《交變電流的描述》教學(xué)設(shè)計(jì)-高二下學(xué)期物理人教版(2019)選擇性必修第二冊(cè)

第三章交變電流 第2節(jié)交變電流的描述教學(xué)內(nèi)容分析《交變電流的描述》是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》選擇性必修第二冊(cè)模塊中“電磁感應(yīng)及其應(yīng)用”主題下的內(nèi)容。課程標(biāo)準(zhǔn)要求為：能用公式和圖像描述正弦交變電流?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)解讀》對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)的解讀為：學(xué)生能夠根據(jù)交流電的特征，會(huì)用函數(shù)表達(dá)式來描述交變電流，并知道公式中的交變電流的電流或電壓的最大值、瞬時(shí)值、有效值以及它們之間的相互關(guān)系；能夠用圖像來表示一個(gè)交變電流，并從圖像特征找出電流或電壓的最大值、有效值和某一時(shí)刻的瞬時(shí)值。學(xué)生應(yīng)該明確描述交變電流的另外兩個(gè)重要物理量周期與頻率及其意義，知道我國供電系統(tǒng)的交流電的頻率。相位和相位差不作要求。通過本節(jié)教學(xué)，讓學(xué)生知道可以用圖像全面、細(xì)致地描述交變電流，交變電流具有周期性，這種周期性可以用周期或頻率描述，它們描述了交變電流變化的快慢。峰值描述電流和電壓在變化過程中的最大值，反映交變電流的變化范圍。有效值概念是本節(jié)的難點(diǎn)，要理解有效值是從電阻產(chǎn)生的焦耳熱相等這意義來定義的。學(xué)情分析學(xué)生在學(xué)習(xí)圓周運(yùn)動(dòng)內(nèi)容時(shí)熟悉周期、頻率和角頻率ω的含義和它們的物理意義，在數(shù)學(xué)課程對(duì)正弦函數(shù)和余弦函數(shù)有了深入了解，熟悉它們的圖像。用數(shù)學(xué)表達(dá)式和圖像描述交變電流對(duì)學(xué)生容易接受，學(xué)習(xí)不會(huì)遇到很大的困難。有效值概念是本節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)，學(xué)生難以把握有效值含義。教學(xué)時(shí)可以提出如何計(jì)算交變電流通過電阻，在電阻產(chǎn)生的熱量計(jì)算問題引入有效值概念。教學(xué)目標(biāo)1.學(xué)生知道交變電流的周期、頻率的含義以及二者之間的關(guān)系；知道峰值和有效值的含義以及二者之間的關(guān)系。2.學(xué)生能根據(jù)交變電流圖像識(shí)別周期、頻率、峰值，會(huì)用周期、峰值等物理量用數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式和圖像描述交變電流。3.學(xué)生理解有效值的物理含義，經(jīng)歷根據(jù)電流熱效應(yīng)推導(dǎo)交變電流有效值的過程，體會(huì)“等效”的科學(xué)方法。4.學(xué)生知道我國家庭電路的頻率是50Hz，知道家用電器的電壓220V是有效值。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：用圖像和數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式描述交變電流教學(xué)難點(diǎn)：對(duì)交變電流有效值概念的理解教學(xué)方法：講授法、討論法、啟發(fā)式教學(xué)、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)教學(xué)過程仿真實(shí)驗(yàn)引入新課線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，第一次轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω，第二次轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為2ω.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，指針運(yùn)動(dòng)情況有何不同？學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生對(duì)指針擺動(dòng)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。教師活動(dòng)：學(xué)生預(yù)測(cè)后，播放仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證學(xué)生的猜測(cè)是否正確。師：指針擺動(dòng)情況有何不同？生1：角速度為2ω時(shí)，指針左右擺動(dòng)得快一些。而且，指針擺動(dòng)的幅度較大。師：“指針擺動(dòng)得快一些”是什么意思？用物理語言如何表述？可以用哪個(gè)物理量描述？生2：指針運(yùn)動(dòng)具有周期性，角速度大，周期性。第二次的周期小。師：指針的示數(shù)表示什么物理量？“擺動(dòng)幅度大”的含義是什么？生3：擺動(dòng)幅度大，是指電流的最大值較大。新課教學(xué)一、周期、頻率和峰值師：線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，具有周期性。物理學(xué)中用周期描述這種性質(zhì)，也可以用頻率。教師總結(jié)周期和頻率的含義、關(guān)系以及物理意義。周期：線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間，國際單位為s。頻率：周期的倒數(shù)，f=eq\f(1,T)中國大陸地區(qū)：f=50Hz，T=0.02s角頻率ω：ω=2πf峰值：電流的最大值，Im=eq\f(NBSω,R)R為電路總電阻。課堂練習(xí)1一交變電流波形如圖.根據(jù)圖像，求：(1)該交變電流的周期是多少？頻率是多少？(2)電流方向在1s內(nèi)改變多少次？答案：(1)周期T=0.02sf=eq\f(1,T)=50Hz(2)100次課堂練習(xí)2線圈在磁場(chǎng)中繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，第一次角頻率為ω，第二次角速度為2ω.在同一個(gè)坐標(biāo)系定性畫出兩次交變電流的圖像。思考與討論：家庭電路中使用交變電流，將燈泡接入電路，燈泡始終發(fā)光，亮度不變。但根據(jù)交變電流表達(dá)式i=Imsin(ωt)，電流有時(shí)為零，有時(shí)很小，燈泡功率變化。為何看不到燈泡亮度變化？生：家庭電路中交流電頻率為50Hz，周期為0.02s，周期太小，人的眼睛無法區(qū)分亮度變化。師：大家的猜測(cè)是否正確，我們通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。請(qǐng)大家觀看實(shí)驗(yàn)視頻。演示實(shí)驗(yàn)播放實(shí)驗(yàn)視頻師：實(shí)驗(yàn)證明大家的分析是正確的。手搖發(fā)電機(jī)，頻率小，看見燈泡亮度發(fā)生改變。師：既然交變電流電流大小一直變化，那么如何計(jì)算交變電流流過電阻產(chǎn)生的熱量？如果是恒定電流，如何計(jì)算熱量？生：利用焦耳定律Q=I2Rt.思考與討論：某交流電的電流波形圖如圖所示。該電流流過R=1Ω的電阻.師：請(qǐng)大家看圖示電流，如何計(jì)算這個(gè)電流在1s中產(chǎn)生的熱量。生4：分段。師：“分段”是什么意思？能不能詳細(xì)的說明計(jì)算方法?生4：電流在每一段大小不變，可以先把各段時(shí)間在電阻R上產(chǎn)生的熱量計(jì)算出來，最后求和相加得到在1s時(shí)間產(chǎn)生的總熱量。師：說得不錯(cuò)！我們一起來算一下。(計(jì)算得熱量Q=2.8J)師：我們將這個(gè)電阻接在恒定電路中，通過R的電流恒定不變，如果該電流在1s時(shí)間產(chǎn)生的熱量也是2.8J，如何計(jì)算這個(gè)恒定電流的大小？生：Ie2Rt=Q，解出Ie=eq\r(2.8)A。師：一般交流電流計(jì)算熱量需要用到積分，計(jì)算不方便。為簡便計(jì)算交變電流通過電阻產(chǎn)生的熱量，物理學(xué)中引入有效值概念。二、有效值定義：交變電流和恒定電流I通過同一電阻R，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，該恒定電流稱為交變電流的有效值?！坝行А敝鸽娏鳠嵝?yīng)等效，產(chǎn)生的熱量相等。正弦交變電流有效值：電流i=Imsin(ωt)瞬時(shí)功率P=i2R=Im2sin2(ωt)R=Im2R/2[1-cos(2ωt)]=P-t圖像面積表示電功，也等于產(chǎn)生的焦耳熱。即 Q =Σ[]?t==在一個(gè)周期內(nèi)，cos(2ωt)與時(shí)間圍成的圖像面積為零，即第二項(xiàng)求和為零。故 有 ，即Ie=eq\f(Im,\r(2))對(duì)于交變電流、電壓和電動(dòng)勢(shì)，均有類似關(guān)系。家庭電路的220V電壓是指交變電流的有效值是220V.交流電表測(cè)得值也是有效值.課堂練習(xí)3家庭電路電壓的最大值多少伏？(220eq\r(2)V=311V)例題1一電流波形如圖.（0-0.5t0電流按正弦規(guī)律變化）試根據(jù)波形求：(1)周期是多少？(2)該電流有效值是多大？答案：(1)周期為t0；(2)板書設(shè)計(jì)第二節(jié)交變電流的描述一、周期、頻率、峰值T=eq\f(1,f)ω=2πf二、有效值1.含義：2.正弦交變電流有效值Ie=eq\f(Im,\r(2))Ue=eq\f(Um,\r(2))教學(xué)反思交變電流周期、頻率和峰值等概念學(xué)生容易理解，有效值的定義用到了等效的物理思想，教學(xué)時(shí)先