《1交變電流》教學(xué)設(shè)計(部級優(yōu)課)-物理教案

1節(jié)交變電流江蘇省太倉高級中學(xué)劉煥奇一、任務(wù)分析1．教材分析：交流電是生產(chǎn)生活常用的電流，交流電是電磁感應(yīng)的延伸和提高，而正弦式電流又是最簡單和最基本的。正弦式電流產(chǎn)生的原理是基于電磁感應(yīng)的基本規(guī)律，所以本章是前一章的延續(xù)和發(fā)展，是電磁感應(yīng)理論的具體應(yīng)用。另一方面，本節(jié)知識是全章的理論基礎(chǔ)，由于交變電流與直流不同，因此它對各種元件的作用也不同。正因為交變電流的特殊性，才有了變壓器及其及廣泛的應(yīng)用。所以，本節(jié)內(nèi)容有承上啟下的作用，教學(xué)重點是要運用電磁感應(yīng)的基本知識，配合相應(yīng)的演示實驗，分析交變電流的產(chǎn)生過程，認識交變電流的特點及其規(guī)律。2．學(xué)情分析：學(xué)生學(xué)完了電磁感應(yīng)知識，對恒定電流有一定的認識，掌握了求解動生電動勢的方法和作圖中降維作圖的能力。但對交變電流不夠了解和認識，使學(xué)生對交流電產(chǎn)生的物理圖景的存在障礙。利用示波器實驗、交流發(fā)電機、計算機模擬，盡可能使學(xué)生形象、直觀地掌握交流電.二、三維目標1．知道和技能（1）掌握交流電的概念、掌握交變電流的產(chǎn)生過程即變化規(guī)律。（2）知道交流電的數(shù)學(xué)表達式（3）認識交流電的圖像并會簡單應(yīng)用。2．過程和方法（1）提高實驗觀察、操作能力和正確分析實驗現(xiàn)象的能力。（2）熟悉練習(xí)模擬課堂教學(xué)中運用現(xiàn)代信息技術(shù)的能力。3．情感、態(tài)度和價值觀培養(yǎng)合作、探究與分享科學(xué)規(guī)律的習(xí)慣。培養(yǎng)學(xué)生數(shù)理結(jié)合的能力愛好。三、重難點分析教學(xué)重點：波的疊加現(xiàn)象和波的干涉現(xiàn)象。教學(xué)難點：對干涉現(xiàn)象的理解。四、教學(xué)設(shè)計思路和教學(xué)流程1．教學(xué)設(shè)計思想“交變電流”是高中物理選修3-2第五章第一節(jié)教學(xué)內(nèi)容，是學(xué)習(xí)的重點和難點。本節(jié)課貫徹“問題化教學(xué)策略”的教學(xué)理念，以解決“交流電的產(chǎn)生過程”為核心，使整個教學(xué)過程能按照現(xiàn)象問題探索規(guī)律解釋現(xiàn)象這樣的程序進行。本節(jié)課以“交流電的產(chǎn)生過程”這一演示實驗貫穿始終。用傳感器實驗引入，通過傳感器展示恒定電流與交變電流變化的不同，從而形成良好的學(xué)習(xí)動機；激發(fā)學(xué)生探究的欲望。在學(xué)生自己分解實驗過程的各個不同狀態(tài)瞬時值的基礎(chǔ)上，再求出交流電的瞬時值表達式，從理論上得出交流電的變化規(guī)律，然后用多媒體課件科學(xué)準確地將其原理清晰地展示交流電圖像及其掃描的形成過程，使學(xué)生在理論的基礎(chǔ)上再回到實踐，突破了難點；最后，在學(xué)生全面理解交流電的基礎(chǔ)上，自行再做一次這一實驗，認識幾種交流電的波形，可謂水到渠成，首尾呼應(yīng)。做到在學(xué)生體驗和探究的基礎(chǔ)上得出結(jié)論，解決了問題，培養(yǎng)了能力。分組活動討論3交流電的一般狀態(tài)情景解剖為特殊狀態(tài)2動畫按要求同步模擬2動畫模擬2學(xué)生活動1學(xué)生發(fā)現(xiàn)、提問2、教學(xué)流程圖通過交流電的圖像、直流電的圖像初步認識交流電通過交流電的圖像、直流電的圖像初步認識交流電實驗情景Ⅰ實驗操作1活動4探究活動4探究掃描出交流電圖像實驗再次認識初始交變電流探究交流電產(chǎn)生過程推導(dǎo)表達式圖1五、學(xué)習(xí)資源和器材準備圖1手電筒電路圖、手搖交流發(fā)電機一臺、四匝大線圈、DIS電流傳感器、學(xué)生示波器一臺等。六、教學(xué)過程設(shè)計(一)引入新課（直接切入課題）上一章課我們研究了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，知道磁可以生電，今天我們來研究另一種電——《交流電》。(二)新課教學(xué)1、交變電流教師提問：同學(xué)們猜想，我們的手電筒中是怎樣的電流？儀器展示：如圖手電筒線路板電路、雙刀雙擲開關(guān)、傳感器（利用傳感器電腦演示）圖2實驗1：學(xué)生操作交流電實驗，激發(fā)學(xué)生興趣。圖2問題1：同學(xué)們發(fā)現(xiàn)了怎樣的現(xiàn)象？得出：交變電流、直流的概念實驗有兩個作用1、學(xué)生在探索過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。2、激發(fā)學(xué)生探究欲望。。實驗有兩個作用1、學(xué)生在探索過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。2、激發(fā)學(xué)生探究欲望。2、交流電的產(chǎn)生問題2：怎樣能產(chǎn)生這種電流？實驗2：手搖交流發(fā)電機裝置如圖2，學(xué)生設(shè)計操作交流電實驗，激發(fā)學(xué)生興趣。問題發(fā)現(xiàn)3：線圈在磁場轉(zhuǎn)動為什么會產(chǎn)生這種電流？如何解釋這種現(xiàn)象？通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，希望同學(xué)們能自行解決同學(xué)們分組討論動態(tài)生成。即從特殊到一般的歸納演繹法。分組同學(xué)們分組討論動態(tài)生成。即從特殊到一般的歸納演繹法。分組分組研究決定：定性選擇幾個特殊位置，畫出典型狀態(tài)進行分析討論。問題4：請采用降維法畫出四個典型位置的線圈截面圖。學(xué)生通過觀察，發(fā)現(xiàn)三維空間轉(zhuǎn)換為二維截面圖的方法。圖3圖3將截面圖畫在下面的表格中通過設(shè)置問題，引領(lǐng)下面的探究。：通過設(shè)置問題，引領(lǐng)下面的探究。四四狀態(tài)特點V與B關(guān)系的大小的大小B與S面關(guān)系問題5：在這四個位置ABCD四條邊產(chǎn)生的電動勢各位多少？整個線框產(chǎn)生的總電動勢又為多少學(xué)生分組討論探究：畫出兩個特殊位置的各邊與磁場位置的關(guān)系。學(xué)生分組討論探究：畫出兩個特殊位置的各邊與磁場位置的關(guān)系。圖1將演示時分四個狀態(tài)：第一次演示中性面，即磁通量最大面；第二次演示電動勢最大的位置，通過分析實驗得出：中性面處產(chǎn)生電動勢為零，此時線框磁通量最大，電流強度大小為零，所以叫做中性面。圖1當(dāng)線框平面與磁感線平行時，磁通量為零，電動勢最大問題延伸，其他特殊位置的電動勢怎么樣呢？教師在學(xué)生探究的過程中同時將這四個典型狀態(tài)模擬畫在幾何畫板上。做到實驗與模擬相統(tǒng)一。，最大值為E=BIS。問題延伸，其他特殊位置的電動勢怎么樣呢？教師在學(xué)生探究的過程中同時將這四個典型狀態(tài)模擬畫在幾何畫板上。做到實驗與模擬相統(tǒng)一。圖4問題6：如果AB邊恰好從中性面轉(zhuǎn)過某一銳角后，其電動勢是多少？圖4（學(xué)生分組繼續(xù)畫出一般情況下的截面圖如圖4，注意轉(zhuǎn)過的角度為某一銳角）教師賦給題目中的物理量：N匝矩形線圈，ABCD邊長分別為lAB、lAD，放在勻強磁場B中沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，角速度大小為；從中性面開始計時，當(dāng)轉(zhuǎn)過θ時，求此時感應(yīng)電動勢的大小。3、交流電的瞬時表達式問題7：如果恰好AB邊從中性面轉(zhuǎn)過時間t，請回答下列問題鏈。教師通過問題鏈的方式引導(dǎo)學(xué)生進行理論探究，逐步得出公式e＝Em教師通過問題鏈的方式引導(dǎo)學(xué)生進行理論探究，逐步得出公式e＝Emsinωt.這樣處理有利于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對復(fù)雜問題的研究，也有利于學(xué)生知識的掌握和能力的提高。=1\*GB3①線圈的角速度是ω,經(jīng)過時間t，它與中性面的夾角是ωt。=2\*GB3②ab邊繞中心軸作勻速圓周運動，角速度是ω、轉(zhuǎn)動半徑為L2/2，所以ab邊的速度是ωL2/2。=3\*GB3③ab邊速度方向與磁場方向夾角與線圈從中性面轉(zhuǎn)過的角度相同也是ωt。=4\*GB3④ab邊產(chǎn)生的電動勢。=5\*GB3⑤線圈中感應(yīng)電動勢＝Emsinωt問題8：前面我們通過實驗探究和理論探究，得出了交流電的一般表達式，那么理論和實驗相統(tǒng)一體現(xiàn)理論與實踐相統(tǒng)一，相結(jié)合的思想，說明實驗的重要性。嗎？體現(xiàn)理論與實踐相統(tǒng)一，相結(jié)合的思想，說明實驗的重要性。結(jié)論：正弦交流電的一般表達式與交流電的數(shù)學(xué)圖像相統(tǒng)一、吻合的。難點是交流電表達式中的初相與實驗中線圈的初始位置是如何統(tǒng)一的。問題9：給出正弦交流電的瞬時表達式e=Emsinωt，你能確定它的某一時刻位置嗎，你能確定它在一段時間t內(nèi)的圖像嗎？學(xué)生分組討論，粗畫交流電的圖像，全班進行討論?？偨Y(jié)出相位、初相位的物理意義。（主要是運用描點和數(shù)學(xué)工具進行數(shù)理結(jié)合，培養(yǎng)數(shù)理結(jié)合的能力）。問題10：能否借助于幾何畫板展示交流電的圖像形成過程？提示：主要是掃描問題的解決，老師可以助你利用幾何畫板的軌跡再現(xiàn)交流電在各個位置的電動勢，同時利用掃描象征時間，清晰地展示了交流電波形的形成過程。一臂之力。利用幾何畫板的軌跡再現(xiàn)交流電在各個位置的電動勢，同時利用掃描象征時間，清晰地展示了交流電波形的形成過程。圖5按照學(xué)生討論結(jié)果和要求，在電腦平面上再一次展示交流電形成過程的動態(tài)波形。圖5最后再次教師演示：用傳感器觀察教學(xué)發(fā)電機發(fā)出的交流電壓波形。實驗電路如圖5a所示，問題11：為什么手搖電機發(fā)出的正弦交流電的波形不如學(xué)生電源中的波形標準呢？從波形圖不難看出“線”、“斜率”、“截距”、“面積”、“拐點”，都發(fā)生了變化。其物理意義也隨之改變。原因較多這個問題能進一步拓展學(xué)生的思維。課后留有聯(lián)系實際的思考題，它是較新穎的訓(xùn)練，可以查閱資料也可以應(yīng)用學(xué)過的知識分析，還可以去實地觀察等。，主要原因是教學(xué)發(fā)電機的磁場不是勻強磁場，其次是手搖發(fā)電機的轉(zhuǎn)動角速度也不夠穩(wěn)定。這個問題能進一步拓展學(xué)生的思維。課后留有聯(lián)系實際的思考題，它是較新穎的訓(xùn)練，可以查閱資料也可以應(yīng)用學(xué)過的知識分析，還可以去實地觀察等。總結(jié)：分析物理圖象的要點引入是圖像，收尾也是圖像，不僅解釋開頭部分，而且加深了解了物理圖像的意義，做到以問題為中心首尾呼應(yīng)。：引入是圖像，收尾也是圖像，不僅解釋開頭部分，而且加深了解了物理圖像的意義，做到以問題為中心首尾呼應(yīng)。一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點”、看“截距”、看“面積”、看“拐點”，并理解其物理意義。二變：掌握“圖與圖”“圖與式”和“圖與物”之間的變通關(guān)系。三判：在此基礎(chǔ)上進行正確的分析和判斷。（三）課堂小結(jié)：1知識小結(jié)（1）交變電流（