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高中物理1 交变电流教学设计
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这是一份高中物理1 交变电流教学设计，共5页。教案主要包含了教材分析，教学目标，教学重点难点，学情分析，教学方法，课前准备，课时安排，教学过程等内容，欢迎下载使用。
一、教材分析
交变电流知识对生产和生活关系密切，有广泛的应用，考虑到高中阶段只对交流电的产生、描述方法、基本规律作简要的介绍，这些知识是已学过的电磁感应的引伸，所以在教学过程中对开阔学生思路、提高能力是很有好处的。
为了适应学生的接受能力，教材采取从感性到理性、从定性到定量逐渐深入的方法讲述这个问题.教材先用教具演示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生交流电，以展示交流电是怎样产生的.并强调让学生观察教材图5．１－３所示线圈通过甲、乙、丙、丁四个特殊位置时，电流表指针变化的情况，分析电动势和电流方向的变化，这样学生就会对电动势和电流的变化情况有个大致的了解.然后让学生用右手定则独立分析线圈中电动势和电流的方向.这样能充分调动学生的积极性,培养学生的观察和分析能力.
关于交变电流的变化规律,教材利用上章学过的法拉第电磁感应定律引导学生进行推导,得出感应电动势的瞬时值和最大值的表达式,进而根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律推出电流与电压瞬时值与最大值的表达式.
二、教学目标
1、知识目标
（1）知道什么是交变流电。并理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面.
（2）掌握交变电流的变化规律，及表示方法.
（3）理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义.
（4）知道几种常见的交变电流。如正弦式交变电流、锯齿形交变电流、矩形脉冲电流。
2、能力目标
（1）掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）.
（2）培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力.
（3）培养学生运用数学知识解决处理物理问题的能力.
3、情感、态度和价值观目标
结合实际情况培养学生理论联系实际的思想.
三、教学重点难点
重点：1、交变电流产生的物理过程的分析.
2、交变电流的变化规律的图象描述。
难点：１、交变电流的变化规律及应用.
２、图象与实际发动机转动时的一一对应关系的理解。
四、学情分析
学生已经学习了电磁感应，理解了导体切割磁场会产生电动势。在此基础上学习交变电流，对于理解还是很符合学生的认知规律的。但这是新的概念，鉴于学生接受能力的不同，讲解时还需详细，加强引导。更是采用多媒体教学的手段，以便更直观更立体的让学生接受。
五、教学方法
演示+分析+归纳
1.通过矩形线圈在匀强磁场中匀速转一周的实物演示，立体图结合侧视图分析，特殊位置结合任一位置分析，使学生理解交变电流产生原理及变化规律.
2.利用导体切割磁场线产生I感方法，分析得交流电的变化规律.
六、课前准备
1．学生的学习准备：通过预习，初步了解一些知识
2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，教具
七、课时安排：1课时
八、教学过程
(一)预习检查、总结疑惑
检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。
（二）情景导入、展示目标。
利用多媒体课件展示目标
出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造.
［演示］老师手摇发电机模型.第一次发电机接小灯泡.当线框缓慢转动时，小灯泡不亮；当线框快速转动时，小灯泡一闪一闪的.
第二次发电机接上示教电流计，当线框缓慢转动（或快速摆动），电流计指针左右摆动.
思考问题：线圈中产生的是什么样的电流？
（引导学生回答：这种电流就是我们家里电路是的电流，它的大小和方向都随时间做周期性的变化，这样的电流叫交变电流。如果方向不随时间变化的电流称为直流电。交流电和直流电之间可以相转换。）
注：老师手摇发电机的速度有所改变，一次快一次慢。
观察实验现象，思考为什么会有这样的现象产生。从而引入交变电流。
（三）合作探究、精讲点拨。
为什么矩形线框在匀强磁场中匀速转动，线框里能产生交变电流？
多媒体课件打出下图.
［师问］abcd线框在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线？
［生答］ab与cd边.
［师问］线框转到什么位置，产生感应电动势最大？
［生答］线圈平面与磁感线平行时，ab边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线.此时产生感应电动势最大.
［师问］线框转动到什么位置时，感应电动势最小？
［生答］当线框平面跟磁感线垂直时，ab与cd边的速度方向跟磁力线平行，即两边不切割磁力线，此时感应电动势为0.
利用多媒体课件，屏幕上打出中性面概念：
1.中性面——线框平面与磁力线垂直位置.
2.线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但=0.
3.线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变.线圈转一周，感应电流I感方向改变两次.
如果从中性面开始计时，逆时针方向匀速转动，角速度ω，经时间t，线圈转到图示位置，ab边与cd边的速度方向与磁场方向夹角为ωt，屏幕上打出线圈水平投影图，如图所示.
［师问］设ab=cd=l1 磁感应强度B，bc=ad=l2
这时ab边E感多大？
［生答］eab=Bl1l2ωsinωt
［师］cd边中E感跟ab边中感应电动势大小相同，又是串联在一起，此时整个线框中感应电动势多大？
［生答］e=eab+ecd=Bl1l2ωsinωt
屏幕上打出：
1.在匀强磁场中，匀速转动线圈产生感应电动势及感应电流是按正弦规律变化的.
瞬时表达式：e=Bl1l2ωsinωt=BSωsinωt
N匝线圈时，相当于N个完全相同的电源来个串联，e=NBSωsinωt.
其中最大值Em=NBSω
线框和用电器构成回路i= = sinωt
最大值 Im=
2.屏幕上使线圈转动，如转ωt=60°,150°,210°,300°时，请学生分别计算感应电动势的大小和方向？
最后将学生计算结论总结：e=Emsinωt,既能表示电动势大小，又能表示电动势方向.
由于上面介绍的发电机的电动势按正弦规律变化，所以当负载为电灯等用电器时，负载两端的电压u、和流过的电流i，也按正弦规律变化，即
U= Umsinωt,
i=Imsinωt
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。
下面举例：
一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100πrad/s.
（1）写出感应电动势的瞬时值表达式.
（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在t=s时电流强度的瞬时值为多少？
解析：因为电动势的最大值Em=311 V，角速度ω=100πrad/s，所以电动势的瞬时值表达式是e=311sin100πt V.
根据欧姆定律，电路中电流强度的最大值为Im===3.11 A，所以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是i=3.11sin100πt A.
当t=s时，电流强度的瞬时值为
i=3.11sin(100π·)=311×=1.55 A.
思考问题：结合数学知识，能否在直角坐标系中画出正弦式电流的图像？（如下图）
［演示］用示波器显示照明电路的电压波形.分析波形曲线特点，如图所示.
阅读书本p32页最后一段。知道还有其它形式的交流电。如锯齿波、脉冲波等。
（四）反思总结，当堂检测。
教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测。
（五）发导学案、布置预习。
布置下节课的预习作业，并对本节课巩固提高。
九、板书设计
交变电流
十、教学反思
1、交流与直流有许多相似之处，也有许多不同之处．学习中我们特别要注意的是交流与直流的不同之处，即交流电的特殊之处．这既是学习、了解交流电的关键，也是学习、研究新知识的重要方法．在与已知的知识做对比中学习和掌握新知识特点的方法，是物理课学习中很有效和很常用的方法．
在学习交变电流之前，应帮助学生理解直流电和交流电的区别．其区别的关键是电流方向是否随时间变化．同时给出了恒定电流的定义——大小和方向均不随时间变化．
2、对于交变电流的产生，课本采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的讲述方法．为了有利于学生理解和掌握，教学中要尽可能用示波器或模型配合讲解．教学中应注意让学生观察教材中的线圈通过4个特殊位置时电表指针的变化情况，分析电动势和电流方向的变化，使学生对线圈转动一周中电动势和电流的变化有比较清楚的了解．有条件的，还可以要求学生运用已学过的知识，自己进行分析和判断．
3、用图像表示交变电流的变化规律，是一种重要方法，它形象、直观、学生易于接受．要注意在学生已有的图像知识的基础上，较好地掌握这种表述方法．更要让学生知道，交变电流有许多种，正弦电流只是其中简单的一种．课本中用图示的方法介绍了常见的几种，以开阔学生思路，但不要求引伸．
4、在这一节中学生要第一次接受许多新名词，如交变电流、正弦电流、中性面、瞬时值、最大值（以及下一节的有效值）等等．要让学生明白这些名词的准确含义．特别是对中性面的理解，要让学生明确，中性面是指与磁场方向垂直的平面．当线圈位于中性面时，线圈中感应电动势为零，线圈转动过程中通过中性面时，其中感应电动势方向要改变．
5、课本上介绍的交变电流的产生，实际上是正弦交流电的产生．以矩形线框在匀强磁场中匀速转动为模型，以线框通过中性面为计时起点，得到电动势随时间满足正弦变化的交变电流．这里可以明确指出，电动势的最大值由线框的匝数、线框面积、转动角速度和磁感应强度共同决定．
一、教材分析
交变电流知识对生产和生活关系密切，有广泛的应用，考虑到高中阶段只对交流电的产生、描述方法、基本规律作简要的介绍，这些知识是已学过的电磁感应的引伸，所以在教学过程中对开阔学生思路、提高能力是很有好处的。
为了适应学生的接受能力，教材采取从感性到理性、从定性到定量逐渐深入的方法讲述这个问题.教材先用教具演示矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生交流电，以展示交流电是怎样产生的.并强调让学生观察教材图5．１－３所示线圈通过甲、乙、丙、丁四个特殊位置时，电流表指针变化的情况，分析电动势和电流方向的变化，这样学生就会对电动势和电流的变化情况有个大致的了解.然后让学生用右手定则独立分析线圈中电动势和电流的方向.这样能充分调动学生的积极性,培养学生的观察和分析能力.
关于交变电流的变化规律,教材利用上章学过的法拉第电磁感应定律引导学生进行推导,得出感应电动势的瞬时值和最大值的表达式,进而根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律推出电流与电压瞬时值与最大值的表达式.
二、教学目标
1、知识目标
（1）知道什么是交变流电。并理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面.
（2）掌握交变电流的变化规律，及表示方法.
（3）理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义.
（4）知道几种常见的交变电流。如正弦式交变电流、锯齿形交变电流、矩形脉冲电流。
2、能力目标
（1）掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）.
（2）培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力.
（3）培养学生运用数学知识解决处理物理问题的能力.
3、情感、态度和价值观目标
结合实际情况培养学生理论联系实际的思想.
三、教学重点难点
重点：1、交变电流产生的物理过程的分析.
2、交变电流的变化规律的图象描述。
难点：１、交变电流的变化规律及应用.
２、图象与实际发动机转动时的一一对应关系的理解。
四、学情分析
学生已经学习了电磁感应，理解了导体切割磁场会产生电动势。在此基础上学习交变电流，对于理解还是很符合学生的认知规律的。但这是新的概念，鉴于学生接受能力的不同，讲解时还需详细，加强引导。更是采用多媒体教学的手段，以便更直观更立体的让学生接受。
五、教学方法
演示+分析+归纳
1.通过矩形线圈在匀强磁场中匀速转一周的实物演示，立体图结合侧视图分析，特殊位置结合任一位置分析，使学生理解交变电流产生原理及变化规律.
2.利用导体切割磁场线产生I感方法，分析得交流电的变化规律.
六、课前准备
1．学生的学习准备：通过预习，初步了解一些知识
2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，教具
七、课时安排：1课时
八、教学过程
(一)预习检查、总结疑惑
检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。
（二）情景导入、展示目标。
利用多媒体课件展示目标
出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造.
［演示］老师手摇发电机模型.第一次发电机接小灯泡.当线框缓慢转动时，小灯泡不亮；当线框快速转动时，小灯泡一闪一闪的.
第二次发电机接上示教电流计，当线框缓慢转动（或快速摆动），电流计指针左右摆动.
思考问题：线圈中产生的是什么样的电流？
（引导学生回答：这种电流就是我们家里电路是的电流，它的大小和方向都随时间做周期性的变化，这样的电流叫交变电流。如果方向不随时间变化的电流称为直流电。交流电和直流电之间可以相转换。）
注：老师手摇发电机的速度有所改变，一次快一次慢。
观察实验现象，思考为什么会有这样的现象产生。从而引入交变电流。
（三）合作探究、精讲点拨。
为什么矩形线框在匀强磁场中匀速转动，线框里能产生交变电流？
多媒体课件打出下图.
［师问］abcd线框在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线？
［生答］ab与cd边.
［师问］线框转到什么位置，产生感应电动势最大？
［生答］线圈平面与磁感线平行时，ab边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线.此时产生感应电动势最大.
［师问］线框转动到什么位置时，感应电动势最小？
［生答］当线框平面跟磁感线垂直时，ab与cd边的速度方向跟磁力线平行，即两边不切割磁力线，此时感应电动势为0.
利用多媒体课件，屏幕上打出中性面概念：
1.中性面——线框平面与磁力线垂直位置.
2.线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但=0.
3.线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变.线圈转一周，感应电流I感方向改变两次.
如果从中性面开始计时，逆时针方向匀速转动，角速度ω，经时间t，线圈转到图示位置，ab边与cd边的速度方向与磁场方向夹角为ωt，屏幕上打出线圈水平投影图，如图所示.
［师问］设ab=cd=l1 磁感应强度B，bc=ad=l2
这时ab边E感多大？
［生答］eab=Bl1l2ωsinωt
［师］cd边中E感跟ab边中感应电动势大小相同，又是串联在一起，此时整个线框中感应电动势多大？
［生答］e=eab+ecd=Bl1l2ωsinωt
屏幕上打出：
1.在匀强磁场中，匀速转动线圈产生感应电动势及感应电流是按正弦规律变化的.
瞬时表达式：e=Bl1l2ωsinωt=BSωsinωt
N匝线圈时，相当于N个完全相同的电源来个串联，e=NBSωsinωt.
其中最大值Em=NBSω
线框和用电器构成回路i= = sinωt
最大值 Im=
2.屏幕上使线圈转动，如转ωt=60°,150°,210°,300°时，请学生分别计算感应电动势的大小和方向？
最后将学生计算结论总结：e=Emsinωt,既能表示电动势大小，又能表示电动势方向.
由于上面介绍的发电机的电动势按正弦规律变化，所以当负载为电灯等用电器时，负载两端的电压u、和流过的电流i，也按正弦规律变化，即
U= Umsinωt,
i=Imsinωt
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。
下面举例：
一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100πrad/s.
（1）写出感应电动势的瞬时值表达式.
（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在t=s时电流强度的瞬时值为多少？
解析：因为电动势的最大值Em=311 V，角速度ω=100πrad/s，所以电动势的瞬时值表达式是e=311sin100πt V.
根据欧姆定律，电路中电流强度的最大值为Im===3.11 A，所以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是i=3.11sin100πt A.
当t=s时，电流强度的瞬时值为
i=3.11sin(100π·)=311×=1.55 A.
思考问题：结合数学知识，能否在直角坐标系中画出正弦式电流的图像？（如下图）
［演示］用示波器显示照明电路的电压波形.分析波形曲线特点，如图所示.
阅读书本p32页最后一段。知道还有其它形式的交流电。如锯齿波、脉冲波等。
（四）反思总结，当堂检测。
教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测。
（五）发导学案、布置预习。
布置下节课的预习作业，并对本节课巩固提高。
九、板书设计
交变电流
十、教学反思
1、交流与直流有许多相似之处，也有许多不同之处．学习中我们特别要注意的是交流与直流的不同之处，即交流电的特殊之处．这既是学习、了解交流电的关键，也是学习、研究新知识的重要方法．在与已知的知识做对比中学习和掌握新知识特点的方法，是物理课学习中很有效和很常用的方法．
在学习交变电流之前，应帮助学生理解直流电和交流电的区别．其区别的关键是电流方向是否随时间变化．同时给出了恒定电流的定义——大小和方向均不随时间变化．
2、对于交变电流的产生，课本采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的讲述方法．为了有利于学生理解和掌握，教学中要尽可能用示波器或模型配合讲解．教学中应注意让学生观察教材中的线圈通过4个特殊位置时电表指针的变化情况，分析电动势和电流方向的变化，使学生对线圈转动一周中电动势和电流的变化有比较清楚的了解．有条件的，还可以要求学生运用已学过的知识，自己进行分析和判断．
3、用图像表示交变电流的变化规律，是一种重要方法，它形象、直观、学生易于接受．要注意在学生已有的图像知识的基础上，较好地掌握这种表述方法．更要让学生知道，交变电流有许多种，正弦电流只是其中简单的一种．课本中用图示的方法介绍了常见的几种，以开阔学生思路，但不要求引伸．
4、在这一节中学生要第一次接受许多新名词，如交变电流、正弦电流、中性面、瞬时值、最大值（以及下一节的有效值）等等．要让学生明白这些名词的准确含义．特别是对中性面的理解，要让学生明确，中性面是指与磁场方向垂直的平面．当线圈位于中性面时，线圈中感应电动势为零，线圈转动过程中通过中性面时，其中感应电动势方向要改变．
5、课本上介绍的交变电流的产生，实际上是正弦交流电的产生．以矩形线框在匀强磁场中匀速转动为模型，以线框通过中性面为计时起点，得到电动势随时间满足正弦变化的交变电流．这里可以明确指出，电动势的最大值由线框的匝数、线框面积、转动角速度和磁感应强度共同决定．
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