《交变电流》教学设计+++任晓鹏

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1、交 变 电 流 基于高中物理核心概念的教学设计一、 指导思想与理论依据高中物理的核心概念是位于高中物理学科核心的概念性知识和规律，包含了重要概念、原理、理论等的基本理解和解释，内容上更能够体现物理学的发展过程与现代图景，是高中物理学科结构的主干部分。 高中物理的核心概念超越了那些孤立而散乱存在的事实或技能， 侧重于那些关键性的概念、原则和方法。核心概念不是孤立的，每一个核心概念都包括若干重要的基础的具体概念。 因此，要使学生理解核心概念必须先使他们循序渐进地理解大量相关具体概念。而教学设计正是落实教育理念的蓝图。如何围绕核心概念进行教学设计，是解决具体概念促进核心概念学习的实施路线图，是实现围

2、绕核心概念进行教学的理念与实践对接的关键环节。二、教学背景分析1、围绕核心概念分析教学内容分析本节内容相对于直流电而言，最大特点就是变，对于变化的物理量学生往往会感到困难，应该让学生意识到，只要基本概念清晰，“变”并不可怕，设计教学环节时要从电磁感应定律这个基本概念（L1）入手，通过分析，掌握与交流电的变化规律有关系的一系列重要概念（L2），如：交变电流、直流电流、稳恒电流、中性面、峰值，力争让学生清楚地理解这些重要概念，最后能够让学生体会到在交变电流产生的过程中“正弦式交流电”这个本节课的主题核心概念（L3），进而为下一节课继续讲解“交变电流的有效值”时阐述机械能在不断地转化成电能并且最后转

3、化成为内能，从而体现 “能量的转化与守恒”这个学科核心概念打下良好的基础。2、学生情况分析我所教的这个班的学生，在前面的学习中，已经学习了电磁感应定律、楞次定律、右手定则等基础知识，对感应电流的产生方式有了初步的认识；在高二第一学期的学习中已经学习了有关恒定电流的基本性质；对交变电流，学生只听说过名词，没有确切的概念的建立，对于交变电流与恒定电流、直流的关系也不清楚。前面学习磁场部分的时候，暴露了他们大部分人空间想象能力的不足，数学基础不扎实，不善于应用数学工具解决物理问题，但是通过启发应该有少部分学生会有突破。3、教学策略分析（1）、利用实验，提出问题，激发探究欲望。在课堂的开始，用演示实验

4、，提出课题，透过现象，用已有的知识提出新的基本概念，点出课题。 （2）、利用电脑模拟发电机3D模型，配合实物模型，降低学生空间想象的难度，提高学习兴趣。 （3）、倡导协作，分小组讨论，并加以数学知识的提示，启发学生用数学工具解决物理问题。 （4）、合理地运用数学知识突破物理难点并且突出“正弦式交流电”这个本节课的主题核心概念。三、教学目标与重点、难点设计1、知识与技能：（1）、知道交变电流是生产和生活中最常用到的电流，而正弦式电流又是最简单和最基本的交变电流；（2）、初步认识交变电流的特点与规律，能够运用电磁感应的基本知识分析其产生过程；（3）、初步理解正弦电流、中性面、瞬时值与最大值，能够运

5、用数学图像来描述正弦式电流；（4）、能够让学生体会到在交变电流产生的过程中“交变电流随时间变化的关系”这个主题核心概念。2、过程与方法（1）、观察手摇发电机产生的电流（二极管发光的变化）；（2）、运用电磁感应基本知识、分析一个周期内交变电流的变化规律；（3）、通过推导一个周期内交变电流的瞬时值表达式，建立正弦交变电流随时间变化的图像、知道交流电流在什么时刻达到最大值，在什么位置改变方向。3、情感、态度与价值观感受交变电流在生活、生产中的广泛运用，激发学生学习的热情体会数学函数与图像在物理知识上广泛运用，感受运用数学知识在推导物理规律过程中所带来的愉悦感，最后能够让学生体会到在交变电流产生的过程

6、中“交变电流随时间变化的关系”这个主题核心概念。4、教学重点运用电磁感应的基本知识，配合相应的演示实验，分析交变电流的产生过程，认识交变电流的特点及其规律。5、教学难点运用楞次定律、法拉第电磁感应定律这些基本原理解决新情境下的问题，以及运用数学图像对物理量随时间变化的情况进行描述，深入理解交变电流的产生过程及其规律与特点，在交变电流的产生的问题上学生也面临空间想象能力差，无法理解交流电产生的过程等教学上经常出现的问题。四、教学过程与教学资源设计1、教学指导策略围绕核心概念安排教学过程，可以在促进学生加深对核心概念认识的过程中，促进学生科学素养的全面发展。首先，找到学生原有认识中可以利用的基础，

7、在学习了电磁感应现象后，学生认识到电磁感应现象揭示了磁场可以产生电流，那么日常的用电是如何通过磁场产生的呢？然后进行适当的铺垫，用一个简单的实验，让学生观察“日常的用电”的特点，将新知识与学生已有的经验建立联系，在本节课就是用电磁感应的基本概念逐步解释交流电产生的过程。 建立新知识与已有知识联系后，再进一步找到与两者对应的、 共同的主题核心概念：正弦式交流电。教学过程可用下图表示：电磁感应小实验引入交变电流直流电流并列稳恒电流包含递进交变电流的产生过程中性面包含递进正弦式交流电解释L1 基本概念L2 重要概念L3 主题核心概念包含峰值2、教学资源设计在高二物理电磁学的教学中，学生对于地磁场、通

8、电导线周围的磁场磁感线的分布、通电螺线管周围的磁场磁感线的分布都很难理解，通过3DMAX制作三维模型，使缺乏空间想象力的学生对磁场有一个直观的认识。在教学过程中我发现应用3D模型确实能够帮助培养学生的空间想象力。在交变电流的产生的问题上学生也面临空间想象能力差，无法理解交流电产生的过程等教学上经常出现的问题，通过制作交流电发电机的三维模型，演示交流电发电机发电的动态过程，结合传感器连接发电机的探究实验使学生对于交变电流的产生有一个更深层的理解。以下我想通过一节课例来具体展示一下在教学中，如何通过三维模型和实验探究有机地结合达到教学目的。在本节课中，教师是知识的传授者和学生活动的策划者、组织者；

9、学生是课堂活动的参与者、合作者，是课堂的主体。教师根据知识的结构提出问题为学生提供帮助引导，并且向正确的方向引导学生活动，在现实的可行的条件下，虽然学生是课堂的主体，但是引导学生掌握知识的框架依然要由教师制定；多媒体计算机在这里充当知识的载体，教师通过多媒体计算机制定知识框架，并提供素材，使课堂效率大大提高。3、教学过程（一）引入新课前面学习了电磁感应现象，电磁感应现象揭示了磁场可以产生电流，日常的用电是如何通过磁场产生的呢？【小实验】：用一个灯泡接上日常的生活用电，用一个神秘的物体接近这个灯泡，观察现象思考原因。（二）新课教学上述实验用到了生活用电，其实所谓的生活用电一般可分为两种，包括从插

10、座上获得的和从电池中得到的，从插座上获得的生活用电来自于发电厂的发电机，手摇式发电机可以产生与插座获得的相似的电流。这里是一个干电池，利用电流传感器观察它们产生的电流各有什么样的特点。【传感器实验】【学生活动】找一位同学说说你观察到两种电流各有什么样的特点？我们在前面电学中学习的稳恒电流一章介绍的就是直流电的性质，我们今天开始学习新的一章，共同来研究交变电流。一 交变电流 电流的大小和方向随时间做周期性变化。（简称交流电）稳恒电流 电流的大小和方向都不随时间变化。直流电流 方向不随时间改变的电流。（简称直流电）【学生活动】总结直流和交流最明显的区别是什么？i0ti0t【练习】观察下列几个电流与

11、时间的图象,判断哪些是交变电流。it0it0it0【小实验】：手摇式发电机观察一个实验设计，如右图所示，将手摇式发电机接入如图所示电路，猜想、讨论能观察到的现象。（现象：二极管将交替发光，说明手摇式发电机产生的电流为交变电流）【学生活动】讨论如何产生交流电的呢？二 交变电流的产生(展示3D模型) 这是一个发电机3D模型，我们用它展示发电机的发电过程。线圈在发电机中转动，产生交流电，在物理学习中我们往往要找一些特殊位置，哪些位置比较特殊呢？ 中性面 垂直磁感线的平面线圈从中性面开始转动，感应电流是如何产生呢？从i-t图像可以看出发电机发出的交流电的图像好像是一个正弦规律变化的函数，那它到底是不是

12、正弦式交流电呢？如图，若线圈切割磁感线的边长度为L1，它的临边长度为L2，那么一根杆的速度与磁感线垂直，切割磁感线产生的感应电动势：E1=BL1V=BL1L22=12BS那么两侧的N匝的线圈切割磁感线叠加产生的感应电动势当为感应电动势的最大值：Em=NBS感应电动势的最大值又称为感应电动势的峰值。在线圈以匀角速度转动的某一时刻，线圈位置如图所示，那么一根杆切割磁感线产生的感应电动势的瞬时值：e1=12BSsin=12BSsint那么两侧的N匝的线圈切割磁感线叠加产生的感应电动势的瞬时值： e=NBSsint=Emsint经过科学家的反复推算，这种交流电的变化规律满足正弦函数表达式Y=Asinx

13、，这种交流电正是正弦式交流电。（1） 交变电流表达式电流 i=Imsint （接了一个电阻的闭合回路中的电流） 电动势 e=Emsint峰值： 电流或电压最大值。 （2） 特点：经过中性面电流方向会发生改变。(一个周期变化2次)猜测一下演示实验中的灯丝为什么会颤动？ 那个神秘的物体是什么？（神秘物体为条形磁铁，通了交流电的灯丝在磁场中所受的安培力会随电流方向的改变而变化，所以实验中的灯丝会颤动。）【板书设计】： 5.1交变电流一 交变电流 电流的大小和方向随时间做周期性变化。 二 交变电流的产生 峰值： 电流或电压最大值。 稳恒电流 电流的大小和方向都不随时间变化。 （1）中性面 垂直磁感线的

14、平面 （3）特点：经过中性面电流方向会直流电流 方向不随时间改变的电流。 （2）交变电流表达式： 发生改变。(一个周期变化2次) 交流直流区别 方向是否随时间改变。 电流 i=Imsin t 电动势 e=Emsint 五、学习效果评价设计教师组织学生反思总结本节课的主要内容，指导学生通过描绘交变电流产生过程线圈状态图和电流随时间变化图像互相展示、评价。六、教学设计特色说明与教学反思通过上述教学过程，帮助学生深入理解交变电流的产生过程，我们看到，核心概念的建构并不是让学生死记硬背，而是学习并且理解了核心概念以后自然而然的结果，就像学生在下课前能够解释刚开始上课作为引入的那个实验，就说明我们得到了期待的效果，也说明了核心概念的建立是一个循序渐进的过程，只有搞清楚电磁感应定律这个基本概念（L1）进而理解一系列重要概念（L2），如：交变电流、直流电流、稳恒电流、中性面、峰值才能够真正让学生感悟本节课的重点，其实也是难点“正弦式交流电”这个本节课的主题核心概念（L3），本节课采取由感性到理性，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，教学中要尽可能用直观的模型配合讲解，本节课用了3D模型进行讲解，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