新的基本概念，點(diǎn)出課題。(2)、利用電腦模擬發(fā)電機(jī) 3D模型，配合實(shí)物模型，降低學(xué)生空間想象的難度，提高學(xué) 習(xí)興趣。(3)、倡導(dǎo)協(xié)作，分小組討論，并加以數(shù)學(xué)知識(shí)的提示，啟發(fā)學(xué)生用數(shù)學(xué)工具解決物理 問(wèn)題。(4)、合理地運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)突破物理難點(diǎn)并且突出“ 核心概念。正弦式交流電”這個(gè)本節(jié)課的主題三、教學(xué)目標(biāo)與重點(diǎn)、難點(diǎn)設(shè)計(jì)1、知識(shí)與技能:(1 )、知道交變電流是生產(chǎn)和生活中最常用到的電流,而正弦式電流又是最簡(jiǎn)單和最基本的交變電流;(2)、初步認(rèn)識(shí)交變電流的特點(diǎn)與規(guī)律，能夠運(yùn)用電磁感應(yīng)的基本知識(shí)分析其產(chǎn)生過(guò)程;(3)、初步理解正弦電流、中

5、性面、瞬時(shí)值與最大值，能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)圖像來(lái)描述正弦式電流;(4)、能夠讓學(xué)生體會(huì)到在交變電流產(chǎn)生的過(guò)程中“交變電流隨時(shí)間變化的關(guān)系”這個(gè)主題核心概念。2、過(guò)程與方法(1 )、觀察手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流(二極管發(fā)光的變化)(2)、運(yùn)用電磁感應(yīng)基本知識(shí)、分析一個(gè)周期內(nèi)交變電流的變化規(guī)律;(3)、通過(guò)推導(dǎo)一個(gè)周期內(nèi)交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式，建立正弦交變電流隨時(shí)間變化的圖像、知道交流電流在什么時(shí)刻達(dá)到最大值，在什么位置改變方向。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀感受交變電流在生活、 生產(chǎn)中的廣泛運(yùn)用， 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情. 體會(huì)數(shù)學(xué)函數(shù)與圖像在物理知識(shí)上廣泛運(yùn)用，感受運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)在推導(dǎo)物理規(guī)律過(guò)程中所帶來(lái)的愉悅感,最后

6、能夠讓學(xué)生體會(huì)到在交變電流產(chǎn)生的過(guò)程中“交變電流隨時(shí)間變化的關(guān)系” 這個(gè)主題核心概念。4、教學(xué)重點(diǎn)運(yùn)用電磁感應(yīng)的基本知識(shí)，配合相應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)， 分析交變電流的產(chǎn)生過(guò)程， 認(rèn)識(shí)交變電流的特點(diǎn)及其規(guī)律。5、教學(xué)難點(diǎn)以及運(yùn)用數(shù)學(xué)運(yùn)用楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律這些基本原理解決新情境下的問(wèn)題, 圖像對(duì)物理量隨時(shí)間變化的情況進(jìn)行描述，深入理解交變電流的產(chǎn)生過(guò)程及其規(guī)律與特點(diǎn),無(wú)法理解交流電產(chǎn)生的過(guò)程等教學(xué)在交變電流的產(chǎn)生的問(wèn)題上學(xué)生也面臨空間想象能力差, 上經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。四、教學(xué)過(guò)程與教學(xué)資源設(shè)計(jì)1、教學(xué)指導(dǎo)策略圍繞核心概念安排教學(xué)過(guò)程，可以在促進(jìn)學(xué)生加深對(duì)核心概念認(rèn)識(shí)的過(guò)程中，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面

7、發(fā)展。首先，找到學(xué)生原有認(rèn)識(shí)中可以利用的基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象后，學(xué)生認(rèn)識(shí)到電磁感應(yīng)現(xiàn)象揭示了磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電流，那么日常的用電是如何通過(guò)磁場(chǎng)產(chǎn)生的呢？然后進(jìn)行適當(dāng)?shù)匿亯|，用一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察“日常的用電”的特點(diǎn)，將新知識(shí)與學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)建立聯(lián)系，在本節(jié)課就是用電磁感應(yīng)的基本概念逐步解釋交流電產(chǎn)生的過(guò)程。建立新知識(shí)與已有知識(shí)聯(lián)系后，再進(jìn)一步找到與兩者對(duì)應(yīng)的、共同的主題核心概念：正弦式交流電。教學(xué)過(guò)程可用下圖表示：2、教學(xué)資源設(shè)計(jì)在高二物理電磁學(xué)的教學(xué)中，學(xué)生對(duì)于地磁場(chǎng)、 通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)磁感線的分布、通電螺線管周圍的磁場(chǎng)磁感線的分布都很難理解，通過(guò)3DMAX制作三維模型，使缺乏空間

8、想象力的學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)應(yīng)用3D模型確實(shí)能夠幫助培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力。 在交變電流的產(chǎn)生的問(wèn)題上學(xué)生也面臨空間想象能力差,無(wú)法理解交流電產(chǎn)生的過(guò)程等教學(xué)上經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)制作交流電發(fā)電機(jī)的三維模型，演示交流電發(fā)電機(jī)發(fā)電的動(dòng)態(tài)過(guò)程，結(jié)合傳感器連接發(fā)電機(jī)的探究實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)于交變電流的產(chǎn)生有一個(gè)更深層的理解。以下我想通過(guò)一節(jié)課例來(lái)具體展示一下在教學(xué)中,如何通過(guò)三維模型和實(shí)驗(yàn)探究有機(jī)地結(jié)合達(dá)到教學(xué)目的。在本節(jié)課中，教師是知識(shí)的傳授者和學(xué)生活動(dòng)的策劃者、織者；學(xué)生是課堂活動(dòng)的參與者、合作者，是課堂的主體。教師根據(jù)知識(shí)的結(jié)構(gòu)提出問(wèn)題為學(xué)生提供幫助引導(dǎo)， 并且向正確的方向引

9、導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)，在現(xiàn)實(shí)的可行的條件下， 雖然學(xué)生是課堂的主體，但是引導(dǎo)學(xué)生掌握知識(shí)的框架依然要由教師制定;多媒體計(jì)算機(jī)在這里充當(dāng)知識(shí)的載體，教師通過(guò)多媒體計(jì)算機(jī)制定知識(shí)框架，并提供素材，使課堂效率大大提高。3、教學(xué)過(guò)程（一）引入新課前面學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，電磁感應(yīng)現(xiàn)象揭示了磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電流,日常的用電是如何通過(guò)磁場(chǎng)產(chǎn)生的呢?【小實(shí)驗(yàn)】：用一個(gè)燈泡接上日常的生活用電，用一個(gè)神秘的物體接近這個(gè)燈泡,觀察現(xiàn)象思考原因。（二）新課教學(xué)上述實(shí)驗(yàn)用到了生活用電，其實(shí)所謂的生活用電一般可分為兩種，包括從插座上獲得的和從電池中得到的，從插座上獲得的生活用電來(lái)自于發(fā)電廠的發(fā)電機(jī),手搖式發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生與插座獲得的相似

10、的電流。 這里是一個(gè)干電池,利用電流傳感器觀察它們產(chǎn)生的電流各有什么樣的特點(diǎn)?！緜鞲衅鲗?shí)驗(yàn)】【學(xué)生活動(dòng)】找一位同學(xué)說(shuō)說(shuō)你觀察到兩種電流各有什么樣的特點(diǎn)?我們今天開(kāi)始學(xué)習(xí)新我們?cè)谇懊骐妼W(xué)中學(xué)習(xí)的穩(wěn)恒電流一章介紹的就是直流電的性質(zhì),的一章，共同來(lái)研究交變電流。一交變電流電流的大小和方向隨時(shí)間做周期性變化。（簡(jiǎn)稱交流電）9穩(wěn)恒電流電流的大小和方向都不隨時(shí)間變化。直流電流方向不隨時(shí)間改變的電流。（簡(jiǎn)稱直流電）【學(xué)生活動(dòng)】總結(jié)直流和交流最明顯的區(qū)別是什么?【練習(xí)】觀察下列幾個(gè)電流與時(shí)間的圖象，判斷哪些是交變電流。t0i【小實(shí)驗(yàn)】：觀察一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，如右圖所示，將手搖式發(fā)電機(jī)接入如圖所示電路，猜想、討論能

11、觀察到的現(xiàn)象。（現(xiàn)象：二極管將交替發(fā)光，說(shuō)明手搖式發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流為交變電流）【學(xué)生活動(dòng)】討論如何產(chǎn)生交流電的呢?二交變電流的產(chǎn)生（展示3D模型）這是一個(gè)發(fā)電機(jī)3D模型，我們用它展示發(fā)電機(jī)的發(fā)電過(guò)程。線圈在發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)動(dòng)， 產(chǎn)生交流電，在物理學(xué)習(xí)中我們往往要找一些特殊位置，哪些位置比較特殊呢？中性面垂直磁感線的平面Ab11.丄%+ASrI' 4 'I i'liHon 3(V31/2廣'酸"' 廠卩卩"*43*43 H/2線圈從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)電流是如何產(chǎn)生呢？從i-t圖像可以看出發(fā)電機(jī)發(fā)出的交電動(dòng)勢(shì):n流電的圖像好像是一個(gè)正弦規(guī)律變

12、化的函數(shù)，那它到底是不是正弦式交流電呢?如圖，若線圈切割磁感線的邊長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，它的臨邊長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，那么一根桿的速度與磁感線垂直，切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)? =?=?0 =- ?32 2那么兩側(cè)的N匝的線圈切割磁感線疊加產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)當(dāng)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值:? = ?3感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值又稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值。6ttU那么一根桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值:在線圈以勻角速度 3轉(zhuǎn)動(dòng)的某一時(shí)刻，線圈位置如圖所示,1 1?=2?3?=2?3 3 ?那么兩側(cè)的N匝的線圈切割磁感線疊加產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值:Y=Asin3x ,這種交流e = ?siin 3 ? ?sin 3 ?經(jīng)過(guò)科學(xué)家的反復(fù)推

13、算，這種交流電的變化規(guī)律滿足正弦函數(shù)表達(dá)式電正是正弦式交流電。（1）交變電流表達(dá)式電流i=I msin3t（接了一個(gè)電阻的閉合回路中的電流）電動(dòng)勢(shì)e=EmSin 3t峰值：電流或電壓最大值。（2） 特點(diǎn)：經(jīng)過(guò)中性面電流方向會(huì)發(fā)生改變。（一個(gè)周期變化2次）猜測(cè)一下演示實(shí)驗(yàn)中的燈絲為什么會(huì)顫動(dòng)？那個(gè)神秘的物體是什么?（神秘物體為條形磁鐵，通了交流電的燈絲在磁場(chǎng)中所受的安培力會(huì)隨電流方向的改變而變 化，所以實(shí)驗(yàn)中的燈絲會(huì)顫動(dòng)。）【板書(shū)設(shè)計(jì)】：5.1交變電流一交變電流電流的大小和方向隨時(shí)間做周期性變化。二交變電流的產(chǎn)生峰值：電流或電壓最大值。穩(wěn)恒電流電流的大小和方向都不隨時(shí)間變化。（1）中性面垂直磁感

14、線的平面（3）特點(diǎn)：經(jīng)過(guò)中性面電流方向會(huì)直流電流方向不隨時(shí)間改變的電流。（2）交變電流表達(dá)式:發(fā)生改變。（一個(gè)周期變化2次）交流直流區(qū)別 方向是否隨時(shí)間改變。電流i=lmsin3 t電動(dòng)勢(shì)e=Emsir3 t五、學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)教師組織學(xué)生反思總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)描繪交變電流產(chǎn)生過(guò)程線圈狀 態(tài)圖和電流隨時(shí)間變化圖像互相展示、評(píng)價(jià)。六、教學(xué)設(shè)計(jì)特色說(shuō)明與教學(xué)反思通過(guò)上述教學(xué)過(guò)程， 幫助學(xué)生深入理解交變電流的產(chǎn)生過(guò)程， 我們看到， 核心概念的建就像學(xué)生在構(gòu)并不是讓學(xué)生死記硬背， 而是學(xué)習(xí)并且理解了核心概念以后自然而然的結(jié)果，下課前能夠解釋剛開(kāi)始上課作為引入的那個(gè)實(shí)驗(yàn)，就說(shuō)明我們得到了期待的效果，也說(shuō)明了11(L1)進(jìn)3D 模型進(jìn)行講解，使學(xué)什么，但就像是高中階段的現(xiàn)有的幾個(gè)核心概念一樣，那一定是極為簡(jiǎn)潔的和美的客觀存在，我們教導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)一定要有不積跬步無(wú)以至千里，不積小流無(wú)以成江海的精神， 只有這核心概念的建立是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，只有搞清楚電磁感應(yīng)定律這個(gè)基本概念而理解 一系列重要概念 ( L2) ，如：交變電流、直流電流、穩(wěn)恒電流、中性面、峰值才能夠 真正讓學(xué)生感悟本節(jié)課的重點(diǎn)， 其實(shí)也是難點(diǎn) “正