高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流表格教案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流表格教案，共8页。教案主要包含了辨别物理概念 建立物理观念，寻找物理规律 培养科学思维，课堂小结，课堂练习等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
物理
年级
高二
学期
秋季
课题
交变电流
教科书
书 名：人教版教材
出版社：人民教育出版社 出版日期：2020年5月
教学目标
1. 物理观念
（1）通过观察直流电和交流电的波形图，理解并区分直流和交变电流的概念；
（2）使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面；
（3）掌握交变电流的变化规律及表示方法；
（4）理解交变电流的瞬时值和峰值及中性面的准确含义。
2. 科学思维
（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）培养学生的观察能力、空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力；
（3）通过分析手摇发电机的结构，建立物理模型，推导线圈产生电动势的表达式，培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。
3. 科学态度与责任
通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会建立物理模型和运用数学知识解决物理问题的重要性。
教学内容
教学重点：
运用电磁感应的相关知识分析交流发电机产生交变电流的过程。
教学难点：
用右手定则和法拉第电磁感应定律分析推理得出正弦式交变电流方向和大小变化的特点，体会建立模型与推理分析的思维方法。
教学过程
交变电流是电磁感应的具体应用，本节课的核心内容是交变电流的概念和交变电流的产生与规律。教师通过优化教学设计，注重物理概念的形成过程，并将培养科学思维渗透到各个教学环节，以提升学生的物理核心素养。
一、辨别物理概念 建立物理观念
“物理观念”是课程标准中提到的四个物理学科核心素养之一。它主要包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等要素。为了让学生建立物理观念，教师要注意物理概念的学习。对于这节课中交变电流的概念以及它与直流电的区别，教师借用实验进行教学，教学片段如下：
图1
师：你还记得电磁打点计时器（图1）需要怎样的电源吗？
生：4-6V交流电。
师：交流电和直流电有什么区别？（演示实验）
实验1：示波器（图2）显示一节干电池电压随时间变化规律（图3）。
图2
图3
实验2：示波器显（图4）示学生电源上4V交电流的电压随时间变化的规律（图5）。
图4
图5
师与学生小结：
直流（DC）：电流的方向不发生变化。
交变电流（AC）：电流的方向随时间发生周期性的变化
师：如图6所示，请判断下列哪些是交变电流？
图6
生：（1）（2）（4）属于交变电流，（3）属于直流电。
师：其中（1）又叫正弦交变电流，（3）又叫恒定电流。
设计意图：教师借用实验进行概念教学，实验现象直观，这对学生来说既积累了感性材料又加深了对交变电流的理解。在理解概念之后，教师给出4种不同的电流，一方面为的是检测学生是否会区分交变电流与直流电，另一方面是让学生知道交变电流中的特例正弦交变电流以及直流电中的特例恒定电流。
二、寻找物理规律 培养科学思维
科学思维是人们对客观事物进行分析、推理，从而概括、总结出实物的本质及内在规律的思维及方法。对于正弦交变电流的产生是基于电磁感应的基本规律，是电磁感应理解的具体应用。基于对学生科学思维的培养和教学内容，教师从初步设计发电机、建立物理模型、理论分析、实验验证和描绘图像等5方面设计教学内容。
1.设计问题链 引出发电机模型
正弦式电流产生的原理是基于电磁感应的基本规律，是上一章电磁感应理论的具体应用。教师根据学生已有知识和能力设计问题链，初步设计发电机的结构。教学片段如下：
师：（拿出一根金属棒）这能产生电流吗？
生：能，让它切割磁感线。
师：那它能产生交变电流吗？
生：让它在（垂直）磁场中往复运动？
师：那它供电方便吗？
生：不方便。
师：那你还有什么方法能让一根金属棒产生交变电流？
生：将金属棒绕成一个线圈，让它在磁场中（围绕垂直于磁场方向的轴）转动。
设计意图：教师借助问题链，激发学生的学习兴趣和思维，使得学生的思维不断深化。
2.建立物理模型 初步理解规律
模型建构是物理学习和研究中重要的方法与手段，其中包括分析、抽象和概括等思维方法，是科学思维能力培养的重要内容。教师根据教材提供的发电机示意图7，与学生一起建立产生正弦式交流电的物理模型。教学片段如下：
图7
师：展示发电机的示意图。
师：为了使研究的问题简单化，我们把线圈看出成矩形线圈，认为矩形线圈在匀强磁场中匀速转到。
图8
师：请画出示意图中对应的平面图（正视图）。
v
A（B）
D（ C）
v
生：
v
A（B）
D（ C）
v
v
A（B）
D（ C）
v
A（B）
D（ C）
v
v
图9
师：什么原因产生感应电动势？
生：导线切割磁感线。
师：哪条边在切割磁感线？
生：AB和CD边。
师：从甲到乙，丙到丁电流的方向是什么？
生：B→A，A→B。
师：甲、乙两图中，磁通量和电流有什么特点？
生：甲图中，磁通量最大，电流为零；乙图中，磁通量最小，电流最大。
师：请定性画出电流随时间变化的图像。
图10
中性面
设计意图：在发现和确立交变电流的变化规律过程中，教师通过设置问题，让学生在不断地自我探究中完善并形成概念，为掌握规律奠定基础。
3.留足时间 理论推导规律
科学推理是科学思维的主干，教师要留足时间引导学生主动参与物理规律的推理过程中。教学片段如下：
师：如图10所示，设矩形线圈匀速转动的角速度为ω，其边长AB=L1，BC=L2，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B，试推导经过时间t线圈中的电动势。
生：e=2NBωL12L2sinωt=NBL1L2sinωt。
设计意图：正弦交流电的数学表达式是一个物理规律，它属于演绎型规律。针对演绎型规律的特点，教师要让学生经历规律的推导过程，加深学生对规律的理解和认识。
4.借用演示实验 验证物理规律
创新是当代社会的主旋律，而创新往往从质疑开始。为了加强质疑创新能力，教师要提出问题引起学生思考。教学片段如下：
师：简单介绍实验器材图11并演示实验。
图12
R
图11
生：两个二极管不断闪烁。
师：手摇发电机产生的电流是交变电流吗？
生：是的，两个二极管都会亮。
师：两个二极管都会亮，还不完全说明手摇发电机产生的电流就是交变电流。如图12所示，将手摇发电机上的两个二极管连在一节干电池上，请观察实验现象。
生：一个二极管发光。
师：图11中将干电池的正负极调换，你看到什么现象？
生：另一个二极管发光。
师：通过刚才的实验充分说明手摇发电机产生了交变电流。那这个交变电流是正弦交流电吗？
图13
生：是的。
师：那可不一定，我们将手摇发电机发出输入到示波器上，请观察实验现象。
生：如图13所示。
师：什么原因导致它产生的不是正弦交流电。
学生不一定知道原因，教师引导学生从产生正弦交流电的条件出发思考问题，从而知道手摇发电机的磁场不是匀强磁场。
设计意图：教师从是否是交变电流和是否是正弦交变电流，引发学生的质疑，加深理解产生正弦交变电流的条件。
5.描绘图像 加深理解规律
t
0
Φ
图14
图15
图像能直观地反映出物理量随时间变化的规律，从图像上学生能一目了然地看出并理解物理规律，同时分析图像的能力也是学生学习物理必不可少的技巧。教学片段如下：
师：请根据公式画出电动势随时间变化的图像（从中性面开始计时）。
生：图14。
师：从中性面开始计时磁通量随时间如何变化？
生：图15。
师：你能否根据图14解释电动势随时间变化的规律。
生：图15中切线斜率代表电动势的大小。
师：从图14和图15中看出，线圈经过中性面有什么特点？
生：线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零（ AB和CD边都不切割磁感线），线圈中的电动势为零。
师：线圈经过哪个位置电流方向要发生变化？
生：中性面。
设计意图：教师结合磁通量随时间变化的图像，理解电动势随时间变化的规律，完善学生的知识结构，加深理解规律。
三、课堂小结
1电流的分类
直流（DC）：电流的方向不发生变化
交变电流（AC）：电流的方向随时间发生周期性的变化
2.正弦交电流的规律
e=NBSwsinwt（从中性面开始计时）
3.中性面
磁通量最大 电流为零 电流方向发生变化
设计意图：与学生一起整理这节课所学的知识点，明确本节课的核心知识点。
四、课堂练习
1.图5.1-3（课本P32）中，设磁感应强度为0.01T，单匝线边长AB为20cm，宽AD为10cm，转速n为50r/s，求线圈转动时感应电动势的最大值。
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.如图所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，MN边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度ω 匀速转动。在MN边与磁场方向的夹角到达300 的时刻(图示位置)，导线框中产生的瞬时电动势e的大小是多少？标出线框此时电流的方向。已知线框按俯视的逆时针方向转动.
设计意图：根据这节课的知识点（交流电的表达式和中性面的特点）挑选以上3道题目，为了检测学生在课堂上是否掌握核心知识点。