交流电的产生和变化规律

信息技术与课程整合教学设计方案：

课题：交流电的产生和变化规律

江苏省宿迁市马陵中学陈军

高二年级物理第十八章《交变电流》第一节《交流电的产生和变化规律》

（人教版高中物理第二册（必修加选修））

1．教学内容及目标

1．了解交流电的概念,掌握交流电的性质和特点；

2．理解交流电的产生原理；

3．掌握交流电的变化规律；

2．教学重点难点

教学重点：交流电的特点和变化规律

教学难点：交流电产生的原理

3．教学对象分析

交流电知识是前面所学电磁学知识的进一步拓展和应用，跟生产和生活实际有密切的联系。这部分内容，不仅是学习电磁振荡和电子技术等知识的必备基础，还是以后学习有关电工和电子技术专业知识的基础。

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，特别是第一次接触这幺多的新名词，如：交变电流、正弦式电流、中性面、瞬时值、峰值等，如何让学生清楚地理解这些概念，正弦交流电产生的过程（数学推导）是突破口。根据以往的教学经验，部分学生的空间想象能力较差，加上电流变化关系复杂，物理过程往往弄不清楚，而采用物理实物模型、计算机动态模拟等多种信息的整合，让学生能直观地观察到交流电的变化规律，加深对正弦交流电变化规律的理解。

4．教学媒体设计阐述

首先抓住交变电流的特点，与直流对比，通过演示实验，让学生有一个直观认识，然后，引导学生自己分析，找出变化原因和特点。由于演示实验不能反映较慢的物理过程，不利于学生分析电流方向的变化原因，采用挂图静态分析又不直观，为了解决这一问题，设计计算机辅助课件，用动画模拟实验过程，用“慢动作”从多种不同角度（立体图、剖面图）来展示这一物理过程，将线圈切割、磁通变化、电流变化动态联系起来（动态对比，直观显示），并能将线

圈暂停在任一位置处，便于学生观看此瞬时的各物理量的变化情况（相当于动态照像），学生利用所学的知识（右手定则），就能对照分析，找出变化原因和规律。

对正弦式交流电的教学，先采用示波器演示市电电压波形图，让学生有一个直观认识，启发学生用学过的三角函数知识分析曲线的特点，认识这是正弦函数曲线，引导学生写出正弦函数表达式，明确式中各量的含义。然后再动画模拟实验过程，在线圈转动过程中，动态画出电流变化正弦曲线，该动画可定格在任一位置，显示出对应的电流变化（电流表指针的摆动）及曲线的变化（i －t动态变化图线），可引导学生讨论几个特殊位置的各个量的变化规律，如在中性面位置时磁通量大小、磁通量的变化率、感应电动势大小、感应电流大小等。然后通过练习巩固，若有疑问，可再反复调看动画，达到强化巩固和补标找差的目的。

该辅助课件采用简易的操作平台Powerpoint，调用A VI动画，具有容量小、操作简单等特点。教师和学生都能方便使用，真正起到辅助教学目的。

5．教学过程（包括教法、媒体应用策略、教学评价等）

教具准备：单相交流发电机模型投影检流计示教用示波器

多媒体计算机及自制辅助课件《交流电的产生和变化规律》

教学方法：1、实验分析：培养学生观察和分析、能力；

2、类比迁移：巩固加深对物理知识的理解，培养运用物理知识能力，体会“具体问题，具体分析”的重要意义；

3、从感性到理性，从定性、到定量：培养学生运用数学知识解决物理问题能力。

1交流电的定义和特点

引入：法拉第发现电磁感应现象以后，人们对电和磁的紧密依存关系认识更清楚了，在电力工程中，发电机、变压器等的研制成功，为生产提供了实用、廉价的电源。又由于交流电具有自身的很多优点，所以它以惊人的速度飞速发展，到现在几乎深入到各个家庭。

［建立物理情景］实验教具演示：展示单相交流发电机模型。

观察实验，看投影仪上投影的检流计指针是如何偏转的。（转动线框时要慢一些且要匀速）

提问：观察到什幺现象？有何特点？

讨论总结，说明其特点：电流强弱和方向随时间周期性改变

定义：电流的强弱和方向都随时间作周期性变化的电流叫交变电流简称交流电。特征（特点）：随时间作周期性变化（主要特征是方向的改变）。.

2交流电的产生

提问：那幺，交流电是如何产生的呢？有何规律？能否利用所学知识来解释？

继续观察演示实验，线圈转动过程中，各边在磁场中是如何运动的？

引导学生讨论：利用所学的知识（右手定则），找出变化原因和规律，分析后进行对照。先定性地说明。［实验分析方法］

演示多媒体课件第一部

分：交流电的产生

在该课件中，用动画模拟这

一实验过程，用“慢动作”

来展示这一物理过程，将线

圈切割、磁通变化、电流变

化动态联系起来，并能将线

圈暂停在任一位置处，来观

看此时的各物理量的变化情

况。

引导学生从导体切割磁感线角度讨论二个特殊位置（中性面位置和与中性面位置垂直时）各个量的变化规律。

中性面：线圈平面与磁感线垂直时，中性面特点：V∥B，E为零，I为零（B ⊥S，Φ最大）；与中性面位置垂直时：V⊥B，E最大（B∥S，Φ为零）

结论：在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动的线圈，每转一周，经过两次中性面，电流方向改变两次。

提问：已经知道交流电电流的强弱和方向都随时间作周期性变化。那么，它的变化规律如何来定量描述呢（即任一位置变化规律）？［从定性分析到定量计算］

演示多媒体课件第二部分：交流电的产生（从立体图到剖面图）

建立数学模型，关键是看懂剖面图，然后用有效切割速度推导。

3交流电的变化规律

推导出的结果：e=E m sinωt (V)对应的电流：i = I m sinωt (A)

［实验验证］观察实验：用示波器演示市电电压随时间变化的波形图。

演示多媒体课件第三部分：交流电的图象1、2、3

用动画模拟实验过程，分

别从立体、剖面、速度切割、

磁通变化等不同角度动态显示

在线圈转动过程中，电流变化

规律（正弦曲线），并可定格在

任一位置，显示出对应的电流

变化（电流表指针的摆动）及

曲线的变化（i－t动态变化图

线）。进一步分析：在当线圈

平面与磁感线垂直时即中性

面时B⊥S，Φ最大，但此时

各边都不切割磁感线E为零

（即在△t时间内磁通变化率

为零）当线圈平面与磁感线平

行时B∥S，Φ为零，但此时

有两边切割磁感线，且有效速度最大，E也最大（即在△t时间内磁通变化率最大）。