学年度人教版选修32 52描述交变电流的物理量 教案3.docx

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学年度人教版选修3252描述交变电流的物理量教案3

描述交变电流的物理量的教学设计

一、教学分析

分析本节内容在物理学科体系中的地位、与前后内容的内在联系、课标要求，分析学生的知识和能力状态及对教学的要求或采取的应对措施。

1．教学任务分析

本节内容是在学习交变电流的产生原理基础上，进一步探讨交变电流的定量描述问题，以利用这些物理量描述交变电流的变化规律。

是研究交变电流变化规律的基础和前提，带有工具性，是本章的重点内容之一。

本节内容的课标要求为“能用函数表达式和图像描述交变电流，测算其峰值和有效值。

”通过学习本节内容，学生应该能从数学角度进一步认识交变电流的周期性，通过有效值的分析和计算再一次体会等效代替法在物理学科的应用。

要考试说明中的相产知识点有两个“交变电流、交变电流的图像”和“正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值”。

均为

级要求。

2．教学对象分析：

在学习圆周运动知识时，学生对周期性变化规律已经有了初步的认识，应充分利用已有的知识基础，建立起交变电流的周期、频率、角频率（线圈转动的角速度）与匀速圆周运动相关物理量的联系。

交变电流的“四值”的物理意义是学生容易混淆的地方，“四值”的应用更容易张冠李戴。

应让学生通过定义细致区分其物理意义上的差别，通过实例辨析其适用范围。

3．教学目标设计：

（1）知道交变电流的周期、频率的含义，以及它们相互音质关系。

知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小。

（2）运用等效代替法计算某些交变电流的有效值。

提高运用类比、迁移的科学方法分析新问题的意识和能力。

（3）会应用正弦式交变电流的有效值公式进行有关计算。

（4）区分交变电流的峰值、瞬时值、有效值和平均值的物理意义，知道上述“四值”的应用范围。

4．教学策略设计：

（1）教学重点及分析：

课标和考试说明对本节内容的要求都集中在交变电流的峰值和有效值，以及瞬时值表达式和图象的应用上。

交变电流的峰值在第一节重点介绍过，本节应重点研究有效值；瞬时值表达式和图象的应用首先体现在提取信息上，即利用瞬时值表达式或者图象分析交变电流的“四值”，进而结合欧姆定律等知识进行有关的分析和计算。

根据上述分析，本节课的教学重点为：

①交变电流有效值的分析和计算。

②利用交变电流的瞬时值表达式和图象分析交变电流的“四值”。

（2）教学难点及突破：

交变电流的峰值在产生原理、瞬时值表达式、图象等处均有体现，主要应用于电容器的击穿电压上；瞬时值则要求利用数学工具求得每个时刻对应的电压或电流值，可以通过瞬时值表达式或图象找到与时间的对应关系，主要应用于瞬时对应关系的数学运算，以及有启动电压的用电器启动时间问题；有效值是利用电流的热效应得出的，始终与电功电热密切联系，同时也用于交流电表的示数和日常用语中的交流电参数；平均值的理解应与法拉第电磁感应定律密切结合，并由初、末时刻及时间长短有关，主要应用于感应电荷量的计算。

由于在以往的学习中学生没有将上述“四值”从物理意义到适用范围加以对比，学习中容易产生混淆。

另外，利用瞬时值表达式和图象分析计算时，一方面可以从中直接提取峰值、角频率等信息，可以通过简单计算求得有效值、周期、某时刻的频率瞬时值等，也可以结合匝数、电阻值等间接分析磁通量、磁通量变化率、电功、电荷量、某时刻线圈与磁场方向的夹角等内容。

由于抽象性和立体性强，间接求解对学生来说具有一定难度。

本节课的教学难点为

①交变电流“四值”物理意义及应用范围的区分。

②利用交变电流的瞬时值表达式和图象进行有关的分析和计算。

对于第一个难点，可以采取问题引导探究的方式辨析物理意义和适用范围，再通过列表对比的方式让学生加深体会；第二个难点需要在明确各待求量物理意义的基础上，比较分析求相关量之间的相互关系，利用相互关系间接求解。

同时，还要注意化抽象为具体，化立体为平面，降低思维台阶。

5．教学方法设计：

主导教法：

合作生成教学法。

辅助教法：

问题解决式的探究教学

6．教学媒体设计：

课件、学案、实物投影。

7．教学评价设计：

课堂即时评价以学生相互评价为主，关注激励性的同时客观指出被评价的学生存在的问题。

合作学习中的小组评价采用学生组间评价与组内自评相结合，教师评价与学生评价相结合。

教师评价主要针对小组及小组成员的个体表现，及时关注游离于小组整体之外的个别学生。

教学过程

合作学习方式

不分组，不讨论。

采用以相互评价、补充为表现形式的团体合作学习方式。

事件1重复上课起立情境引入复习周期频率（2分钟并板书本节标题）

教学任务：

复习回顾，引入新课。

复习上节课交变电流产生的有关知识，对正弦式交变电流的产生条件、最大值和瞬时值表达式及其推导形成更清晰的认识，为本节内容的展开做好充分的准备。

师生行为：

（出示问题引导1分钟）

教师利用PPT课件出示如下问题

1．对正弦式交变电流来说

（1）、周期T：

是指交变电流完成一次变化所需的时间，单位是秒．

（2）、频率f：

一秒内完成的次数。

单位：

HZ.

（3）、角频率ω：

就是的角速度。

单位：

rad/s.

（4）、角速度、频率、周期，的关系ω==

（5）正弦式交变电流的产生条件?

（6）什么叫中性面?

中性面有什么特点?

（7）从中性面开始计时，线圈中感应电动势的最大值和瞬时值表达式？

学情预设

在说出感应电动势的最大值、瞬时值表达式以及电流的最大值、瞬时值表达式时，学习困难学生可能困难较大，应指定学习中上的学生回答，发动学生辨析上述回答的不完美之处，并给出补充或纠正。

以上过程带动学习困难学生复习和巩固。

生成预设

对于角频率ω的物理意义，及其与周期、频率的关系，个别学生可能产生困惑，甚至产生对角频率和频率产生混淆。

可通过组织学生辨析，通过集体分析来解决，老师不必直接判定对错。

2．布置以学习小组为单位针对上述7个问题展开讨论。

学生结合PPT课件出示产生正弦式交变电流的具体情境，展示上述7个问题讨论的结果。

（要求一组同学到讲台用课件说明，5分钟内学生说明老师记录板书）

教师征询某一小组的学生代表本组回答，也可以指定某小组回答。

回答后征询其他小组的补充意见或其他见解。

学生的回答包括两部分内容：

一是问题的答案，二是针对问题展开的讨论内容及生成的资源。

7个问题回答结束后，不同小组可以充分发表自己的看法，直到没有成员发言为止。

评价学生对问题的回答，总结讨论的成果，归纳知识框架，评价不同小组的表现，对表现突出的同桌小组给出口头表扬，对不完美的回答作出补充或纠正。

教师板书知识框架如下

一、周期和频率

物理意义：

表示交流电变化的快慢

1、周期T：

交变电流完成一次周期性变化所需的时间。

2、频率f：

交变电流一秒内完成周期性变化的次数。

角频率ω：

线圈在磁场中转动的角速度

3、关系：

3．请一组同学出示学案前4例答案，并为其他同学解决学习前4例过程中遇到的问题。

生成预设

四道例题均为交变电流周期频率的应用，涉及图象和瞬时值表达式。

学生可能出现求解错误和不理解，通过相互评价和辨析可由学生互助解决，老师不必包办。

对于学生可能提出的新问题，要视问题的价值作出相应处理，提交全班讨论或布置课下研究。

事件2

在上节课学习的基础上，进一步明确交变电流的峰值和瞬时值，学会利用图象分析峰值和瞬时值，了解峰值和瞬时值的应用。

师生行为：

1．教师出示问题组，布置学生思考和讨论。

问题组：

●什么是交变电流的峰值（Em，Im，Um）？

●

什么是交变电流的瞬时值（e，i，u）？

思考讨论时间为1分钟。

2．学生回答峰值概念，其他学生评价。

峰值：

电流或电压所能达到的最大值。

表达式：

Em=NBSω

教师出示如右图所示的图象，学生从中找出电流的峰值。

教师出示电容器的图片，讲授电容器的耐压值及交变电流的峰值在判定电容器是否击穿时的应用。

让学生从图片标称值上找出该电容器的电容值和耐压值。

学生回答瞬时值概念，教师提醒利用表达式求出瞬时值和利用图象读出瞬时值的方法。

合作学习方式

同桌两人讨论，学生回答，相互评价。

生成预设

个别学生针对电容器的耐压值可能提出发散性的问题，应灵活应对。

事件3教师生产简短过渡并出示本节重点交流电有效值及“四值”的物理意义和区分。

教学任务：

合作探究交变电流的有效值。

小组合作探究教材图5.2-2对应的思考与讨论，通过问题的解决过程总结等效代替法的应用，理解特殊交变电流热效应的求解方法，建立交变电流的有效值概念。

师生行为：

1．教师出示教材中如图所示的问题与讨论，

布置以6人小组为单元展开讨论，寻找求解方法并进而求得问题结果。

2．小组汇报求解结果，其他小组判定其正误。

老师征询其他小组的不同求解方法和结果，引导学生进行对比。

3．提醒学生总结求解方法，回忆等效代替法在其他知识点的应用。

上述求解过程用到了哪种科学方法？

你从中得到什么启示？

4．给出交变电流有效值的定义，引导学生理解有效值的物理意义。

给出正弦式交变电流的有效值与最大值的关系：

，

，

强调适用条件：

正弦式交变电流包括中性面和最大值位置的1/4周期以上。

合作学习方式

因问题稍有难度，且需要综合运用问题解决策略，采用四人小组讨论求解，以小组为单位汇报求解思路和结果。

评价针对四人小组，结合小组表现加分。

生成预设

学生在求解过程中可能产生新的方法或思想，注意运用灵感放大、佯谬等策略捕捉和应用生成资源。

事件4

教学任务：

分组分工讨论例题5，明确交变电流“四值”的应用。

分9个大组分别讨论解决例题5各小题（见附录学案），通过问题解决明确交变电流“四值”的适用范围。

师生行为：

1．教师出示例题5，以四个区域大组分工讨论，具体分工为：

一组第

（1）、

（2）小题，二组第（3）、三组第（4）、四组第（5）小题。

师生具体活动方式与事件3类似。

2．明确适用交变电流有效值的四种情境：

①求电功、电功率、电热时必须用有效值；

②交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；

③交流电流表和交流电压表的读数是有效值；

④对于有特殊说明的均指有效值

3．强调平均值的物理意义：

表示一段时间内电压或电流的平均大小，与初、末时刻及时间长短均有关系。

强调平均值的适用情境：

求通过某导体截面的电量一定要用平均值。

合作学习方式

与事件3相同。

生成预设

学生在求解过程中可能产生“四值”乱用的现象，应组织学生经过集中讨论和辨析，明确各小题的正确应用：

第

（2）小题用峰值、第（3）小题用瞬时值、第（4）小题用有效值、第（5）小题用1/4周期内的平均值。

第（3）小题可能出现多种求解方法，如代数法、图象法等，应注意灵感放大和方法归纳，对学生的奇思妙想给予激励。

部分学生可能出现思维困难，若时间不足时，可留待课下研究。

事件5

教学任务：

对比交变电流“四值”的意义和应用。

学生自主填写交变电流“四值”对比表格。

对照答案检验学习效果。

巩固重、难点。

师生行为：

1．教师出示交变电流“四值”对比表

物理含义

重要关系

适用情境

瞬时值

峰值

有效值

平均值

学生自主填写上表，教师巡回检查学生的完成情况。

2．教师出示参考答案，学生对照答案，用另一种颜色的笔订正完善表格。

物理含义

重要关系

适用情况

瞬时值

交变电流某一时刻的值

e＝Emsinωt

i＝Imsinωt

计算线圈某一时刻的受力情况

峰值

交变电流所能达到的最大值

 Em=NBSω

Im=

确定用电器的耐压值

有效值

跟交变电流的热效应等效的恒定电流值

，

，

（1）计算与电流热效应相关的量（如功率、热量）

（2）交流电表的测量值

（3）电气设备标注的额定电压、额定电流

（4）保险丝的熔断电流

平均值

交变电流在某段时间内的平均大小

计算通过电路截面的电量

合作学习方式

自主学习，个人表现记入区域大组。

生成预设

关注学生存在的个别问题，及时解答。

事件6

教学任务：

小结新课，布置作业。

学生分知识、方法、困惑、感悟等不同侧面小结本节课所学内容。

一个同学为主，其他同学补充。

布置分层作业。

师生行为：

找一名中等学生总结本节课所学内容，包括知识、方法和感悟。

其他同学补充。

布置本节课的作业：

完成学案上的巩固练习；有余力者完成新课堂上本节练习。

合作学习方式

团体合作，补充完善。

生成预设

关注学生的心得体会，适度推广。

附录：

配套学案

2描述交变电流的物理量

【知能准备】

（一）、交变电流：

大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。

如图所示（b）、（c）所示电流都属于交流，其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流。

如图（b）所示。

而（a）、（d）为直流其中（a）为恒定电流。

（二）、正弦交流的产生及变化规律。

1、产生：

当线圈在匀强磁场中绕时，线圈中产生的交流是随时间按变化的。

即正弦交流。

2、中性面：

匀速旋转的线圈，位于的平面叫做中性面。

这一位置穿过线圈的磁通量，但各个边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量变化率，线圈中无。

3、规律：

（1）、函数表达式：

从中性面开始计时，则e=。

用ε表示峰值

则e=在纯电阻电路中,电流I=，电压u=。

【同步导学】

①、周期T：

的时间。

单位：

s.

②、频率f：

一秒内完成的次数。

单位：

HZ.

③、角频率ω：

就是的角速度。

单位：

rad/s.

④、角速度、频率、周期，的关系ω==

一、周期和频率

例题1某发电机产生的电动势为u=220

sin100πtV。

求周期、频率和线圈转动的角速度。

例题2我国生产和生活用交流电的周期如图，T=_____s，频率f=____Hz，角速度ω=_____rad/s，在1s内电流的方向变化____次。

例题3某小型发电机产生的电动势随时间的变化规律为u=EmsinωtV。

如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则产生的电动势随时间的变化规律变为。

例题4某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为（）

A．400V，0.02sB．200V，0.02s

C．400V，0.08sD．200V，0.08s

二、表征交变电流大小物理量

1．课本第35页思考与讨论：

2．交变电流的“四值”：

①瞬时值：

用小写字母x表示，e、i、u

②峰值：

即最大的用大写字母表示，Um　　Ｉm　　εm

εm=；Ｉm=

注意：

线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为，即仅由，，和四个量决定。

与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。

③有效值：

ⅰ、意义：

的物理量

ⅱ、定义：

跟的值叫做交流的有效值。

ⅲ、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是ε=I=U=。

　　注意：

正弦交流的有效值和峰值之间具有ε=，U=的关系，非正弦（或余弦）交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导，如对于正负半周最大值相等的方波电流，其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的，因而其有效值即等于其最大值。

即I=I。

ⅳ、交流用电器的额定电压和额定电流指的是值；交流电流表和交流电压表的读数是值。

对于交流电若没有特殊说明的均指值。

ⅴ、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的值。

④、峰值、有效值、平均值在应用上的区别。

峰值是交流变化中的某一值，对纯电阻电路来说，没有什么应用意义。

若对含电容电路，在判断电容器是否会被击穿时，则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值。

交流的有效值是按来定义的，对于一个确定的交流来说，其有效值是一定的。

而平均值是由公式确定的，其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定，在不同的时间段里是不相同的。

如对正弦交流，其正半周或负半周的平均电动势大小

为，而一周期内的平均电动势却为零。

在计算交流通过电阻产生的热功率时，只能用有效值，而不能用平均值。

在计算通过导体的电量时，只能用平均值，而不能用有效值。

在实际应用中，交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指，交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是值，解题中，若题示不加特别说明，提到的电流、电压、电动势时，都是指值。

例题5：

如图所示，在匀强磁场中有一个矩形导线框可绕OO’轴转动，已知匀强磁场的磁感强度B=10/πT，线框的ab、cd边长为20cm、bc、ad长均为10cm，转速为50r/s，线圈电阻不计，R为小电珠。

若从图示位置开始计时。

（1）写出线框中感应电动势的瞬时值表达式。

（2）若R的额定电压为

V，能否正常发光？

将R换成额定电压为

V的电容器，能否安全工作？

（3）若R为一小电珠，当两端电压超过10V时开始发光，求小电珠在一个周期内的发光时间。

（4）若R=10Ω，求线圈转动一周过程中，电流做的总功。

（5）求线圈从图示位置转过90°过程中，通过R的电荷量。