高中物理_人教版物理选修3教学设计学情分析教材分析课后反思

第一节交变电流的教学设计

●教学目标

一、知识目标

1.使学生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.

二、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物理问题的能力.

三、德育目标

培养学生理论联系实际的思想.

●教学重点

交变电流产生的物理过程的分析.

●教学难点

交变电流的变化规律及应用.

●教学方法

演示法、分析法、归纳法.

●教学用具

手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表.

●课时安排

1课时

●教学过程

一、引入新课

［师］电与我们生活息息相关，生活中常遇到的电有电池供的电，还有发电机供的电，那么这两类电有什么不同之处呢？下面让我们通过实验来探究这个问题。

【师】这组是用干电池给小灯泡供电，这组是用手摇发电机给小灯泡供电，请同学们观察小灯泡，你看到什么现象？两组电路中电流的大小有何不同？

［演示1］将干电池和手摇发电机分别与小灯泡组成闭合电路。闭合开关并匀速转动发电机。

［生］发电机供电的小灯泡一闪一闪的，说明发电机发出的电流大小随时间不断的变化。

【师】把小灯泡换成电流表后请同学们观察电表的指针，你看到什么现象？两组电路中电流的方向有何不同？

［演示2］将干电池和手摇发电机分别与电流表组成闭合电路。闭合开关并匀速转动发

电机。

［生］发电机供电的电流表的指针左右的摆动，说明发电机发出的电流的方向随时间不断的变化。

［师］通过实验可知，发电机发出的电流大小和方向随时间做周期性变化，我们把这样的的电流叫做交变电流。简称交流电。用大写字母AC表示。而把方向不变的电流叫做直流，用大写DC表示。交流电有许多优点，现代生产和生活中使用的电大都是交流电。那么交流电是怎么产生的呢？它又有怎样变化规律呢？这就是我们今天要学习的主要内容——交变电流。

二、新课教学

板书：第一节交变电流

一、定义：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流。简称交流（AC）。

板书：二、交变电流的产生

［师］为什么发电机能产生交变电流的呢？先让我们看看交流发电机的基本结构，它由两个磁极和一个矩形线圈组成，线圈在两个磁极间转动就产生了交变电流。同学们请看屏幕（切换多媒体）。

［师］多媒体展示交流交流发电机模型动画并得到模型动画。这是发电机的模型动画，

下面我们以单匝线圈在匀强磁场中绕垂直

于磁场的轴匀速转动为例来分析交变电流是怎样产生的。请同学们观察分析线圈转动过程中，哪些边在切割磁感线？

［生］AB边和CD边。

［师］为了便于分析我们找出四个特殊位置，并分别作出他们的前视图，这是AB边A在外B 在里，这是CD边，D在外C在里（多媒体展示）。下面我们分别分析四个位置与四个过程中电流的大小与方向。首先我们分析甲位置，在甲位置速度的方向与磁场方向平行，感应电动势为零，所以电流大小是零。再看乙位置，在乙位置速度的方向与磁场方向垂直，感应电动势最大，所以电流大小也最大。那么从甲到乙转动的过程中电流的大小如何变化呢？学生：变大。老师：从甲到乙转动的过程中电流的方向向什么方向呢？由于电流是由AB边切割磁感线产生的，我们可以用右手定则来判断，先判断AB边，让磁感线穿过手心，大拇指指向AB边运动方向，四指指向电流的方向，那么AB边中电流是由B到A，同理，CD边中的电流是由D到C，所以线圈中电流的方向是从A到D到C到B再到A。我们也可以用楞次定律来判断。原磁场的方向水平向右，甲位置磁通量最大，乙位置磁通量为零，那么线圈从甲位置到乙位置转动过程中穿过线圈的磁通量减小，所以感应磁场与原磁场同向也向右，然后伸出右手，大拇指指向感应磁场的方向，弯曲四指的方向就是电流的方向，所以线圈中电流的流向是从A到D到C到B 再到A。哪位同学愿意接着往下分析？

［生］分析丙到丁过程电流的大小和方向。

［师］我们接着分析丁位置，在丁位置速度的方向与磁场方向垂直，感应电动势最大，所以电流大小也最大。那么从丙到丁转动的过程中电流的大小如何变化呢？

［生］变大。

［师］从丙到丁转动的过程中电流的方向向什么方向呢？我们仍用楞次定律来判断。原磁场的方向水平向右，并位置磁通量最大，丁位置磁通量为零，那么线圈从丙位置到丁位置转动过程中穿过线圈的磁通量减小，所以感应磁场与原磁场反向也向右，然后伸出右手，大拇指指向感应磁场的方向，弯曲四指的方向就是电流的方向，所以线圈中电流的流向是从A到B 到C到D再到A。最后从丁到甲过程中，电流的大小又变小。同理可以分析电流的方向是从A 到B到C到D再到A。从甲之后就重复前面的运动，由此我们看到，线圈在转动的过程中产生了大小和方向都随时间周期性的变化的电流，交变电流就是这样产生的。思考：线圈平面转到什么位置电流方向发生改变？此位置电流多大？

［生］在甲和乙位置，电流大小为零。

［师］我们把电流为零时线圈平面所处的位置叫做中性面。板书：中性面。老师：同学们思考讨论线圈在中性面有哪些特点？哪位同学能够总结一下？

［生］总结中性面特点

［师］刚才我们定性的分析了交变电流的变化情况，下面让我们来定量推导交变电流随时间变化的规律。同学们拿出草稿纸根据给出的情景回答下面这六个问题。

三、交变电流的变化规律

创设情境：线圈的ab边长为L1,bc边长L2，在磁感应强度

为B的匀强磁场中绕线圈的中轴从中性面位置开始转动，角速

度为ω，面积为S,求：经过时间t时感应电动势瞬时值表达

式？

问题引领：

①经过时间t线圈平面转过的角是多少？

②ab边的线速度v的大小是多少？

③ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角是多

少？

④ab边产生的感应电动势多大？整个线圈中感应电动势多大？

⑤当线圈匝数为N时，线圈中感应电动势多大？

⑥若线圈给外阻R供电，设线圈本身的电阻为r，写出回路中电流和R两端的电压的表达式。

［生］推导并展示

板书：1）电动势瞬时值表达式：e=NBSωsinωt

2）电流瞬时值表达式：i=I M sinωt

3）路端电压瞬时值表达式：u=U m sinωt

［师］（展示学生的答案）根据规律很容易画出它们的图像，同学们对照一下看看自己画的是否正确（多媒体展示图像）。有规律和图像我们可以看出，电动势、电流和路端电压都随时间按正弦规律变化，我们把这样的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流。这是最简单的一种交流，其实除在生活生产中除了正弦式电流还有常见的示波器中的锯齿波形扫描电压、电子计算机中的矩形脉冲、激光通信用的尖脉冲等。以上是我们这节课学习的全部内容，让我们一起来回顾总结本节课我们都学习了什么？首先我们认识了什么是交变电流。然后以单匝线圈为例分析了交变电流是如何产生的。最后通过定量计算，推导得出正弦式交变电流的规律，并做出了随时间变化的图像（边说边用多媒体展示）。

［师］学以致用，下面就让我们通过几个题目来检验并巩固本节课所学习的内容。

巩固练习

练习1：线圈在匀强磁场绕垂直于磁场的轴匀速转动，感应电流最大值出现在（） A．线圈经过中性面时

B．穿过线圈的磁通量为零时

C．穿过线圈的磁通量变化最快时

D．线圈边框的速度与磁感线垂直时

练习2：一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100π rad/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的瞬时表达式．在 t＝ s时的电流的瞬时值为多少？

四、作业

1、课后练习3、4题。

2、思考讨论：在推导规律时，如果线圈不是从中性面开始计时，那么电动势、电流、路端电压的瞬时值与时间又是怎样的关系呢？

学情分析

一、基础知识分析。学生已经储备了学习本节课的基础知识：恒定电流，部分电路欧姆定律和闭合电路的欧姆定律，正弦函数表达式及图像。电磁感应现象：感应电流的产生条件，能用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向，能应用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小。

二、学生现有认知能力的分析。学生已经具备收集、处理信息的能力和动手操作的能力，已具备了一定的自学能力，有一定的阅读能力、观察力、思维能力、分析问题的能力，分析、归纳的内容能力，还有根据函数关系式作图的能力。

三、学生在学习过程中存在的问题

1、用纯数学关系理解物理公式，定理。仅用纯函数关系理解物理公式，势必湮没了物理概念的本质，使物理定理、定律的理解和应用陷入歧途，导致错解。

2、解题过程中缺少必要的物理语言描述。解答物理习题时，为何要选用某一物理定理、定律，一定要简述其理由。重要的物理方程式、解题中的重要步骤都必须有文字说明，意示渗透物理知识，有理有据地展开思路。但不少学生只是罗列公式，缺少必要的文字说明，对待求量、中间量也不作假设交代等等，都属于把物理问题数学化的表现。

效果分析

充分调动学生的积极性，学生观察、总结、思考讨论、归纳。让学生更好地自主分析交流电的产生原因和方向变化规律完成本节课的教学目标。

1.使学生理解了交变电流的产生原理，并知道什么是中性面.

2.使学生掌握了交变电流的变化规律及表示方法.

3.使学生理解了交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义.

4.提高了学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力.

5.提高了学生运用数学知识解决物理问题的能力.

6.养成严谨认真，实事求是，合作交流的科学态度

通过课后巩固练习可知，学生对本节课的重难点都已经理解掌握。

第一节交变电流本节教材分析

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所示线圈通过四个特殊位置时，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。

用图表表示交流电的变化规律是一种重要的方法,这种方法直观、形象,学生容易接受。在电磁波的教学中还要用到图象的方法.在介绍了交流电的周期和频率后,可通过练习巩固学生对交流电图象的认识。

在本节学生第一次接触到许多新名词,如:交流电、正弦交流电、中性面、瞬时值、最大值等。要让学生搞清楚这些名词的准确含义。要使学生了解交流电有许多种,正弦交流电是其中简单的一种,在本章教材中常把正弦交流电简称交流电。要使学生明确中性面是指与磁场方向垂直的平面。中性面的特点是:线圈位于中性面时,电动势为零;线圈通过中性面时,电动势的方向要改变。

评测练习

1．在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是，属于正弦交变电流的是。

A B C D

2 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是：

A.T1时刻通过线圈的磁通量为零；

B.T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；

C.T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；

D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。

3. 交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e=EmSinωt，如果转子的转速n提高一倍，其它条件不变，则电动势的变化规律将变化为：

A.e=EmSin2ωt

B. e=2EmSin2ωt

C. e=2EmSin4ωt

D. e=2EmSinωt

4、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31.1V，线圈在磁场中转动的角速度是10πrad/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，电路的总电阻为20Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时值达式、在t=1/10s时电流强度的瞬时值为多少？

（3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？通过电阻的电荷量是多少？

（4）做出电路中电流随时间变化的图像。

课后反思

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。

一、成功之处

1、交流与直流有许多相似之处，也有许多不同之处。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。

2、有效调动学生多种感官，面向全体学生。对于交变电流的产生，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。

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。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。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。用图示的方法介绍了常见的几种，以开阔学生思路。

4、在这一节让学生明白这些名词的准确含义，如交变电流、正弦电流、中性面、瞬时值、最大值（峰值）等等。特别是对中性面的理解，让学生明确了，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。

二、问题反思

1、在学习交变电流的产生是，可以自制交流发电机的模型，这样会更直观形象，便于学生认识理解分析交变电流的产生过程。

2、在推导规律过程中，少数学生不能按时完成，影响对后续知识的理解。但探究模式为大势所趋，老师最好不要代替学生进行推导。要让学生逐渐适应探究学习，提高独立研究问题的能力，有困难的学生可课后单独指导。

交变电流课标分析